L A R I C E R C A S C I E N T I F I C A

SUNTI D E L L E MEMORIE DI F I S I C A

Anno VII - Vol. I - 1936-XIV

Ricerche s u l r e m i s s i o n e dei positroni - D E B E N E D E T T I S,E~- GIO (pag. 192.). - - L 'A. studia l 'emissione di posi t roni da par te dei raggi 7, col metodo della trocoide. Sorgente dei raggi "~ ~ Ra Yh in tubo di vetro posto in solco di un blocchetto di paraffina; sopra, a 4 mm, sono appog- giate sulla paraffina placchette di vari elementi dello stesso peso; il numero dei positroni emessi pe r effetto di neutralizzazione nelle vicinanze dei nu- clei degli elementi suddetti era in equilibrio coi raggi ~,. I1 blocchetto di paraffina era coll.o.cat>o su bloceo di piombo, sagomato convenientemente e posto tra le espansioni polar i di un elettromagnete, di 20 cm di diametro ed a 4 cm di distanza; il bloceo di piombo fermava gli elettroni e i raggi y, mentre i posi troni si muovevano nell 'aria percorrendo curve che si avvol- gevan.o presso i bordi delle espansioni polar i e andavano a colpire dopo mezzo giro un co ntatore.

Z ~ I valori N/-~ degli impuls i del contatore dovuti ai positroni (tolto l 'ef-

fetto di zero) sono per gli elementi pesanti (Cu, Zn, 5'n, Pb) senslbilmente costan~i; il che vcrifica la previsione teorica c h e l a probabili th di produ- zione di eoppie vicino ad ogni n~eleo deve essere proporzionale a Z 2. Pe r elementi leggeri (Li, C, Mg), riprese le esperienze, ] 'A. riscontra un'emis- sione sistematicamente maggiore di quella preved~bile, ehe .per altro po- trebbe essere dovuta a qualche errore sperimentale.

Con altr(> ~pparecchio simile, scatola di ottone a corona circolare, in cui si f a i l vuoto~, con blocco cilindrico di Pb nella cavith, I 'A. ha studiato l 'emissione di posit~oni sotto l 'azione di raggi 6. La sorgente era un depo- sito attivo di Th (ThB + C), ed al disopra si Fotevano porre s'chermi piani di spessore e natura diversi, in modo c h e l a superfieie superiore fosse circa a 4 cm dalla sorgente. ,Si teneva conto dell'effetto di zero e del decadi- mento della sorgente.

Furono fat te due serie di esperienze, con schermi di spessore e di ma- teriale diversi, e l 'a l t ra con sehermo di Al di 0,5.5 g r / e m 2 sulla finestra del contatore. Dalle prime esperienze risulta che l 'emissione di positroni nel piombo, a par t i re da 0,43 g r / c m = ~ prat ieamente in equilibrio con una ra- diazione dura % e avanti che 1' equilibrio sia raggiuntv non si osserva

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374 LA RICERCA SCIENTI~'ICA

un'emissione dovuta ad una radiazione penetrante (9). Con l'A1 e la cel- lophane si .osserva una diminuzione di impulsi eoll'aumento dello spessore dello schermo, il ehe indiea the il fenomeno di assorbimento dei positroni prevale sull'emissione. La seconda serie di misure dimostra che uno scher- mo di A l di 0,5.5 gr/cm ~ riduee il numero di positroni da 100 a 12,4; forse maggiore ~ la riduzione prodotta da uguale schermo sulla sorgente, perchg il positrone pub passare pifi volte attraverso quest'ultimo schermo. L'emis- sione in uno schermo di A l di 0,55 gr/cm 2, paragonata con quella del Pb

di egual massa superficiale dipende dal numero atomico, hello stesso modo che l'emissione dei raggi 3'; e si potrebbe spiegare bene ammettendo nes- suna emissione di positroni per un'azione di una radiazione diversa dalla 7, essendo assorbiti i positroni emessi dalla sorgente.

Per spessori pifi piccoli le misure fatte con differenti schermi sono spiegabili e0n l'emissione dei raggi -~, e con l'assorbimento dei positroni- che vengono dalla sorgente: se es~stesse la materializzazione dei raggi ~, sarebbe di piceola importanza rispetto agli altri due fenomeni e non rive- labile con queste misure. In eonclusione reffetto di materializzazione del- l'energia dei raggi ~ sembra, come vuole la teoria, molto pifi pice01o ehe quello dei raggi 3'.

L'A. ha inoltre misurato il rapporto t r a i l numero di elettroni - - e d- emessi dalla sorgente e ha trovato il valore di 10 ", in aceordo eon misure di Aliehanow, ma circa 100 volte maggiore che i rapport i trovati da Chadwick, Blackett e Occhialini, i quali per altro sperimentavano eon camera di Wilson.

