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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI GENOVA Dr. MASSIMO BOCHIOLO Relazione sullattività scientifica (3° anno) Co-tutor: Dr. Massimo Verdoya Scuola di Dottorato in.

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI GENOVA Dr. MASSIMO BOCHIOLO Relazione sullattività scientifica (3° anno) Co-tutor: Dr. Massimo Verdoya Scuola di Dottorato in Scienze e Tecnologie per lingegneria Corso di Dottorato in Geofisica XXIV Ciclo a.a. 2010/2011

2 Premessa Oggetto dellattività scientifica Studio della radioattività naturale delle rocce costituenti il substrato della Liguria centro-occidentale: 1) mappatura delle concentrazioni di K, U e Th. 2) Problemi metodologici: applicabilità ed elaborazione dei dati di spettrometria gamma in superficie e in sotterraneo 3) Stima del potenziale radon esalativo degli ammassi rocciosi Contributo allo studio dei fenomeni in grado di produrre variazioni del flusso di Rn negli ammassi rocciosi

3 Materiali e metodi Spettrometria gamma di superficie Determinazione delle concentrazioni di K, U e Th applicando il metodo delle tre finestre agli spettri gamma acquisiti per mezzo di apparato portatile. Il dispositivo utilizzato (GS-256, Geofyzica Brno) è costituito da uno scintillatore a NaI(Tl) collegato ad un analizzatore a 256 canali che permette di indagare lo spettro gamma compreso tra 0 e 3 MeV. Dataset: Flysch del Monte Antola, Zona Sestri-Voltaggio, Gruppo di Voltri, Cristallino Savonese, Brianzonese Ligure e coperture tardo e post-orogene.

4 Materiali e metodi Radiometria in sotterraneo Presenza di significative anomalie radiometriche in metarioliti e scisti porfirici (giacimento uranifero di Ponte Scalincio). 1) Misure in campo con spettrometro gamma portatile. 2) Misure di laboratorio mediante: 2.1 rivelatore a NaI(Tl) (LGSR Dip.Te.Ris.); 2.2 rivelatore HPGe (INMRI ENEA Casaccia). 3)Misure in campo di dose efficace con rateometro NaI. 4)Misure di concentrazione di radon in aria con: 4.1 tecniche passive (misure integrate); 4.2 strumentazione attiva (misure in continuo).

5 Materiali e metodi Indagini spettrometriche In campo - 46 determinazioni; valori estremi (Bq kg -1 ): 2320 < 40 K < < 238 U < < 232 Th < 196 Di laboratorio (NaI(Tl)) - 15 determinazioni; valori estremi (Bq kg -1 ): 1141 < 40 K < < 238 U < < 232 Th < 123

6 Materiali e metodi Profili di spettrometria gamma in sotterraneo

7 Materiali e metodi Concentrazione di radon Misure integrate - 3 periodi (inverno, primavera, estate) Concentrazioni in Bq m -3 05/1003/1108/11 A B C T Misure in continuo - 2 periodi (primavera e estate) Concentrazioni in Bq m -3 03/1108/ Variabilità spazio-temporale. -Discrepanza di risultati tra metodi passi- vo e attivo.

8 Materiali e metodi E = count rate registrato λ Rn = costante di decadimento del Rn C = concentrazione di Rn V = volume libero della camera Φ r = flusso di radon S = superficie del campione r è ottenuto per fitting lineare a t=0 Emanometrie

9 Materiali e metodi Attività di 226 Ra e flusso di radon sono correlate linearmente. -E r è compreso tra e mBq m -2 s -1 per Bq kg -1 di 226 Ra. -Ф varia da 1.25 a mBq m -2 s -1.

10 Elaborazione e discussione dei risultati Mappatura radioisotopica -Influenza della petrogenesi -Differenziazione magmatica: rocce basiche concentrazioni minime rocce acide concentrazioni massime -Ambiente deposizionale e bacino di alimentazione: nelle rocce organogene, ad eccezione dei diaspri, effetto di diluizione dellambiente deposizionale; nelle rocce detritiche, correlazione con la roccia madre.

