LA 1)RODUZIONE DI FOTONEUTRO~I D A U N A SORGENTE A R a y + B e Nora di Z. OLLANO

Sunto. - Dopo aver controllato il dispositivo con la misura del numero di neutroni prodotti da una cella 'Rag -~ Be se9~uendo il metodo di Ay~A~)I e F E I ~ I abbiamo determinato il q~umero di fotoneutroni ottenibili con celle diverse a Ra'f-~-IBe. D'a essi abbiamo ealcolato il vaIore (2,0 ~_ 0,3) 10-e7 em 2 per la sezione d'urto media del processo nel quale i raggi ~ pih duri del t~a liberano neutroni dal berillio.

Per altra rieerea in corso ei occorreva avere dati precisi sulla produzione di fotoneutroni da berillio sottoposto ai raggi ~ provenienti da R a , dati che non ci ~ parso di poter ricavare direttamente da]la letteratura esistente sull'argomento. Essa infatti non ~ molto abbondante e manca di alcuni partieolari essenziali anche quando il modo di contare i neutroni emessi dalle sorgenti non ~ approssimativo o a d d i r i t t u r a discutibile. I1 miglior metodo esistente a t u t t ' o g g i di far questo ~ quello suggerito da AMALDI e FERMI (1) e da essi utilizzato per numerare i neutroni emessi in un seeondo per M C da R n + B e . A questo metodo ci siamo attenuti nelle misure eseguite con cilindri di polvere di berillio di diverso diametro, contenenti al loro centro il preparato di radio in aghi o ce]lule del tipo in uso presso i radiologi. Poieh~ la s t r u t t u r a geometrica del materiale da noi usato differiva alquanto da quella indieata nel proc6dimento classico (la nostra cellula emettente era di dimensioni piuttosto grandi e il detettore di forma eurvata) a titolo di eontrollo dei resultati suceessivi abbiamo determinato il numero di neutroni ottenibi]i per secondo e per M C da una mescolanza di solfato di radio con berillio prima in reeipiente di dimens~oni normali e poi .eircondata da una scatola di dimensioni notevoli come quelle usate per la produzione dei fotoneutroni. P e r i1 rendimento di questa miseela esiste una eceellente misura f a t t a da BAKKER (2) e del resto esso era giA stato da noi ottenuto per confronto con una eella a R n + B e (3).

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Z. OI-~ANO

Le prove preliminari avendoei dato resultati pienamente soddisfaeenti riteniamo di poter avere fidueia in quelli rieavati pei fotoneutroni. Questi ei hanno servito ad apprezzare la sezione d'urto dei raggi -/ di un preparato di radio effl,eaei per l'effetto fotoneutronieo. Metodo di misura. Nel metodo di AMALDI e F ~ I i neutroni emcssi dalla sorgente vengono rallentati fino alrenergia termica in un mezzo idrogenato. Si misurano poi i neutroni termici distribuiti hello spazio intorno alla sorgente. Questo si fa con procedimento che dipende dalle seguenti considerazioni. L'attivabilith Bc di un detettore per neutroni termiei (C) in u n certo punto dello spazio ~, seeondo FERMI, (~) dove S l'area del detettore ). il cammino libero medio dei neutroni termiei nel mezzo idrogenato di cui si ~ fatto uso (per acqua )~ ~-- 0,35 cm) N i l numero di cammini liberi medi di un neutrone prima della sua cattura da parte di un protone (in acqua N----140) K~ il coeffieiente di assorbimento per unit~ di massa dei neutroni termici nel detettore (per rodio K~ ~ 0,7 cm~/gr) 8eff lo spessore effettivo del detettore, differente dallo spessore reale ~, a causa dell'assorbimento (e~efficiente ~) degli e]ettroni emessi dai nuclei eccitati nel detettore stesso. Esso ~ dato dalla relazione

~~rf ~-.fC( K ~x)e - ~ dx, 0

in eui C(K~x) denota la eurva d'assorbimento dei neutroni lenti nel detettore. Essa, s e i l detettore ~ eolpito da una sola parte e usato da quella per la misu~a, eorrisponde all'espressione 1

2 Ct K~x) - - : ~

j

9

0

ma pub essere sostituita in pratiea daIta funzione esponenziale e-g~rf~ se K,rf ~ il va]ore numerico e h e f a d-ell'esponenziale una curva adattabile alla C(Kcx) (eosl con ~ - - 0 . 2 3 g r / e m ~ si ha per rodio ~ , r r : 0.098 gr/cm"). q~ la densith dei neutroni termiei nella regione oceupata dal detettore.

