Taratura NaITl

Sono qui descritte le operazioni effettuate per eseguire la taratura di un sistema di rivelazione a scintillazione, verrà quindi presentato lo spettro energetico totale, concentrandosi poi su alcuni picchi caratteristici delle sorgenti di , e .
Ecco alcune caratteristiche tecniche del rivelatore:

• Scintillatore:
  • produttore: Scionix Holland;
  • modello: 76-B-76/3;
  • risoluzione energetica: 6,6% (662keV,);
  • alimentazione HV raccomandata: +690V;
  • dimensioni cristallo (diametro, lunghezza): 5,08 x 5,08 cm.

Settaggio dell’apparato In principio è stato preparato il set di lavoro, optando per una configurazione in cui la sonda alloggiava in una camera costruita con panetti in piombo con incastro a coda di rondine.

In realtà con questo accorgimento, se da una parte è stato ridotto il problema dovuto al fondo naturale e alla presenza di sorgenti di laboratorio (ad esempio utilizzato per la produzione di positroni), dall’altra poteva portare al rischio di un incremento degli effetti che avrebbero indotto complicazioni dello spettro acquisito (ulteriori complicazioni) dovuti essenzialmente alla presenza del piombo posizionato intorno al rivelatore. Prove successive, effettuate togliendo la schermatura, hanno però evidenziato che questi fenomeni erano del tutto trascurabili. La catena di acquisizione è stata poi settata per ottenere la massima risoluzione e sensibilità possibile. Nello specifico l’amplificatore presentava un guadagno di 62,1 volte e uno shaping time di 1 μs. Per quanto riguarda l’ADC è stata scelta una finestra di 8000 canali, impostando 1mV/canale ed un rise time di 1,5 μs.

Acquisizione spettro in canali e taratura
Fatte queste operazioni preliminari si è potuto dare il via all’acquisizione dello spettro, durata complessivamente un periodo di 10 ore. I dati prodotti, gestiti dal programma dedicato di interfaccia Surf2, erano quindi pronti per essere utilizzati ed elaborati. Lo spettro acquisito fino a questo punto può essere quindi rappresentato su un grafico impulsi-canali:

Per l’operazione di taratura sono stati scelti i picchi del (661,7keV) e del  (1332,5keV), questo perché, oltre che essere caratterizzati da un elevato ΔE, presentano un profilo energetico chiaro e ben definito. Come si vede nelle prossime figure, i centroidi dei due picchi, opportunamente adattati ad una curva gaussiana di equazione:

dove:

• σ deviazione standard;
• ordinata dall’ origine;
• ascissa del centroide;
• A ampiezza.

I due fotopicchi risultano corrispondere ai canali 3625,687 () e 7180,797 ():

Detto questo, considerando la linearità in risposta dell’apparato, la funzione di taratura, che permette di calcolare il coefficiente di passaggio da canali ad energie risulta essere:

Per trovare la giusta corrispondenza canale-energia basta quindi concentrarsi su un picco a piacere (nel nostro caso quello del cesio) ed effettuare questa semplice operazione matematica:

cioè:

Tramite questa operazione, chiaramente eseguita per tutti gli 8192 canali, si è così costituito lo spettro in impulsi-energia.

Lo spettro energetico
In figura si può apprezzare lo spettro energetico di acquisizione nella sua totalità, cioè per un range compreso fra 0÷1500 keV :

Analisi dello spettro Risulta ora opportuno concentrarsi sullo spettro più nel dettaglio. Qui appaiono evidenti, oltre al fondo dovuto alle varie spalle compton, i fotopicchi caratteristici delle tre sorgenti, almeno quelli che la risoluzione energetica permette di riconoscere distintamente. Per ognuno di essi, dopo l’usuale fit alla Gaussiana, sono stati calcolati i parametri relativi all’energia del centroide e alla deviazione standard σ. Tramite questi dati è stato possibile calcolare, per ogni picco di interesse, la relativa FWHM e quindi la risoluzione energetica in percentuale. A questo scopo si è utilizzato il programma di analisi grafico-analitica Microcal Origin 60, con cui sono stati prodotti anche i grafici mostrati nelle prossime pagine.

Eccoli dunque in ordine energetico:

Alcune considerazioni Come si nota, non tutti i picchi risultano distinguibili, questo è dovuto alla risoluzione energetica dello strumento che non riesce a distinguere in modo netto due fotopicchi che presentano un’energia simile. Questo è quello successo per i picchi a 223,23-276,39-302,85-383,84 keV e del bario, praticamente sommersi dal continuo Compton. Si può ora passare a stimare la FWHM di un picco utilizzando la formula empirica di equivalenza. Si vuole quindi calcolare la FWHM del picco del cesio nota quella del bario a 355,88 keV. La relazione da utilizzare è:

nello specifico:

Utilizzando le energie nominali dei due radionuclidi il risultato non varia in modo così apprezzabile:

 

I risultati sono in linea con la full width at half maximum di 42,757 keV ottenuta sperimentalmente.
I due errori relativi sono rispettivamente del 2,33% e del 2,53%.

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