DEDUZIONE DELLE CONCENTRAZIONI DI URANIO E TORIO NELLE SOSTANZE RADIOATTIVE CON IL METODO FOTOGRAFICO G. IMBò ~ L. CASERTANO L - Nella nota preccflente (1) si è ,lata la ,listribuzionc sta- tistica delle particelle u raccolte su una lastra foto!!rafica, in hm- zione della proiezione sulla lastra del percorso della particella ncl- l'cmlll~ione; tale ,listribuzione è stata stllfliata sia per le particelle a emesse {la una sola specie di nucleo radioattivo, sia per quelle provenienti da tutti !!Ii clementi Ili o!!ni singola fami~lia in equili- !trio rUllioattivo. Ora prima (Ii dare - come si era fletto - le distribuzioni pcr le particelle emesse flall'insieme ,Ielle tre famiglie, c in funzione anche dci rappol10 in pe~o della concentrazione flell'uranio (C,) rispetto a quella (Id torio (C"hl in mOllo da poter ricavare que~to rapporto dalle distrihuzioni ebe si ottengono in pratica, si è voluto riesaminare il problema trattato per un completamento flal punto di vista analitico, tenenflo pre~cnte, a tale seopo, i lavori sueee~~ivamente pubblicati sul· l'ar!!omento. Quasi contemporaneamente al nostro lavoro, difatti, ButtIar ( .. ) c Hautenllans e) hanno trattato lo ste~so problema presso a poco nel- l'identico modo ~e!!uito da noi: unica differenza sostanziale è che es~i per evitare la soluzione analitica in {f fiella !!iù riferita equazione: , x -=Rsen{\--tgH [I] (flove r è la proiezione (lei percorso nell'emul~ione di una parti. cella u emessa sotto l'an!!olo {} fla un volume elementare posto a distanza x; R il percorso nell'aria; !J.l il coefficiente di frenamento della sostanza radioattiva e I-l.~ quello (Iell'emul~ione) e quinfli flel- l'integrale ehe permette di ricavare il totale flelle particelle (( rac- (.) Si è vivament e grati al doti. Bt:nUR percllé ci 1m inviato copia ciclostilat;> della "Ua IC5i. .. 2 C . I M B Ò - L . C A S E R T A N O colte con proiezione maggiore di r, ricorrono alle soluzioni grafiche; mentre noi preferimmo — come esposto — trovare la distribuzione statistica delle particelle a emesse da uno strato di spessore x = u i R come limite delle distribuzioni di un numero sempre crescente di strati infinitamente sottili posti a distanze comprese fra 0 e Ui R. I risultati ottenuti nei due modi non potevano non concordare: in particolare i valori dati precedentemente nella Tabella I I I per le tre famiglie radioattive in equilibrio confrontati con quelli delle loro Tabelle I l a , I l b , Ile presentano al massimo un scostamento intor- no all'1%. Più recentemente si è occupato ancora dell'argomento il Van Stijvendael ( 3 ) che, impostando il problema in modo solo formalmente diverso, è arrivato a una formula analoga a quella data dall'Evans ( 4 ) per le lunghezze effettive dei percorsi nell'emulsione anziché delle proiezioni. Tale formula però può ovviamente essere ricavata anche partendo dall'impostazione data da noi e da Buttlar e Hautermans. 2. — Tenendo conto di quanto detto nella precedente nota si può facilmente vedere come il numero dn di particelle 2) sono radici della [ 1 ] in corrispondenza del po- sto valore di r per le distanze dei due piani che limitano lo strato considerato. In particolare poiché si suppone la sostanza a contatto con l'emulsione si avrà sempre: ft0 = arcsen i r * C . I M 8 0 - L . C A S E R T A N O Quando si considera , r = j i i R si avrà: «o N IV 2 [ 5 ] Questo è da considerarsi un caso limite. Infatti per x > it, /Ma [ 5 ] risulta sempre valida, perché la parte della sostanza a distanza mag- giore di HiR non dà alcun contributo in quanto i raggi non pene- trano nell'emulsione. Invece per A; / L / • / - 01 . - — 15 ^ X \ - /ds^. — £ ^ a . 5 X \\ 0 0.2 0A 0.6 0 . 8 1.0 F i g . 