PRODUZIONE

DI FOTONEUTRONI

DA

~ a ~ - ~ Be

54~

Dalla (1) per integrazione si ded~ace il numero totale Q dei nentroni termici che esistono hello spazio ~ intorno alla sorgente (2)

O ----.fqcd: = -S).N,/~Kc~rr f B~cl:.

Se, date le piecole dimensioni delia sorgente, si pub a m m e t t e r e che intorno ad essa i neutroni abbiano distribuzione sferica, si p u s serivere oo

(3)

4r:

/"

2 Q ~ -S)~I~V~;c~err.f Bc(r)r dr.

0

Tutto quindi si riduce a determinare i valori di Bc(rl a distanze progressivamente creseenti dalla sorgente. Supponiamo, come ~ il nostro caso, di eseguire le misure di attivabilit~ di un dato detettore con un eontatore di GnmER e Mi~LLER. Allora, se si espone il detettore a]]'azione della sorgente a distanza r per ~n tempo .t e si fa la misura dopo t~ secondi, f~cendo d u r a r e tale misura per altri t2 secondi, si ottengono n~(r) impulsi. I1 numero di impulsi, ar che avrebbe dato il detettore se fosse s t a t o attivato per un tempo infinito e la m i s u r a fosse stata estesa daI momento della cessazione dell'attivazione a quello della fine dell'attivit~, si ricava da n~(r) mediante la relazione facile a dedursi o~

(4)

ar

fe -'t dt 1 ~- n Jr) ~ t, e-~t dt 1 -- 2 ~ t~

dove l 6 la eostante della t~asformazione del detettore attivo e T if sul periodo (per rodio l - - 0,0158, essendo T ---- 44'0. Naturalmente con nr indichiamo il numero di impulsi effettivamente dovuto ai soli neutroni C e .eio~ esso 6 il valore sperimentale gi~ liberato dal valore dell'attivazione dipendente dai neutroni assorbiti dal detettore, ehe nel punto dove esso ~ stato eolloeato non hanno aneora rag giunta l'energia termi.ca. Questo si ottiene esponendo il detettore p r i m a scoperto, ehe c.osi raccogtie neutroni C e neutroni D, poi ripetendo l'operazione col detettore coperto completamente da u n a lamina di eadmio di spessore sufficiente a sopprimere tutti i neutroni C. P e r differenza si ricava il valore n~(r) cereato. I1 numero ar t u t t a v i a non r a p p r e s e n t a ancora il numero di disintegrazioni per secondo che hanno luogo nel detettore a t t i v a t o .

544

Z. O L L A N O

Queste verranno indicate con At(r) e si otterranno moltiplieando a~.(r) pel rapporto (da determinarsi a parte) f r a il numer~ degli impulsi segnalati dal contatore e ]e effettive disintegrazioni che hanno luogo in una sostanza eampione che emette eorpuscoli beta di energia identiea o eomparabile a quella dei corpuseoli del detertore attivato. Nel caso del rodio si pub utilizzare come sostanza campione UX~.

AAr) = kao(r). Ora AMAnDI e F E ~ I I ammettono che BAr) sia proporzionale ad

A/r). Cosi~eh~ si avr~ (5)

~ . . - - ~~o~,rr~ -. I A ~(r)r'dr, Q - - ~'),~"

essendo ~ il fattore di proporzionaIit~ fra B,(r) ed At(r). Tale fattore si determina con misure fatte a una distanza determinata dalla sorgente, to. Per At(to) si debbono compiere operazioni e ca]eoli gi~ indicati prima per ottenere la serie dei valori At(r) in funzione di ~'. Per Bc(ro), a causa delia condizione imposta dal caloolo che ha eondotto alla (1), si espone il detettore schermato da una parte con eadmio e dall'altra Iibero. Poieh~ il valore che eosl si raggiunge dipende dalla posizione geometrica del detettore rispetto alla sorgente, si deve ripetere l'operazione per diverse posizioni e fare la media dei valori cosl conseguiti. Spesso basra esporre il detettore una volta con la faccia scoperta rivolta dalla parte della sorgente e una volta con la faccia seoperta rivalta dalla parte opposta. P e r due sorgenti di neutroni comparabili si potdt serivere in ~eneraie