11 Applicabilità della spettrometria portatile in sotterraneo -Deviazione dalla geometria di taratura. -Le concentrazioni ottenute vanno considerate apparenti. -Confronto tra determinazioni in campo e in laboratorio. Elaborazione e discussione dei risultati

12 Equilibrio secolare nella matrice rocciosa - Possibili mobilizzazioni secondarie successive alla realizzazione delle gallerie. - Interconfronto LGSR e INMRI ENEA Casaccia. - Rapporti di attività tra i prodotti di decadimento delle serie di 238 U e 232 Th. Elaborazione e discussione dei risultati - Rapporti di attività generalmente unitari equilibrio secolare verificato. - Minima alterazione dellattività del 226 Ra.

13 Valutazione dellintensità di dose assorbita -Esecuzione di 9 misure in campo con rateometro a NaI. -Applicabilità della formula di Beck (Beck et al., 1972) mediante utilizzo delle concentrazioni apparenti determinate con spettrometro portatile. -Effetti geometrici bilanciamento tra sovrastima dovuta alle concentrazioni apparenti e sottostima nei fattori di conversione per deviazione tra geometria 2π e assialsimmetrica. Elaborazione e discussione dei risultati -Accordo tra valori sperimentali e calcolati. -Il rapporto tra i fattori di conversione di K, Th e U per simmetria sferica (Mustonen, 1992) e geometria 2π (Beck et al., 1972) sono confron- tabili coi rapporti tra deter-minazioni γ in sot- terraneo e in laborato-rio.

14 Stima del flusso di radon di un ammasso roccioso -Approccio combinato (spettrometro γ e misure integrate di Rn). -Modello semplificato per la valutazione del coefficiente di esalazione specifica e del flusso di radon dellammasso roccioso. La variazione di concentrazione di radon in aria C per una cavità avente superficie S e volu- me V è data da Elaborazione e discussione dei risultati )CC(nC V S dt dC oRn λ Ф rrr EA Ф Dai risultati delle emanometrie è possibile ammettere che Confronto tra regime termico interno ed esterno flusso daria uscente; Breve durata della misura integrata C = cost., da cui (dC/dt) = 0. Pertanto, E r diviene δ λ r Rn r A2 r)n(C E in cui si è fatto ricorso alla concentrazione apparente di 238 U (A r ) e al rapporto che esprime la sovrastima tra determinazioni in sotterraneo e in laboratorio (δ = 2.3 per 238 U).

15 E r viene determinato ipotizzando tempi di ricambio totale dellaria di 48, 24 e 12 h (analogia con contesti geometrici simili). -E r è compreso tra 0.02 e 0.25 mBq m -2 s -1 per Bq kg -1 di 226 Ra. -Ф r varia da 11.9 a mBq m -2 s -1. Elaborazione e discussione dei risultati Dal confronto coi risultati delle emano- metrie si ha: -E r dellammasso roccioso è da 10 a 100 volte superiore; -Ф dellammasso roccioso è quasi 20 vol- te più grande. -E r ottenuto mediante metodologia combinata è un valore di upper bound (fratturazione, ru- gosità, acqua). -E r da emanometrie è un valore di lower bound (campione intatto, regolare).

16 Elaborazione e discussione dei risultati Analisi delle misure in continuo di radon -Pattern identici per i rami A e B. -Periodicità giornaliera (minimi al mattino, massimi nel tardo pomeriggio). -Influenza della differenza tra temperatura interna ed esterna (effetto camino).

17 Elaborazione e discussione dei risultati Analisi delle misure in continuo di radon

18 Elaborazione e discussione dei risultati Analisi spettrale mediante Fast Fourier Transform -Presenza di almeno tre periodicità (24, 12 e 8 h). -La concentrazione di Rn potrebbe essere influen- zata da variazioni dello stato tensionale dellam- masso roccioso.

19 Sviluppi e approfondimenti I risultati delle indagini offrono lo spunto circa lopportunità di valutare il ricorso a tecniche geofisiche combinate volte allo studio dello stato tensio- nale dellammasso roccioso. Ulteriori studi potranno essere eseguiti per: 1)lindividuazione di eventuali fluttuazioni periodiche e aperiodiche tramite analisi spettrale di serie temporali sincrone di concentrazione di radon, potenziali spontanei e microgravimetriche. 2)Lo studio di correlazioni coi parametri ambientali per lindividuazione di periodicità (e sfasamenti) e lo sviluppo di modelli di circolazione e scambio daria. 3)Lanalisi della oscillazioni di flusso di radon per effetto di variazione di stato tensionale dellammasso roccioso a causi di effetti attrattivi luni- solari.


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