Alpha Particle X-Ray Spectrometer: differenze tra le versioni

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[[ImageFile:MER APXS PIA05113.jpg|thumb|right|Immagine di un ''Alpha Particle X-Ray Spectrometer'' (Cortesia NASA/JPL-Caltech).]]

[[ImageFile:Back of Sojourner and its Alpha Proton X-Ray Spectrometer.gifpng|thumb|right|APXS montato sul retro del ''rover'' ''[[Sojourner]]'' (missione ''[[Mars Pathfinder]]'').]]

Un '''Alpha Particle X-Ray Spectrometer''' ('''APXS''') è uno [[spettrometro]] di impiego [[esplorazione spaziale|spaziale]].

Lo strumento dispone di una [[Radioattività|fonte radioattiva]] che emette [[particellaParticella alfaα|particelle alfa]], alle quali espone il campione in esame di cui determina la composizione chimica elementare rilevando la componente di particelle alfa, [[protone|protoni]] e/o [[raggi X]] dell'emissione di ritorno.<ref>{{cita pubblicazione |lingua=en |titolo=The Alpha-Scattering Technique of Chemical Analysis |cognome=Economou |nome=T.E. |coautori=''et al.'' |rivista=J. Geophysical Research |anno=1970 |volume=75 |doi=10.1029/JB075i032p06514 |pagine=6514}}</ref><ref name=Sojourner/>

Lo strumento risulta compatto e necessita di una bassa potenza, caratteristiche che lo rendono adatto ad un impiego spaziale. Viceversa, poiché esistono metodi più veloci per ottenere la composizione chimica di un campione in esame che non richiedono l'uso di materiale radioattivo, il suo impiego nei laboratori è limitato.

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Negli anni hanno volato varie versioni di APS (senza il rilevatore di raggi X) e APXS: [[Programma Surveyor|Surveyor 5-7]],<ref>{{cita pubblicazione |lingua=en |titolo=Alpha-scattering experiment on Surveyor 7 - Comparison with Surveyors 5 and 6 |autore=Patterson, J.H.; Franzgrote, E.J.; Turkevich, A.L.; Anderson, W.A.; Economou, T.E.; Griffin, H.E.; Grotch, S.L.; Sowinski, K.P. |rivista=J. Geophysical Research |anno=1969 |volume=74 |pagine=6120–48 |doi=10.1029/JB074i025p06120}}</ref> [[Programma Phobos|Phobos]],<ref>{{cita pubblicazione|lingua=en |titolo =In-Situ Measurement of the Surface Composition of the Mars Moon Phobos: The Alpha-X Experiment on the Phobos Mission |autore=Hovestadt, D. |coautori=''et al.'' |rivista= Abstracts of the Lunar and Planetary Science Conference |anno=1988 |volume=19 |pagine=511 |url=http://adsabs.harvard.edu/abs/1988LPI....19..511H |accesso=04-10-2010}}</ref> [[Mars 96]],<ref>{{cita pubblicazione |lingua=en |titolo=An Alpha Proton X-Ray Spectrometer for Mars-96 and Mars Pathfinder |autore= Rieder, R. |coautori=Wanke, H.; Economou, T. |rivista= American Astronomical Society |anno= 1997 |volume=28 |pagine=1062 |url=http://adsabs.harvard.edu/abs/1996DPS....28.0221R |accesso=04-10-2010}}</ref> [[Mars Pathfinder]],<ref>{{cita pubblicazione |lingua=en |titolo=Determination of the chemical composition of Martian soil and rocks:The alpha proton X ray spectrometer |autore= Rieder, R. |coautori=Wänke, H.; Economou, T.; Turkevich, A. |rivista=J. Geophysical Research |anno=1997 |volume=102 |pagine=4027–4044 |doi=10.1029/96JE03918}}</ref> [[Mars Exploration Rover]],<ref>{{cita pubblicazione |lingua=en |titolo=The new Athena alpha particle X-ray spectrometer for the Mars Exploration Rovers |autore=Rieder, R. |coautori=''et al.'' |rivista=J. Geophysical Research |anno=2003 |volume=108 |pagine=8066 |doi=10.1029/2003JE002150}}</ref> e [[Rosetta (sonda spaziale)|Rosetta/Philae]]. Spettrometri APS inoltre costituiranno l'equipaggiamento delle missioni future: [[Mars Science Laboratory]] ed [[ExoMars]].

Lo strumento montato sul ''[[Sojourner]]'' (''[[rover (astronautica)|rover]]'' della missione ''[[Mars Pathfinder]]'') è stato indicato '''Alpha Proton X-Ray Spectrometer'''<ref name=Sojourner>{{cita web|lingua=en |titolo=Mars Pathfinder Instrument Descriptions |editore=JPL, NASA |url=http://marsprogram.jpl.nasa.gov/MPF/mpf/sci_desc.html |accesso=03-10-2010}}</ref> per sottolineare la sua capacità di rilevare la componente protonica della radiazione di ritorno.

== Fonte radioattiva ==

Le particelle alfa sono emesse durante il [[decadimento radioattivo]] di [[nucleo atomico|nuclei atomici]] instabili. A tale emissione può essere associata un'[[Radioattività#Radiazione_secondariaRadiazione secondaria|emissione secondaria]] nei raggi X. Nelle varie realizzazioni dello strumento, sono state utilizzate varie fonti, caratterizzate da emissioni differenti.