2 - V a r i a z i o n e di c o s 0 (ascisse) in funzione di X/[ÌLR ( o r d i n a t e ) per valori discreti di r/(i2R. D E D U Z I O N E D E I . L E C O N C E N T R A Z I O N I DI U R A N I O E TORIO E C C . 5 Nella Tabella I sono date alcune distribuzioni. In tale tabella, tra parentesi, su ogni colonna è riportato il totale di particelle a raccolte sulla lastra per i vari spessori (cioè il numero di particelle a con proiezione maggiore di zero): si è posto uguale a 100 quello relativo allo spessore x = jt, R. TABELLA I \ x \ i<7« 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 r \ (0.0) (36) (64) (84) (96) (100) UoR \ 0.0 0.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 0.2 0.0 92.8 96.3 76.2 66.7 64.0 0.4 0.0 68.6 56.3 42.9 37.5 36.0 0.6 0.0 44.4 25.0 19.0 16.7 16.0 0.8 0.0 11.1 6.3 4.8 4.2 4.0 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Distribuzioni statistiche delle particelle r», in funzione della proiezione (r/ | j R ) sulla lastra del percorso nell'emulsione per diversi valori dello spessore (x/itiR) del- lo strato della sostanza e m i t t e n t e . Qualche apparente anomalia della variazione della percentuale delle particelle a con proiezione maggiore di un determinato va- lore, in funzione dello spessore, trova la piena spiegazione nel com- portamento — accennato sopra — dipendente dalla validità o meno della [ 5 ] , per .r < ( j j / { , a seconda che r è maggiore o minore della r massima, caratteristica dello spessore considerato. Altro spessore limite può essere considerato quello infinitamente sottile (invece di quello con x = 0) e cioè quello per il quale si ri- tiene che tutti i nuclei emittenti siano a contatto con l'emulsione. Di questo facilmente se ne può trovare la distribuzione. Se N' è il numero di particelle a emesse per secondo e per grammo di so- stanza, la frazione ( //), rispetto al totale di particelle emesse, con proiezione minore di r è data da : 1 — cos il> p=N' 1 o N' Essendo il numero totale delle particelle « raccolte per grammo di sostanza, il la densità della sostanza, e cos ì) = 1 / 1 — ( ] , il r \ u j r ) n « ' 6 C . I M B Ò - L . C A S E R T A N O mero n di particelle a raccolte per cm2 di superficie e con proie- zione maggiore di r sarà : A 2 Z 1 (TUFI [6] u v In pratica sono prevalentemente considerati solamente i due spes- sori limiti, e cioè quello infinitamente sottile e l'altro per cui si ha x — \xlR: in quanto al primo vi si ricorre per particolari esigenze e al secondo per la facilità con la quale esso può essere ottenuto (ba- sta che si abbia x > ( j j R ) . Si osserva che mentre sul numero totale di tracce si ha nel primo caso un valore inferiore che nel secondo (al quale corrisponde il massimo); sulle distribuzioni invece si ha per 10 spessore infinitamente sottile un netto predominio della percentuale di percorsi a più grandi proiezioni. P e r queste ragioni per l'insieme delle famiglie radioattive ven- gono prese in considerazione solo distribuzioni che si hanno per que- sti due spessori. Mentre però per l'infinitamente sottile il campo di variazione delle proiezioni sarà esteso da r = 0 a r = l-^R, per a" = 11K sarà limitato da 0,60 < r < [ i j R , in quanto si sono volute, in questo secondo caso, trascurare le più piccole proiezioni. 3. — Per le famiglie in equilibrio radioattivo, indicando con N* 11 numero di particelle a emesse al secondo e per gr di sostanza da ognuno degli elementi in equilibrio, e con d la densità della so- stanza, le [5] e [6] diventano rispettivamente: n= — i x . d Z . f l — ' [ 5 ' ] 4 \ ^ r J -^•Ì'HÙÌ con le sommatorie estese a tutti quegli elementi della famiglia il cui percorso nell'aria, R h è maggiore dell'equivalente in aria, — , della proiezione r. f's Essendo i capostipiti delle famiglie dell'uranio e dell'attimo due isotopi dello stesso elemento chimico (rispettivamente t/238 e U235) l'in- sieme delle due famiglie sarà considerato come una famiglia unica (uranio-attinio) con due sostanze madri, cui corrispondono eviden- temente due valori diversi di N*. In particolare per i due valori di N* si sa che un grammo di uranio (UI -)- UH -)- Ac-U) è coni- D E D U Z I O N E D E I - L E C O N C E N T R A Z I O N I DI U R A N I O E T O R I O E C C . 