So p r a l ' a s so rb imen to e la diffusione dei neutroni lenti - Rela- zione di E. AMALDI ed E. FEI~I'VII (pag. 454). - - Gli AA. descrivono anzitutto i criteri seguiti per rendere confrontabili tra loro i risu.ltati otte- nuti con diverse sorgenti a notevoli distanze di tempo. Detta U l'attivit~ di un certo preparato di uranio, misurata con apposita camera di ionizza- zione, S l'attivifft iniziale della vita di 44 see di data lastra di rodio che si ottiene entro dato blocco di paraffina in data posizione dopo irraggia-

S mento infinito, l ' intensi td neutronica I ~ il rapporto ~ , e l 'attivabilitdt A

di un rivelat0re ~ 10,00~U, a attivit~t iniziale del rivelatore irrag~ato c o n

tempo infinito. Gli AA. danno le curve di assorbimento teoriche dei neu- troni colla legge d'uscita del coseno e colla legge cos 0 @ ~/3 cos20; sl~e- cialmente la 2 a ha servito pel calcolo dei coeffieienti di assorbimento K.

L'analisi delle curve di ass, orbimento (attivabilit~t de] rivelatore e spes- sori dell'assorbitore) permette di classificare i neutroni lenti in eomponenti pressoch~ omogenei, diversamente assorbiti da vari elementi, ehe costi- tuiscono i vari gruppi. Sono ben definiti il gruppo C di neutroni forte- mente assorbiti dal Cd (K = 13 ,5 - -16 cm2/gr) ed il gruppo A fortemente assorbito dall'Ag (K = 20 cm~/gr). Usando rivelatore A g , si scopre the circa un 25 % di radiazione ~ poco assor.bita dal Cd e da l l 'Ag; essa ~ stata

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chiamata B e d ~ essa s tessa quasi certamente complessa. Vi h poi il gruppo D p'oco assorbito dal Cd e rivelato dal Rd e infine dallo studio del rive- latore PbI, si deduce l'esistenza di un altro gruppo I, poco assorbito da tutti gli elementi fuorch~ dallo iodio. L'ipotesi pifi spontanea ~ di attri- buire le differenze tra gruppi a successive diminuzioni di veloeit~ dei neu- tron4, per urti contro atomi H, sin.o all'energia di agitazione termiea dei neutroni C. Le selettivit~ di assorbimento sarebbero allora dovute a irre- golari variazioni del coefficiente in funzione delle velocita de4 neutroni.

Seguono misure sistematiche di assorbimento per i vari gruppi. Pel gruppo C si ottengono per differenza con o senza schermo di Cd, dei coef- ficienti di assorbimento ben determinati in cm2/gr per i vari assorbitori e rivelatori, che dimostrano l'omogeneith del gruppo. I1 gruppo D si studia bene filtrando la radiazione con 0 , 3 - 0,4 gr/cm 2 di Cd ed usando come rivelatori rodio oppure indio. I1 gruppo A, eliminato il gruppo C, 6 rive- lato bene da sottile strata di Ag.

I1 gruppo C s4 presenta sempre nei diversi rivelatori, posti all'esterno della paraffina, con percentuali superiori al 50 %; cib non ~ tanto dovuto agli elevati coeffieienti K, quanto alla numerosit~t N~ che gli AA. defini- scono il numero di neutroni del gruppo che escono per secondo, cm ~ e unit'~ di intensit~t neutronica dalla sorgente.

Se nel centro deI blocco campione di paraffina si appoggia un rivela- tore sottile di superfieie s, il numero di neutroni che lo colpiseono sar'~ N.Is; se con K si indiea il coefficiente di assorbimento del rivelatore, ~ il suo spessore, il numero dei neutroni catturati h V3 No I s K ~; per queste grandezze, con certe eorrezioni, si ha l'attivith normale del rivelatore, che viene misurata, quindi si ottiene la numerosit~. Essa risulta molto maggiore pel gruppo C (47), ehe pel gruppo D (10), A (0,6), I (5).

Gli AA. hanno determinato se negli elementi che si attivan.o con due o pifi periodi, l'attivit~ delle diverse vite sia determinata dagli stessi grup- pi. Notiamo per es. ehe il gruppo A ~ caratteristico della vita dell'Ag di 2,2 sec; nel caso del rodio un filtro di Cd non altera sensibilmente il rap- ~porto delle due rite.

