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Misura dell’efficienza di un rivelatore di radon in aria a raccolta elettrostatica Valenza didattica (aggiunta e principale) Contesto Tematica Individuazione.

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1 Misura dell’efficienza di un rivelatore di radon in aria a raccolta elettrostatica Valenza didattica (aggiunta e principale) Contesto Tematica Individuazione della grandezza da misurare Metodologia di misura Il caso dei vari isotopi

2 Tecniche adottate Spettrometria  ad alta risoluzione con rivelatore al germanio iperpuro. Spettrometria  in aria di ioni radioattivi trasportati da un campo elettrico su di un rivelatore al silicio Modulistica elettronica utilizzata Catene standard per spettrometria delle radiazioni ionizzanti (P.A., Amplificatore, ADC-MCA) Nozioni richieste Elementi di radioattività e nozioni sull’interazione delle radiazioni ionizzanti con la materia

3 Tra questi radionuclidi alcuni presentano una caratteristica in più che li rende “interessanti” Il 222 Rn è abbondante ed ha una vita media relativamente lunga (3,82 d)

4 Il 220 Rn è abbondante ma ha una vita media breve (< 60 s)

5 Il 219 Rn è poco abbondante ma ha una vita media breve (< 4 s)

6 Equazioni che regolano l’andmento dei membri di una serie radioattova una serie è in equilibrio se Che equivale a dire Se c’è equilibrio radioattivo, le attività sono uguali tra loro. Questo fatto ha molte implicazioni di ordine pratico. p.e.: si può ricavare l’attività di un elemento della serie dalla misura di quella di qualunque altro

7 Attività di del radon e dei suoi discendenti in un sistema isolato La misura dell’ attività del radon si basa esclusivamente sulla misura della concentrazione dei figli

8 S Se si tratta di radiazioni elettromagnetiche: In generale: Per le particelle cariche Efficienza di rivelazione Se S emette un flusso isotropo efficienza intrinseca)

9 Il radon decade emettendo una particelle a di 5,3 MeV Può essere utilizzata la rivelazione di questa particella per misurarne l’attività e quindi l’efficienza ? NO Perché questa situazione comporta l’impossibilità di osservare spettri utili

10 Uno spettro “utile” è questo

11 La tipica velocità di deriva degli ioni è pari a 10 4 cm/s. Il tempo medio di raccolta è s, trascurabile rispetto al tempo di dimezzamento del 218 Po ( 180 s). Quindi tutti gli ioni possono in principio raggiungere il rivelatore prima di decadere. Rivelatore di particelle 3500 V Verso massa   rinculo Traiettoria di uno ione Traiettoria del 222 Rn prima del decadimento  Atomo di 222 Rn Ione di 218 Po Schema del rivelatore basato sulla a raccolta elettrostatica dei p.d.d. ionizzati del radon

12 La raccolta elettrostatica Traiettorie degli ioni trasportati dal campo elettrostatico La differenza di tensione tra il corpo della cella (3500 volt) e il rivelatore (massa) genera il campo elettrostatico di raccolta. Il campo trasporta i figli del Rn, ionizzati positivamente ( Po + ), dalle pareti della cella verso il rivelatore. Il successivo decadimento degli ioni Po genera particelle  che possono essere rivelate.

13 La concentrazione del radon si misura esclusivamente mediante i figli in equilibrio, anche di gamma, quindi anche su campioni solidi

14 Schema di decadimento del 137 Cs e definizione del gamma branching ratio -1-1 g.s. 662 keV 11/2 - E  =662 keV 137 Cs (30 y) 137 Ba E 1 =514 keV, 82.5%  -2 keV, 17,5 % 3/2 + Diseccitazione gamma seguente un decadimento  -. (fenomeno che riguarda (per fortuna) la stragrande maggioranza dei decadimenti)

15 Una sorgente di radon in aria deve essere confinata e quindi messa in condizione che si raggiunga nel volume di confinamento l’equilibrio radioattivo La camera radon

16 Il caso della sorgente di 222 Rn (radon) Si prepara una sorgente do radon a partire da una sorgente di 226 Ra (per diffusione) Si misura l’attività mediante i gamma dei discendenti all’equilibrio Si introduce il radon nel volume che si vuole caratterizzare Si esegue la misura col rivelatore da tarare Si correggono la concentrazione realizzata C e il rateo di conteggi misurato R allo stesso tempo Si calcola l’efficienza in cps/Bq/L dal rapporto R/C

17 Tempo di dimezzamento 3.82 d Il tempo di dimezzamento breve rende difficile la produzione di un campione di riferimento per l’attività thoron Tempo di dimezzamento 55.6 s 222 Rn (radon) 220 Rn (thoron) Il tempo di dimezzamento rende possibile la produzione di un campione di riferimento per l’attività radon

18 Per una sorgente di thoron questo metodo non è applicabile perché non è possibile realizzare una sorgente di thoron che duri abbastanza per essere utilizzata Per disporne occorre inserire nel volume una sorgente del progenitore allo scopo di produrre continuamente thoron, sostituendo quello che decade. Ma come si misura l’attività del thoron presente in aria senza essere influenzati dal thoron che resta imprigionato dal materiale della sorgente solida ?

19 Misura del thoron esalato dalla sorgente  Misura, con germanio HpGe, della sorgente sigillata dopo 4 giorni. Questa misura serve a controllare l’equilibrio nella serie del 232 Th e a stimare l’attività del 212 Pb all’equilibrio.  Misura, con germanio HpGe, della sorgente aperta dopo 10 giorni. Questa misura serve a stimare l’attività del 212 Pb in equilibrio con il thoron non emanato dalla sorgente. HpGe Sorgente 220 Rn Emanato HpGe Sorgente HpGe Sorgente 220 Rn Emanato Sorgente sigillata

20 Sorgente 228 Ac interno (Bq) 220 Rn emanato (Bq) MTh2A 2590 ± ± 25 MTh2B 2190 ± ± 47 MTh4A 4750 ± ± 50 MTh4B 3970 ± ± 130 MTh4C 3435 ± ± 120 STh20A ± ± 1400 Sorgenti e loro attività

21 216 Po 210 Po 212 Po 212 Bi 216 Po 212 Bi 216 Po 212 Po


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