Q

f Adr)r'dr eo oo

Q' -- r ].~fac'(r)r'dr 0

S e i i rapporto fra A~(r) e A~'(r) ~ costante lungo tutta la eurva e se inoltre i fattori di proporzionalit~ fra B~(r) e A~(r) possono ritenersi identici nei due casi, la precedente si semplifiua successivamente helle due altre

Q

B~,r)

Q' - - B / ( r ~ '

Q

A Jr)

Q" - - A~'(r)"

P e r il confronto di una sorgente di neutroni composta di u n miscuglio di radio con berillio con altra a Rn + Be, abbiamo utilizzato

PRODUZIONE DI FOTONEUTRONI DA

Ra'~-~-Be

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le u]time due relazioni (~). I n queste sorgenti infatti i neutroni avev a n o in prevalenza la stessa origine ed era da prevedere quello che abbiamo ver~fieato sui dati riferiti da diversi autori che i valori degli At(r) nei due ca si con buona ap~prossimazione si possono ritenere proporzionali f r a loro. P e r la presente ricerca in cui i fotoneutroni emessi dalla cella non hanno le energie eorrispondenti a quelle dei neutroni emessi da u n a sorgente a Ra~ + Be ci siamo dovuti attenere al metodo pifi genetale di misura, che richiede f r a altro la t a r a t u r a del contatore con p r e p a r a t o d'uranio.

Proeedimento sperimentale. I1 recipiente per rallentare i neutroni era un cilindro di lamiera di ferro di 80 cm di diametro e 170 di altezza. I1 p r e p a r a t o sorretto da u n ' a s t a di ottone era posto sul suo asse centrale alla profondit~ d i 60 em dal livello superiore dell'aequa. U n a sbarra ~]i ottone disposta diametralmente sul bordo del recipiente permetteva di ap.poggiare il sostegno della lamina di rodio (scendente fino all'altezza del preparato) alla distanza voluta dal centro. Le misure delle attivazioni sono state eseguite con contatore di GEIGER e MOLr,ER in alluminio del diametro di 2 cm e con parete dello ,spessore di 0,18 mm. L a regione utile al funzionamento era superiore a 6 cm di lunghezza. Esso era tenuto entro una cassa di piombo a pareti inferiore e laterale di 5 cm e superiore di 10 cm, e non dava in queste condizioni effetto di zero superiore a 10-12 impulsi per minuto. La lamina di rodio (0,23 g r / c m 2, S z 3,2 X 6 cm ~) era curvata a sez]one circolare, cosicch~ poteva essere disposta parallelamente al p r e p a r a t o che aveva f o r m a eilindrica e poi adagiata sul contatore. Gli schermi di cadmio che dovevano usarsi p e r la soppressione dei neutroni C e la valutazione dei D (0,43 g r / c m 2) avev.ano la stessa f o r m a e bordi ripiegati in modo da costituire u n a seatolina chiusa completamente sul rodio se usate insieme. P e r tutte ]e prove ci siamo attenuti a un procedimento uniforme di attivazione e misura. E eio~ 1~ attivazione del rodio per 60" (si evita eos~ l'eccitazione del periodo di 4,5~ e si isola quello di 44'9 2 ~ lettura dell'eeeesso di impulsi sul]o zero del .eontatore dato dal rodio attivato d u r a n t e 60" e dopo 40" dalla fine dell'attivazione. Lo zero del contatore era verificato p r i m a e dopo ogni misura. F r a l ' u n a e l ' a l t r a di queste veniva las.ciato un intervallo di 20~ sufficiente alla comp]eta disattivazione della lamina di rodio. Dispone26

