Compton (m) (Hz) El free El bound Thomson Rayleigh ' ' Scattering E.M. Radiation vs electrons.

Compton

(m)

(Hz)

El free

El bound

Thomson

Rayleigh

' '

Scattering E.M. Radiation vs electrons

Compton wavelenght shift vs deflection angle

X rays diffraction

Bragg

Laue

Laue diffraction from single cristal

rotazioni del cristallo generate dal goniometro

Rivelatore:•lastra fotografica•scintillatore (puntuale)•CCD (areale)

cristalloMonocromatore e collimatore

Sorgenti:•tubo a raggi X (elettroni accelerati su un anodo metallico (Cu, Mo, Cr, Co, Ag ecc.) da cui dipende •radiazione da sincrotrone (prodotta dall’accelerazione di elettroni in un anello)

Laue diffraction by a powder sample: from spots to circles

Applicazione all'analisi dei materiali

➔ Analisi qualitativa :

le righe di diffrazione da polvere vengono confrontate con le linee di campioni noti: archivio disponibile

presso i ASTM (JCPDS) Powder Diffraction File

➔ Analisi quantitativa :

la concentrazione relativa di due componenti di una miscela puo' essere determinata osservando le relative

intensita' dei picchi di diffrazione caratteristici➔ Analisi di stress in metalli:

lo sforzo meccanico modifica la spaziatura geometrica dei siti reticolari e gli angoli di diffrazione di

campioni di composizioni note

Interazione fotone – atomo

ħ

ħ

E0

E1

E2

E3

e

Diffusione RayleighScattering elastico

ħ

ħ'

E0

E1

E2

E3

eDiffusione Raman :scattering anelastico che lascia l'elettrone in uno stato eccitato

a)

b)

Interazione fotone – atomo

ħ

ħ

E0

E1

E2

E3

e

Assorbimento di risonanza: E = E

1-E

0 con

riemissione del fotone

ħ

ħ'

E0

E1

E2

E3

e

Fluorescenza: il fotone assorbito dall'elettrone lo lascia in uno stato eccitato da cui decade riemettendo fotoni meno energetici (se stati metastabili fluorescenza)

c)

d) ħ''

ħ'''

Interazione fotone – atomo

ħ

E0

E1

E2

E3

e

Effetto fotoelettrico atomico: l'elettrone assorbe l'energia del fotone e abbandona l'atomo che rimane ionizzato

ħħ'

E0

E1

E2

E3

e

Scattering Compton anelastico sull'atomo: il fotone ha abbastanza energia per ionizzare l'atomo e proseguire.

e)

f)

N.B. i buchi lasciati dagli elettroni vengono riempiti da elettroni delle shell superioni che emettono fotoni

Interazione fotone – atomo

ħ

E0

E1

E2

E3

e

Effetto fotoelettrico atomico: l'elettrone assorbe l'energia del fotone e abbandona l'atomo che rimane ionizzato

ħħ'

E0

E1

E2

E3

e

Scattering Compton anelastico sull'atomo: il fotone ha abbastanza energia per ionizzare l'atomo e proseguire.

e)

f)

N.B. i buchi lasciati dagli elettroni vengono riempiti da elettroni delle shell superiori che emettono fotoni

Interazione fotone – atomo

ħ

E0

E1

E2

E3

e+

Produzione di coppie e+e- . Interagendo con il nucleo il fotone puo' produrre la coppia particella -antiparticella. In assenza del nucleo la conservazione del 4-impulso vieta il processo. Puo' avvenire anche interagendo con un elettrone atomico, che di solito viene anch'esso espulso.

Per produrre la coppia ħ > 2mec2

g)

e-

ħ'

Scarica elettrica attraverso un gas rarefatto (poco assorbimento) → eccitazione di elettroni con conseguente emissione di fluorescenza: lampade al neon, sodio, etc...

Luce bianca incidente su un gas rarefatto: l'assorbimento di risonanza e di fluorescenza privano il fascio di luce dei fotoni corrispondenti alle energie dei livelli atomici del gas: analisi spettrale del gas : analisi mezzo interstellare, nubi atmosferici, etc...

Esempi applicazioni fluorescenza

Assorbimento fotoelettrico

Silicio Z = 14 Oro Z = 79

Blu = ComptonViola = fotoelettricoGiallo = Rayleigh

E (MeV)E (MeV)

(cm

2 /g)

(cm

2 /g)

=1 mm =1 mm

● Corrente media disponibile 0.1mA

● Corrente di buio 2-5 nA● Guadagno cirac 105- 106

● Tempo salita circa 1-100 ns

scintillatore

E. PH application: Medical Imaging