7 posto da 0,9928 gr di VI (C/238) e di 0,0072 gr di Ac-U (Us35), essendo trascurabile il contributo dell'I/// (U234). Perciò in base alle costanti di disintegrazione può ritenersi che 1 gr di uranio, in condizione di equilibrio, emette al secondo 24-986 particelle u, delle quali 12210 provenienti da ognuno dei due isotopi Un3S e U231, e 566 provenienti dal terzo C / 0 3 5 . P e r la famiglia del torio invece è da considerare che dal rapporto di ramificazione del ThC si ricava che di 100 particelle u prove- nienti dalla disintegrazione del ThC, 35 sono emesse dal ThC e 65 dal ThC'. P e r il numero di particelle « emesse al secondo e per gr di sostanza per ogni elemento in equilibrio della famiglia del torio si ricava il valore di 4100. TABELLA I I x r x . 0 X-=Hi R U r a n i o - A t t i n i o T o r i o U r a n i o - A t t i n i o T o r i o r (7T< yv — e p-g a di u 7c iV p " g di T h % r M N — P -U[ a ' g di V % N M 8 p.gdiTli % n.o 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 50821 49308 44458 34196 16126 7837 4425 3146 385 0 0 100.0 97.0 87.5 67.3 31.7 15.4 8.7 6.2 0.8 0.0 0.0 12300 12023 11129 8844 7122 3967 1933 951 799 580 C 100.0 97.7 90.5 71.9 57.9 32.3 15.7 7.7 6.5 4.7 0.0 0.60 0.64 0.68 0.72 0.76 0.80 0.84 0.88 0.92 0.96 1.00 1428 966 526 243 70 1 0 0 0 0 0 100.0 67.7 36.9 17.1 4.9 0.9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 959 744 585 448 329 228 146 82 37 9 0 100.0 77.6 61.0 46.7 34.3 23.8 15.2 8.6 3.8 1.0 0.0 D i s t r i b u z i o n i statistiche per le famiglie radioattive in e q u i l i b r i o . Sia gli spes- sori eso dell'uranio (C L ) rispetto a quelle del torio (CTh^ Infine viene indicato il metodo per calcolare non solo il rapporto C „ / C T b ma anche le singole concentrazioni Cv e C , i , par- tendo dalle distribuzioni statistiche, ottenute sperimentalmente, in fun- zione delle proiezioni sulla lastra dei percorsi nell'emulsione delle par- ticelle a emesse dalla sostanza esaminata. SUMMARY In pursuance of a previous note, formulae are here given to obtain the statistical distribution of a particles as gathered 011 photo- graphic plates, in function of the projection on the piate of the particle trajectory inside of the emulsion, for thickness values varying from zero to the lim.it thickness represented by the particle range in the substance under examination. Starting from these formulae, distribu- tions have been indicated both for the tvhole group of Uranium and Actinium, and for the Thorium group. Distributions have been also indicated for fixed ratio values of Uranium weight concentra ti ons ( C c ) in respect of Thorium weight concentrations ( C T h ) . Further has been described the method used for the calculation not only of rations C D / C T i , , but also of the single concentrations C „ arni C T h , as experi- mentally deduced from the projections on the piate oj the trajectories ili the emulsion of the u particles ivich are emitted by the substance under examination. B I B L I O G R A F I A ( ! ) I M B Ò e C A S E R T A N O : A n n . G e o f . V o i . I l i , 4 7 5 , 1 9 5 0 . ( 2 ) B U T T L A R : Tesi di laureti; BUTTLAR e HAUTERMANS: Geoc. et Cosm. Ac. V o i . I I , 43, 1951. (3) VAN STIJVENDAEL: B u i . C e n . P h y s . N u c l . N. 28, 1951. ( 4 ) EVANS: P h y s . R e v . , 45, 29, 1934. jt^c. Mum^L- _ TI'. ..