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z. OLLANO

vamo di due lamine di rodio eguali e potevamo quindi abbrcviare il tempo delle misure alternandole ogni 10". P e r ogni valore numerico desiderato si sono ripetute almeno 10 p r o v e di ,questo genere. Abbiamo eseguito la determinazione di B~(ro) p e r la distanza effettiva di 9 cm dal centro della sorgente. Esso risulta dalla media di due misure fatte tenendo la lamina eurvata di rodio una volta con la coneavit~ verso la sorgente e una u dalla p a r t e opposta, mentre ]s. superficie coperta dal cadmio era sempre quella ,convessa. I sostegni utilizzati p e r sostenere la lamina nei due casi erano di strutt u r a tale da non disturbare mai la ~egione posta f r a la lamina stessa e la sorgentc e da tenere la lamina sempre nella stessa posizione media. P e r la t a r a t u r a del contatore abbiamo .preparato vasehette di alluminio c di nickel di circa 3 m m di spessore e a pareti eurvate come ~a supel~icie della lamina di rodio in modo da potersi come questa adattare sul contatore. I n essa veniva iutrodotta una soluzione in acqua di n i t r a t o di uranile di 10 -~ gr di sale per em ~. I1 numero delle disintegrazioni ,the effettivamente inviavano un elettrone sul contatore ~ stato calcolato tenendo eonto dell'assorbimento di questi nella soluzione stessa e n~lla parete inferiore della vaschetta. Le misure venivano sempre eseguite con soluzione fresca e appena immessa nella vasehetta per evitare il dubbio di precipitazioni del sale sul fondo della medesima. Nel ripetere le operazioni di t a r a t u r a si usava sempre vaschetta nuova e con pareti sieuramente non .contaminate per usi preeedenti o altre cause. Si ~ cosl verifieato l ' a l t a sensibilit~ del nostro s t r u m e n t o e i l suo funzionamento costante anche per periodi molto ]unghi. Con vaschetta di alluminio abbiamo ealcolato che ogni impulso .corrispondeva a 1,8 disintegrazioni utili e con vaschetta di nickel abbiamo ottenuto 1,7 disintegrazioni per ogni impulso. Le sorgenti a Ra~: -~- Be da studiare erano eostituite da seatoline cilindriehe di alluminio, una lunga 6,5 e di 3 cm di diametro, ]'alt r a lunga 4,6 em e dello stesso diametro. U n tubetto pure di alluminio di 0,8 cm di diametro era fissato al centro di uno dei tappi piani e penetrava nell'interno della scatolina fino a profondit~ tale che gli aghi o le cellule di radio che venivano introdotte nel tubetto centrale stessero in posizione simmetrica rispetto alle pareti laterali e di fondo delia scatolina pifi grande. L'intereapedine f r a eilindro esterno e interno di alluminio era riempita di polvere di berillio metallieo ben eompressa. Nel primo easo si avevano 440 m~r di. berillio per cm 3 e nel seeondo 586 mgr di berillio per em 3.

PI~DUZION:~ DI F0rfONEUn2RONI DA R a ' f - ~ Be

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Date le notevoli dimensioni delle sorgenti era importante avere una buona determinazione della distanza quadratiea media f r a la parete cilindriea della sorgente di neutroni veloci e ]a lamina rieurva. Noi abbiamo usato la relazione 4 R ( A + a) (6)