Il ²⁴⁴[[curio|Cm]] (curio 244) emette particelle alfa con un'energia di 5,902 [[Elettronvolt|MeV]]. Raggi X di 14 e 18 keV sono prodotti nel decadimento del ²⁴⁰[[Plutonio|Pu]] (plutonio 240).

L'APXS, parte di ''Athena'' a bordo dei [[Mars Exploration Rover]], utilizza ²⁴⁴Cm ed ha un tasso di decadimento di circa 30 30 [[Curiecurie (unità di misura)|mCi]].<ref name=Athena>{{cita web |lingua=en |titolo=Alpha Particle X-Ray Spectrometer (APXS) |url=http://athena.cornell.edu/pdf/tb_apxs.pdf |opera=Athena |editore=Cornell University |accesso=04-10-2010}}</ref>

== Caratteristiche dell'emissione di ritorno ==

L'emissione di ritorno proveniente dal campione è costituita da varie componenti, delle quali lo strumento è progettato per rilevarne solo alcune: le particelle alfa, i raggi X e, nel solo caso dell'APXS utilizzato nella missione ''Mars Pathfinder'', i protoni. Un miglioramento introdotto nel rilevatore dei raggi X, infatti, ha reso superfluo, ai fini della determinazione delle specie chimiche presenti nel campione, di registrare la componente protonica nelle missioni successive (''Mars Exploration Rover'' e seguenti).<ref name=Athena/>

=== Particelle alfa ===

Alcune particelle alfa della radiazione incidente vengono riflesse verso il rilevatore dopo essersi scontrate con un nucleo atomico. Ciò rende possibile calcolare la massa del nucleo colpito semplicemente da considerazioni sulla [[conservazione dell'energia]] e [[conservazione della quantità di moto|della quantità di moto]]. Infatti, le particelle alfa, come già visto, lasciano la sorgente con un'energia ben definita e la geometria dello scontro è nota, essendo necessario un angolo di circa 180° perché la particella incidente sia riflessa verso la sorgente.

Atomi di elementi differenti si comportano in modo differente: quelli più leggeri assorbono una maggiore quantità di energia, mentre le particelle alfa conservano quasi la totalità della propria energia se riflesse da atomi pesanti.<ref>Una biglia che rimbalza contro un muro, dopo l'urto conserva gran parte della propria velocità, mentre se urta un'altra biglia tenderà a trasferire ad essa parte della propria energia cinetica, risultandone rallentata.</ref>

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=== Protoni ===

Alcune particelle alfa della radiazione incidente sono assorbite dai nuclei atomici. Si innesca quindi un processo [alfa, protone] che conduce alla produzione di protoni con energia ben definita, che possono essere rilevati. Il [[sodio]], il [[magnesio]], il [[silicio]], l'[[alluminio]] e lo [[zolfo]] possono essere identificati utilizzando questa tecnica.<ref name=Rieder>{{cita pubblicazione|lingua=en |url=httphttps://www.sciencemag.org/cgi/content/full/278/5344/1771 |titolo=The Chemical Composition of Martian Soil and Rocks Returned by the Mobile Alpha Proton X-ray Spectrometer: Preliminary Results from the X-ray Mode |nome=R. |cognome=Rieder |coautori=''et al.'' |rivista=Science |volume=278 |numero=5344 |pagine=1771-1774 |doi=10.1126/science.278.5344.1771 |accesso=11-10-2010}}</ref>

Come detto, questa tecnica è stata superata dal miglioramento dei rilevatori di raggi X ed è stata usata solo nell'Alpha Proton X-Ray Spectrometer montato sul ''Sojourner''.<ref name=Athena/>

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Le particelle alfa incidenti possono anche espellere degli [[elettrone|elettroni]] dagli [[Orbitale atomico|orbitali]] più interni dell'atomo ([[Numero quantico principale|n]] = 1, 2). Lo spazio vuoto che viene così a crearsi è subito riempito dagli elettroni degli strati più esterni, che, nello spostarsi, emettono dei caratteristici raggi X. Il processo descritto è detto ''[[PIXE|Particle Induced X-ray Emission]]'' e può essere facilmente rilevato. La sensibilità del processo favorisce la rilevazione degli atomi più pesanti.<ref name=Rieder/>

== Note ==

{{<references|2}}/>

== Altri progetti ==

{{interprogetto}}

== Collegamenti esterni ==

*{{cita web |url=httphttps://marsrovers.jpl.nasa.gov/mission/spacecraft_instru_apxs.html |editore=NASA |titolo=Alpha Particle X-Ray Spectrometer (APXS) |accesso=05-10-2010 |lingua=en |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20121021100525/http://marsrovers.jpl.nasa.gov/mission/spacecraft_instru_apxs.html |dataarchivio=21 ottobre 2012 |urlmorto=sì }}

{{portale|astronautica|chimica|fisica}}

[[Categoria:Spettroscopia]]

[[de:Alphapartikel-Röntgenspektrometer]]

[[en:Alpha particle X-ray spectrometer]]

[[ja:ΑプロトンX線分光計]]

[[uk:Альфа-спектрометр]]