misura di raggi cosmici mediante contatori geiger
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Misura di raggi cosmici
mediante contatori Geiger
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Apparato sperimentale:
Due contatori Geiger
Sistema di acquisizione dati PASCO
Circuito logico OR
Circuito logico AND (di coincidenza)
Eventuali sorgenti radioattive
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Un contatore Geiger è sensibile alla radiazione cosmica secondaria a livello del mare (elettroni e muoni), con efficienza prossima al 100%.
Un contatore di piccole dimensioni, quali quelli adoperati in laboratorio, hanno rate di conteggio per i cosmici di circa 0.3 Hz.
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Attività sperimentale
1. Studio della distribuzione del numero di conteggi
Effettuando con un solo contatore Geiger una serie di misure di cosmici per brevi intervalli di tempo (ad es. 5-10 s) si può studiare la distribuzione delle misure e confrontarla con la distribuzione attesa di Poisson (per valori piccoli della media) o di Gauss (per valori più grandi)
Distribuzione di Poisson
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Distribuzione di Gauss
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Distribuzione delle ,misure ottenute con una sorgente di 60Co, confrontate con la distribuzione di Gauss
Il Geiger è sensibile indirettamente anche ai gamma, che producono elettroni nel materiale che circonda il contatore
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2. Utilizzo di un circuito OR
Un circuito OR consente di mescolare due o più segnali, ottenendo un segnale all’uscita quando almeno un segnale è presente ad uno degli ingressi
Tavola di verità OR
In#1 In#2 OUT
0 0 0
1 0 1
0 1 1
1 1 1
Ingressi
OUT
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Utilizzando un circuito OR e due contatori Geiger, effettuare delle misure di conteggi, verificando che il rate di conteggio misurato sia pari alla somma dei singoli rate dei contatori.
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Misure di cosmici in coincidenza
Quando 2 rivelatori segnalano il passaggio di una particella simultaneamente (entro una certa finestra temporale), può trattarsi di un evento casuale o di un vero e proprio processo fisico.
Esempio di un evento vero di coincidenza: la stessa particella passa per entrambi i contatori
Esempio di una coincidenza casuale tra 2 particelle che attraversano i due contatori entro lo stesso intervallo temporale
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Un circuito AND di coincidenza produce un segnale quando è presente un segnale ad entrambi gli ingressi.
Tavola di verità AND
In#1 In#2 OUT
0 0 0
1 0 0
0 1 0
1 1 1
IN#1
OUT
IN#2
Durata ~100 μs
Stima del rate di coincidenze casuali
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3. Utilizzo di un circuito di coincidenza per misure di cosmici tramite contatori Geiger in configurazione telescopica
AND
Con i 2 rivelatori piazzati circa verticalmente l’uno sull’altro, si possono misurare i muoni cosmici che attraversano entrambi i contatori, definendo grossolanamente la direzione di provenienza.
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La distanza relativa e le dimensioni dei contatori definiscono il cono angolare entro cui i muoni sono rivelati.
Distanze maggiori: migliore precisione, ma minor tasso di conteggio
Posizionando i 2 contatori ad un certo angolo rispetto alla verticale, si può misurare grossolanamente la distribuzione angolare dei muoni cosmici secondari, che segue una legge del tipo cos2 θ
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Una misura dettagliata della distribuzione angolare dei cosmici, ottenuta con 2 contatori Geiger
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4. Utilizzo di un circuito di coincidenza per misure di sciami atmosferici estesi (2 rivelatori sullo stesso piano orizzontale, ad una certa distanza relativa).
Riv.1 Riv.2
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Queste misure sono molto lunghe, perché il tasso di coincidenze è molto basso, anche a distanze relative di pochi centimetri) e il numero di coincidenze vere è prossimo a quello delle coincidenze spurie (che vanno stimate e sottratte).
AND
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Esempi di misure di coincidenza tra 2 rivelatori al variare della distanza relativa
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Aspetti sperimentali:
Studio del fondo dovuto alle coincidenze casuali
Valutazione delle indeterminazioni geometriche
Indeterminazione angolare nella configurazione telescopica
Valutazione delle distanze effettive tra 2 contatori non puntiformi
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Rif.: Physics Education 41(2006)204