Gli AA. passano a stud~are le proprieth dei neutroni lenti nell'interno delia paraftina. Essi chiaman.o aIbedo ~ la probabilit~ che un 'neutrone che incide su un piano limite di un bloeco molto esteso di paraffina, ne riesca dopo avere eventualmente subito alcuni urti nella paraffina. Per il gr~ppo C, supponendo il rivelatore molto sott~le, per modo ehe nessun neutrone

Ac venga da ess,o catturato, si ha ~ c c ~ l _ - ~ , essendo Ac ]'attivabilit~ dovuta

al solo gruppo C e Be l'attivabilit~t dovuta al gruppo C, quando esso 6 pro- tetto da un lato da un assorbitore totale del gruppo C.

al numero N di cammini ]iberi dalla formula di Fermi

aleune eorrezioni si avrebbe per i neus C, ,~ = 0,82 Gli altri gruppi hanno piecolissima a~ibedo eambiando un urto o poeo pifi.

L'albedo ~ ~ legata

= 1 - - ~ . Con

e quindi N = 12.4. essi veloeit~ d,opo

376 LA RIC'*'EI~CA SCIENTIFICA

Essendo N considerevole per i neutroni C, il mote di questi nella pa- raffina potr~t assimilarsi ~d un mote di diffusione, ed esperienze di diffu-

sione potranno dare ~.~/N oppure il tratto di diffusione l • xV3, e quindi

>.~N. La probabilith p(c) che il uetrone arrivi ad uscire dalla paraffma _x_

prima di venire catturato da un protone e, secondo Fermi p(x) e z x prefondit~ dcl neutrone. Per determinare p(x) si pone un assorbitore del gruppo C a profondit~t {), 1, 2, 3 em del blocco di paraffma tagliato a fette; si determina la diminuzione di attivabilit~, del rivelatore, che ricopre sopra tutto il bloeco, dovuta all'assorbitore; questo distrugga Q neutroni, che ,si pub avere dall'attivit~t indotta nell'assorbitore; i l rapporto tra diminuzione e Q ~ proporzionalc a p(x). Cosl si ottiene 1 = 2,1 cm e ).~N = 13 cm ~.

Ai gruppi D ed A non si pub applicare la teoria della diffusione; tut- tavia facendo le esperienze ceme per C e nell'ipotesi che i neutroni A e B pereorrano un solo cammino llbero, gli AA. danno un metodo per determi- nate i cammini liberi, che risultano attorno ad 1 cm.

Gli AA. hanno potuto misurare direttamente ~. per i neutroni C, quindi dalla superiore misura di k~N, il numero N. La misura di ), ~ stata fatta con apposita sorgente di neutroni C di piccole dimensioni, ed ur. rivelatore costituito da piccola camera di ionizzazione cilindrica a 75 atmosfere, ad elettrodo di rodio; sorgente e rivelatore a distanza grande rispetto alle lore dimensioni con interposti spessori di paraffina a mode di diffusori. Mediante formula che dh il numero totale di neutroni diffusi che colpiscono il rive- latore pifi quello dei neuironi che colpiseono il rivelatere senza avere su- bite urti, in funzione dello spessore d el diffusore, tenure conto delle con- dizioni geometriche per distanze di 2,0 e 10 era, gli AA. ricavano come valore pifi probabile k = 0,3 cm.

I1 numera N ~ quindi dell'ordine date dalle misure di albedo per i aeutroni C: questo fatto ~ a favore dell'interpretazione che il gruppo C corrisponda prevalentemente a neutroni di velocit~ di agitazione termica (l'argomento pifi dirett~ ~ l'esperienza col selettore di velocith di Cd, che ha permesso di contr011are che la velocit~ dei neutroni C ~ quella di agita- zinoe termica). I neutroni C _si chiamane perci5 anehe termici; gli altri gruppi, non termici, avrebbero velocit~ superiori ed un cammino libero, N attorno ad 1 cm.

Dalla teoria di Fermi sull 'urto tra neutroni lenti e atomi di H, risulta che al tendere di W~ energia dei neutroni lenti a 0, ~. tende a ), / 4 ; per i ncutroni termici si avrebbe W/hv----~/~o (v frequenza .oscillazioni elas~i- che di H nelta parai~na), )~ = ),g/3,3 come infatti si verifica.

Si pub anehe dedurre la vita media z dei neatroni termici da )~(0,3) XN

ed N(140) e dalla vclocit~t media (2,5.10~), essendo x ~ - ~ - ; si rieava

= 1,7.10 -4 sec in ottimo accordo col valore teorieo dedotto da Fermi.

SUNTI DELL]] iVIEMORIE 377

Passano gli AA. a studiare come l'intensit~ dei vari gruppi dipenda dalla distanza dalla sorgente. Le misure sono state eseguite entro una vasca d'acqua: pel gruppo C, rivelatore rodio, differenza senza e con schermo di Cd; pel gruppo D, rivelatore rodio schermabo da 0,5 gr/cm ~ di Cd; per i grt~ppi A%-B, rivelatore A.q schermato da Cd; pel gruppo I rivela~ore ioduro di piombo schermato da Cd. Fatto un diagramma delle a~tivit~t in funzione delle distanze, osservato che i gruppi, per i quali il decremento dell'intensitk ~ pifi rapido, debbono essere quelli di energia maggiore, gli AA. deducono l'ordine di energia erescente dei gruppi C, D,

W " ~ - - ~ A %- B, 1, ed anehe in base alla formula del Fermi log W' - - 6)3

i rapporti di energia, solo per i gruppi non termiei, I, A%-B, D; 4,4 : 1,85 : 1.