r ~ --

R ~+

A ~ +

a~+

L "2+ 12 +

- - - -

3

8Aa +

--~

nella quale R r a p p r e s e n t a ]a distanza fra, gli assi del cilindro sorgente e cilindro l a m i n a detettrice, a e A sono i raggi di tall cilindri e l, 15 sono le loro semialtezze, tTale f o r m u l a proviene da ea]eolo impostatoei gentilmente dal prof. G. GALLINA della nostra UniversitY, ehe ci ~ grato qui ringraziare. Essa r a p p r e s e n t a appunto il valor medio del qua.drato della distanza di un p u n t o generico della superflcie di un semicilindro (convesso) a quella di nn altro semicilindro (eoncav,o). Avevamo a disposizione due aghi di 10 m g r ciaseuno di radio elemento e u n a cel]ula di 2,6,45 mgr. Questa ~ stata usata sola o insieme ai due aghi. Aghi e cellula erano di platino di 0,5 m m di spessore. ]~ noto che le radiazioni ~ di u n p r e p a r a t o di radio efflcaci per la produzione dell'effetto fotoneutronico in berillio sono que]le del R a C ~ presente, di 1,78 e 2,2 100 e V di energia ed eventualmente l ' a l t r a debolissima rilevata da A. I. ALICHANOW e P. E. SPIWAK (6) di 2,47 100 eV. Anche questi raggi di alta energia sub~scono u n a riduzione di intensith p e r q~anto piccota nel traversare la p a r e t e di platino del recipiente che eontiene il radio e di tale riduzione necessario tener conto pel ,oa]colo del numero totale di neutroni emessi dalla sorgente in corrispondenza di 1 M C effieace. Non esistono a quanto ci .censta ~'.alori preeisi del coefficiente di assorbimento di queste radiazioni nel platino. Lo abbiamo calcolato valendoci delle misure eseguite da ROTBLAT (7) in altri elementi (Pb, Cu, A1) appunto sulla base dell'effetto fotoneutroni.co che esse producono in berillio. E abbiamo ridotto del 4 ~/o i! valore della cella di 26,45 mgr se usata sola. Quando i due aghi e la cellula erano insieme si ~ tenuto conto ehe almeno un terzo della radiazione totale dove~'a t r a v e r s a r e uno .spessore almeno d oppio di platino e su questo terzo si ~ applieata una riduzione un p o ' pi;l forte (9 %). L a serie di misure per distanze erescenti di 3 in 3 em ~ stata interrotta a 21 em nel easo dei fotoneutroni, pereh~ gih a questa distanza si avevano intensit~ molto pi,ecole delle attivazioni. Nel easo dei neutroni prodotti da corp~lscoli alfa si ~ potuto estendere un p o ' di pifl le misure. Ad ogni modo ~ parso con~.eniente non av~'i -

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Z. OI~A~O

cinare troppo la parete del recipiente per non sentire l'azione di questa sulle attivazioni. P e r l'integrazione la parte di curva mancante ~ stata extrapolata calcolando la curva csponenziale che si adatta all'ultima p a r t e della curva sperimentale, cosl come ~ suggerito da A~ALDI, HAFSTAD e TUVE (8). Resultati. P e r il numero di neutroni emessi in un see per MC dalla sorgente a Ra~ + Be di dimensioni normali gi~ altrove d ~ c r i t t a abbiamo trovato il valore (2,2 • 0,2)104. Quando lo stesso tubetto di vetro col p r e p a r a t o era ,eircondato da cilindretto di alluminio contenente ~o(r} F 2 30~ I

200

--~ . . . . ..,~

1CG

/ /tst

'\

~

.<

grafite, alto 4,6 cm e del diametro di 4,6 era, abbiamo ottenuto da]Ie misure e dal calcolo condotto supponendo che tutto il volume del eilindretto fosse origine di neutroni veloci, ancora (2,2 __+0,3)104. BAKKER ha dato per u n a sorgente come la nostra in tubo di platino a p p u n t o (2,1 __+0,2) 104 neutroni al sec e per MC. P e r confronto diretto a d~stanza fissa delle attivazioni prodotte da R a a + B e e R n + B e avevamo trovato il r a p p o r t o 0,83, che si accorda sia col dato di BAkU~R che col due nostri, p u r di accettare il valore (2,7 -+- 0,2) 104 neutroni al sec e per MC fornito da A~ALDI e F ~ I p e r la sorgente a Rn + Be. Nella figura ~ r a p p r e s e n t a t a la parte sperimentale della c u r v a A~(r)r -~ per la sorgente Raa + Be (punteggiata) e per una delle

