MISURE DI RADIOATTIVITA’
AMBIENTALE
CON UN RIVELATORE DI GEIGER-MULLER
Lic. Sc. A.Landi : Lorenzo Giuliani , Sara Fatale
Lic. Sc. I.Newton : Lorenzo Massimi , Jacopo De Cesaris
ITIS. E. Fermi : Andrea Verolino , Daniele Vicini
Tutors : L. E. Casano , M. Chiti , A. Gentile
LA RADIOATTIVITA’ AMBIENTALE
E’ l’emissione spontanea di energia e/o particelle da parte di un nucleo instabile il
quale cerca di raggiungere uno stato energetico più basso
Gli elementi perdono energia tramite tre diversi tipi di decadimenti (α, β, γ)
1.
Decadimento α:è l’emissione di un nucleo di elio (2 p + 2 n)
2.
Decadimento β:è l’emissione di un elettrone e-(β-) o di un positrone e+ (β+)
accompagnati rispettivamente da un antineutrino e da un neutrino
3.
Diseccitazione γ:è l’emissione di pura energia.
Decadimento α
Tutti e tre seguono la legge di decadimento:
N=N0 e-λt
dove:
-N è il numero dei nuclei non decaduti dopo il tempo t;
-N0 è il numero di nuclei iniziali;
-λ è la costante di decadimento definita come:
λ= -ΔN / (N · Δt)
cioè la percentuale dei nuclei che decadono nell’unità di tempo
Decadimento β-
GLI EFFETTI DELLE RADIAZIONI
IONIZZANTI
Conoscere l’entità delle radiazioni ionizzanti è importante per valutare i rischi potenziali
sulla materia biologica e non.
Le radiazioni hanno effetti sui tessuti biologici, poiché cedono loro energia nel passare
I danni sull’ essere umano possono essere deterministici o stocastici. Nei primi esiste una
connessione causale fra dose ed effetto, mentre nel secondo caso si tratta solo di
calcoli statistici, quindi non certi.
Non esiste comunque un valore di soglia al di sotto del quale tale effetto non si manifesta e
al di sopra del quale la gravità del danno arrecato aumenta al crescere della dose.
La quantità di energia assorbita da un’unità di massa materiale ad opera della radiazione che
lo attraversa si misura in dose, che tiene conto del fattore peso delle diverse radiazioni.
L’ unità di misura della dose è:
Gray (1Gy =1 j / 1 Kg)
N.B. Nel caso di radiazioni fotoniche 1 Gray= 1 Sievert ( Sv )
SINDROMI GRAVI CAUSATE DA RADIAZIONI
Tempo
dall'irradiazione
Primo giorno
Seconda settimana
Terza e quarta settim ana
Sindrome
cerebrale
Sindrome
gastrointestinale
Sindrome
ematologica
> 50 Gy
5-20 Gy
2-5 Gy
Nausea
Vomito
Diarrea
Cefalea
Eritema
Disorientazione
Agitazione
Atassia
Sonnolenza
Coma
Convulsioni
Shock
Morte
Nausea
Vomito
Diarrea
Nausea
Vomito
Diarrea
Vomito
Diarrea
Cachessia
Prostrazione
Morte
Malessere
Astenia
Anoressia
Vomito
Febbre
Nausea
Emorragia
Depila zione
Recupero
RISCHI STOCASTICI
Per gli effetti stocastici, che possono avere tempi di latenza di anni o generazioni, si
assume un modello di induzione di tipo
LINEARE SENZA SOGLIA
con pendenza 0,05 Sv-1. Cioè:
1) si assume cautelativamente che non vi sia un valore di dose al di sotto del quale è da
escludere l’induzione di questi effetti.
2) il rischio assunto è di 5% per Sv, oppure di 0,00005 per mSv. In pratica, si assume
che su 100000 persone irradiate a 1 mSv, 5 svilupperanno un effetto di questo tipo
(calcolato a partire da dati epidemiologici con dosi individuali dell’ordine di centinaia
di mSv).
ESPOSIZIONE
ALLE
RADIAZIONI
IL RIVELATORE GEIGER-MULLER
E’ un rivelatore a gas il cui funzionamento dipende dalla ionizzazione di un volume di
gas da parte delle radiazioni provenienti dai decadimenti dette appunto ionizzanti.
La radiazione, attraversando un volume di gas, produce coppie di ioni interagendo con
gli elettroni orbitali delle molecole del gas. Tale processo, detto di ionizzazione, è
provocato direttamente dalle particelle cariche e indirettamente da particelle neutre. La
successiva separazione e raccolta degli ioni prodotti viene operata mediante un
opportuno campo elettrico.
Due piastre A e B (o più generalmente due elettrodi), mantenute ad una differenza di
potenziale da un opportuno campo elettrico, sono immerse in un gas. Una particella
carica, che attraversa il gas, lo ionizza, creando ioni di segno opposto. Questi, sotto
l'azione del campo elettrico esistente tra A e B, si spostano verso l'elettrodo di segno
opposto.
IL RIVELATORE GEIGER-MULLER
CARATTERISTICHE DI FUNZIONAMENTO
Log n
Un Geiger lavora nella regione di scarica, vale a dire la regione in cui qualunque sia
l’energia della radiazione fornisce un impulso di ampiezza costante, perché gli ioni
creati dalla ionizzazione primaria spostandosi verso i poli acquistano l’energia
sufficiente per creare altri ioni (ionizzazione secondaria) creando un effetto a valanga.