Gli AA. eereano poi di verificare direttamente la trasformazione di neu- troni D in neutroni C, in seguito ad alemai urti nella paramna. Posto un assorbitore eselusivo del gruppo D entro ]a paraffina, esso dovrebbe ridurre l'attivit~ del rivelatore eselusivo del gruppo C: gli AA. eereano di avviei= narsi a queste eondizioni ideali ed elaborando vari daft sperimentali eon- eludono per la realth dell'effetto previsto.

Oggetto del sneeessivo studio ~ il comp.ortamento dell'attivit~ dei di- versi gruppi vieino al bordo della oaraffina. L'andamento della densit?~ dei neutroni termici vicino al bordo ~, seeondo la teoria della diffusione di Fer- mi, per x, profondit~ nella paraffina, piceola, circa pr0porzionale ad

x - ~ (da eib la legge dei neutroni uscenti cos 0 %-~/3 cos 2 0), e quindi

1 l 'annullamento ad una dis.tanza esterna dal bordo I xo ] = ~-~. Tagliando a

fet-te lo stra6o di paraffina tra la sorgente e la base superiore e inserendo il rivelatore (molto sottile) a diverse profondit~, dal grafieo delle attivit~ del solo gruppo C in funzione di x, si ricava ] x, ] ---- 0,18 em e k = 0,31 era, in buon aeeordo col valore diretto. Pel gruppo D si pub usare un rivelatore spesso, pereh~ esso non perturba l'att~vit?~ del rivclatore stesso; si ha l 'an- nullamento della densith all'esterno pill lontano ehe pel gruppo C, eorri- spondentemente al maggior eammino libero e all'orientazione dei eammini liberi per energie superiori al quan.to del legame elastieo dell '// della pa- raffina.

Discuton,o gli AA. successivamente un metodo per determinare il rap- Wma$.e

porto W-mT-~ tra la massima e ]a minima energia, the limitano la banda

di energia di ciascun gruppo non termico di energia > 1 volt. Coneseiuti i coefficienti di assorbimento K, , Kc del rivelatore per il gruppo g in esame

e pel grupp.a termico, calcolati ~]i ]Aqd~ e ~]Bcdx the rappresentano la me- r

dia delle attivabilith per tutte ]e posizioni e orientazioni dei rivelatori, (es- sendo nel caso B~ il rivelatore protetto al solito da un assorbitore totale dei neutroni termiei), note le funzioni b (Kx) e c(Kx) ehe danno le curve teori-

S78 LA RIC]~RCA SCIENTIFICA

ehe di assorbimento, g~ viste in principio, nel rivelatore di spessore x e limiti 0 e ~; il coefficiente di asse~bimento ~ degli elettroni del rivelatore nel rivelatore stesso, il numero N di cammini liberi per un neutrone C, si ha l'espressione logaritmica di Fermi

W ...... Kc ~.~/~ fAgdz 27 c(Kcr')e-~xdx

log ~-mZ~ n ---~ Kg ),g J ~[" cd': X ~ "

0 0

Per larghezza iogaritmiea del grappo D trovano gli AA. 0,6.0; del gruppo A, 0,938; del gruppo I, 0,27; assa~ ristrette, per modo che 8 piuttosto raro il easo che un neutrone pereorra pifi di un cammino libero restando sempre appartenente alla stessa banda di energia. Ammettendo che le energie dei gruppi D, A, I siano quelle dedotte col metodo del boro, si avrebbero le larghezze in volt: 1;5; 0,23; 15. Collegata alla larghezza della banda ~ la numerosith; il meno numeroso ~ il gruppo A (0,5) the ~ anche il pifi ri-

Dall'jB'cd': gli AA. ricavano il numero totale di neutroni Q eme~si stretto.

dalla sorgente di E,~-~-Be e poi il numero di neatroni equivalenti alla gi~ definita unit~ neutronica (18,0.000).

Gli AA. infine valutano fino a che pun~o ~ mantenuta la eoeronza tra la direzione del moto di un neutrone prima e d.opo l'urto, ponendo come espres- sione quantitativa di essa cos 0. La formula di Fermi darebbe per energie > 1 volt, cos 0 = 0,67 e per neutroni termici, per cui W/hv~-l/lO, cos 0 = 0,067, eio~ quasi d4ffusione isotropa. (D. N.)