PRODUZIONE BI FOTONEUTRONI DA Ra',f Jr-Be

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sorgenti a Ra't-[-Be. Le ordinate delle due curve sono in diversa scala. La curva dei fotoneutroni ~ quella ottenuta col preparato di 46,45 MC; l'altra, data dai neutroni della sorgente a 11,6 MC, ha le ordinate ridotte di 1,84. I1 bombardamento ~ da Rn ~ gi~ molto complesso e dal berillio se ne ottengono neutroni di energie comprese fra 0,5 e 13,7 106 eV. Per la ~presenza anche del Ra nel preparato ~ da supporre u n a complessit~ non certo inferiore nel bombardamento ~, quindi helle energie dei neutroni presenti. I1 massimo a 10-11 em e l ' a n d a m e n t o molto dolce della eurva A(r~ 2 dopo di esso ~ appunto indice di questo stato di cose. La curva corrispondente dei fotoneutroni ha inveee massimo a 8,5 ~cm e dopo il massimo discende too]to rapidamente. I fotoneutroni dal Be hanno d u n q u e una energia media minore degli altri e anche una minore inomogeneit~, come era da prevedere dato il valore pi5 basso e i ] minor numero delle energie efficaci alia disintegrazione, che, come si [ gi~ detto, sono i ~" da RaC'. Nella tabella sono i numeri dei fotoneutroni per MC e per secondo ottenuti dalle diverse sorgenti di cui si ~ fatto uso I) Cilindro di 3 cm di raggio e 6,5 di altezza, 440 mgr di Be per cm 3 ; 26,45 mgr di radio . . . . . . 1866 • 465 I I ) id. id. con 46,45 mgr di radio . . . . . . . . 1857 • 316 I I I ) Cilindro di 4,6 cm di raggi.o e altrettanto di altezza ; 586 mgr di Be per cm a e 26,45 m g r di radio . 2000 ~ 380 C,ol tener eonto dei resultati (I) (II) ( I I I ) e valendoci delia relazione (6) pel cal~o]o dello spessore medio di berillio traversato dai raggi ~" complessi provenienti dal preparato di radio si perviene alla sezione d ' u r t o media (2,0 • 0,3) 10 -27 cm =. L. I. RUSINOV e A . N. SAGAIDAK (9) trovano per le stesse radiazioni in Be una sezione d ' u r t o 3,5 10 -~8 cm ~. V. DE~r A. LEIPVNSKY e V. 1VfASLOV(lo) CO1 metodo di AMALDI e FERMI e una sfera di berillio di 3 cm di raggio calcolano una sezione d ' u r t o di 1,7 10 -27 em 2. A1 valore 2 10 -27 em 2 arrivano pure F~ISCH, HALBAN jun. e K o c g (11) confrontando il rendimento in fotoneutroni del beril]io irraggiato coi 7 da radio con quello in neutroni emessi sotto l'azione di corpuscoli a pure da radio. Il nostro resultato si accorda dunque con quelli degli ultimi autori, i cui procedimenti di lav,oro sembrano impeceabili. Parlare di rapporto fra il rendime~to di una cella a Ra'~ + Be e que]lo di altra a Ra~ ~- Be o Rn ~- Be ha poco si~o-nificato in quanto il numero dei fotoneutroni ehe si possono ottenere dipende dalla

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z. OLLANO

compattezza e dailo spessore del berillio posto i n t o r n o al p r e p a r a t o di radio. I n ogni caso s e m b r a t h e d a i r e s u l t a t i o t t e n u t i da n o i e d a a l t r i a u t o r i (x2) si possa affermare che nelle c o n d i z i o n i d i u n a cella n o n t r o p p o v o l u m i n o s a e con berillio a d e n s i t s m a s s i m a si possa a v v i c i n a r e il valore 1/3. A1 Consiglio Nazionale delle Ricerche che h a f o r n i t o i mezzi p e r l ' a c q u i s t o della s o r g e n t e a R a ~ - ~ B e che h a servito a questa e a ricerca d i prossima p u b b l i c a z i o n e i n a s t r i r i n g r a z i a m e n t i . ]~ n o s t r o dovere r i n g r a z i a r e p u r e il prof. G. BIGNAMI, d i r e t t o r e d e l l ' I s t i t u t o di R a d i o l o g i a delia R. U n i v e r s i t ~ di P a v i a , p e r il cortese p r e s t i t o deg~i aghi e della c e l l u l a c o n t e n e n t i R a d i o d i cui abbiamo f a t t o t~so n e l p r e s e n t e lavoro. 1~. UniversitY, I s t i t u t o di Fizica r A. Folta ~. Pavia, Ottobrv 1938. BIBLIOGRAFIA

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