Il Geiger è uno strumento molto sensibile perciò rileva radiazioni anche di bassa
intensità purché queste ultime siano sufficienti a superare la sua “finestra”;esso
tuttavia non riesce a risalire al tipo e all’ energia della radiazione.
La qualità del Geiger è misurata tramite la pendenza in percentuale del “PLATEAU”
(vedi fig. 3) cioè la retta del grafico che indica la regione di scarica. Un buon Geiger
ha una pendenza inferiore al 3%. La pendenza del Geiger si indica come:
P=NB-NA/NA(VB-VA)
dove:
-NA e NB sono i conteggi iniziali e finali
-VA e VB sono i voltaggi iniziali e finali
Plateau
HV
DETERMINAZIONE DEL PLATEAU
In laboratorio abbiamo utilizzato il Geiger della Far West Technology mod. “GM-1S”
per verificare parte della curva di funzionamento di un rilevatore a gas
e la pendenza del plateau in regime Geiger Muller, che per rispettare le indicazioni della casa
costruttrice deve essere inferiore allo 0.5%.
Per fare questo è stato necessario effettuare più rilevamenti a diversi voltaggi in modo da
diminuire il margine di errore dovuto al Geiger.
Ortec “high voltage
power supply ” mod. 556H
Far West Technology
mod. “GM-1S”
Ortec “dual counter/timer ”
mod.994
Geiger
HV (V)
380
390
400
425
450
475
500
525
tempo (s)
100
100
100
100
100
100
100
100
Conteggi ogni 100 s
4487
6183
7273
9456
10760
11952
12610
13147
4382
6316
7299
9468
10629
11882
12476
13425
4331
6135
7453
9352
10530
11947
12545
13426
4361
6093
7414
9372
10866
11817
12501
13259
4557
6221
7405
9352
10755
11646
12759
13228
4331
6339
7348
9340
10785
11835
12630
13223
4381
6146
7408
9585
10729
11781
12653
13221
4335
6281
7327
9504
10650
11750
12777
13159
4446
6290
7338
9379
10704
11707
12659
13162
4516
6172
7256
9405
10887
11780
12636
13279
media
4413
6218
7352
9421
10730
11810
12625
13253
dev. st. in 100 s
83
85
66
80
108
99
99
101
dev. st .%
1,9
1,4
0,90
0,85
1,0
0,84
0,78
0,76
conteggi al secondo
44,1
62,2
73,5
94,2
107
118
126
133
dev. st. in 1 s
0,8
0,8
0,7
0,8
1
1
1
1
Sezione di una curva caratteristica del grafico di Geiger
conteggi [cp/s]
140,0
120,0
100,0
80,0
60,0
40,0
350
370
390
410
430
450
470
490
510
530
550
500
510
520
530
540
voltaggio [V]
Plateau del Geiger
140
135
y = 0,3354x - 42,468
R2 = 0,9856
conteggi [cp/s]
130
125
120
115
110
105
100
440
450
460
470
480
490
voltaggio [V]
CALIBRAZIONE DEL GEIGER MULLER
Calibrare il Geiger(mod.GM-10) significa sapere il rapporto tra i conteggi al minuto
(cpm) ottenuti ad una certa distanza e il rateo di dose corrispondente, per ottenere
il fattore di taratura.
Sorgente
Geiger
Sistema di
acquisizione
Per far ciò, abbiamo campionato dieci misure a distanze diverse dalla sorgente
(Cs-137) conoscendone la dose.
Misura 1
Misura 2
Misura 3
3750
3000
2500
1750
1250
3,627
5,036
7,307
14,003
27,232
386
557
789
1459
2839
380
511
798
1555
2956
370
490
767
1470
2952
399
551
802
1533
2862
362
543
768
1489
2936
375
558
768
1482
2772
344
546
794
1483
2845
355
540
783
1464
2809
347
566
763
1537
2831
369
525
791
1484
2906
media (cp/m)
336
490
712
1361
2612
dev. St. (cp/m)
17
24
15
34
63
dev. St. %
5,2
4,8
2,0
2,5
2,4
Dist (mm)
Rateo di dose (mGy/h)
Misure (cp/m)
Misura 4
Misura 5
Questo rapporto corrisponde alla pendenza della retta passante per i punti aventi per
coordinate i cpm e il rateo di dose.
Studio del fattore di conversione
Rateo di dose (uGy/h)
30
y = 0,0104x - 0,0302
25
20
15
10
5
0
0
500
1000
1500
2000
Conteggi al minuto (cp/m)
2500
3000
SENTITI RINGRAZIAMENTI:
al prof. Mario Calvetti, direttore del LNF, per aver permesso lo svolgimento dei corsi.
a tutta l’organizzazione del SIS, per l’efficienza dell’ organizzazione e per
l’accoglienza.
al dr. Danilo Babusci responsabile degli stages, per averci donato questa splendida
esperienza.
in particolare ai nostri tutors prof. Luigi E. Casano, Maurizio Chiti e Alfonso Gentile
per loro infinita pazienza e disponibilità.
