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MISURE DI RADIOATTIVITA AMBIENTALE CON UN RIVELATORE DI GEIGER-MULLER Lic. Sc. A.Landi : Lorenzo Giuliani, Sara Fatale Lic. Sc. I.Newton : Lorenzo Massimi,

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1 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

2 LA RADIOATTIVITA AMBIENTALE E lemissione spontanea di energia e/o particelle da parte di un nucleo instabile il quale cerca di raggiungere uno stato energetico più basso E lemissione 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) Gli elementi perdono energia tramite tre diversi tipi di decadimenti (α, β, γ) 1. Decadimento α:è lemissione di un nucleo di elio (2 p + 2 n) 2. Decadimento β:è lemissione di un elettrone e - (β - ) o di un positrone e + (β + ) accompagnati rispettivamente da un antineutrino e da un neutrino 3. Diseccitazione γ:è lemissione di pura energia. Tutti e tre seguono la legge di decadimento: Tutti e tre seguono la legge di decadimento: N=N 0 e -λt N=N 0 e -λtdove: -N è il numero dei nuclei non decaduti dopo il tempo t; -N è il numero dei nuclei non decaduti dopo il tempo t; -N 0 è il numero di nuclei iniziali; -N 0 è il numero di nuclei iniziali; -λ è la costante di decadimento definita come: -λ è la costante di decadimento definita come: λ= -ΔN / (N · Δt) λ= -ΔN / (N · Δt) cioè la percentuale dei nuclei che decadono nellunità di tempo Decadimento α β - Decadimento β -

3 GLI EFFETTI DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI Conoscere lentità 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 ununità 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 )

4 SINDROMI GRAVI CAUSATE DA RADIAZIONI

5 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 linduzione 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 dellordine di centinaia di mSv). ESPOSIZIONE ALLE RADIAZIONI

6 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. IL RIVELATORE GEIGER-MULLER 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.

7 IL RIVELATORE GEIGER-MULLER CARATTERISTICHE DI FUNZIONAMENTO Un Geiger lavora nella regione di scarica, vale a dire la regione in cui qualunque sia lenergia della radiazione fornisce un impulso di ampiezza costante, perché gli ioni creati dalla ionizzazione primaria spostandosi verso i poli acquistano lenergia sufficiente per creare altri ioni (ionizzazione secondaria) creando un effetto a valanga. Un Geiger lavora nella regione di scarica, vale a dire la regione in cui qualunque sia lenergia della radiazione fornisce un impulso di ampiezza costante, perché gli ioni creati dalla ionizzazione primaria spostandosi verso i poli acquistano lenergia 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. 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: 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=N B -N A /N A (V B -V A ) P=N B -N A /N A (V B -V A )dove: -N A e N B sono i conteggi iniziali e finali -V A e V B sono i voltaggi iniziali e finali HV L o g n Plateau

8 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 Ortec dual counter/timer mod.994 Far West Technology mod. GM-1S Geiger

9 HV (V)380390400425450475500525 tempo (s)100 Conteggi ogni 100 s448761837273945610760119521261013147 438263167299946810629118821247613425 433161357453935210530119471254513426 436160937414937210866118171250113259 455762217405935210755116461275913228 433163397348934010785118351263013223 438161467408958510729117811265313221 433562817327950410650117501277713159 444662907338937910704117071265913162 451661727256940510887117801263613279 media441362187352942110730118101262513253 dev. st. in 100 s8385668010899 101 dev. st.%1,91,40,900,851,00,840,780,76 conteggi al secondo44,162,273,594,2107118126133 dev. st. in 1 s0,8 0,70,81111

10 Sezione di una curva caratteristica del grafico di Geiger Plateau del Geiger

11 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

12 Misura 1Misura 2Misura 3Misura 4Misura 5 Dist (mm)37503000250017501250 Rateo di dose ( Gy/h) 3,6275,0367,30714,00327,232 Misure (cp/m)38655778914592839 38051179815552956 37049076714702952 39955180215332862 36254376814892936 37555876814822772 34454679414832845 35554078314642809 34756676315372831 36952579114842906 media (cp/m)33649071213612612 dev. St. (cp/m)1724153463 dev. St. %5,24,82,02,52,4 Per far ciò, abbiamo campionato dieci misure a distanze diverse dalla sorgente (Cs-137) conoscendone la dose.

13 Questo rapporto corrisponde alla pendenza della retta passante per i punti aventi per coordinate i cpm e il rateo di dose.

14 SENTITI RINGRAZIAMENTI: al prof. Mario Calvetti, direttore del LNF, per aver permesso lo svolgimento dei corsi. al prof. Mario Calvetti, direttore del LNF, per aver permesso lo svolgimento dei corsi. a tutta lorganizzazione del SIS, per lefficienza dell organizzazione e per laccoglienza. a tutta lorganizzazione del SIS, per lefficienza dell organizzazione e per laccoglienza. al dr. Danilo Babusci responsabile degli stages, per averci donato questa splendida esperienza. 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. in particolare ai nostri tutors prof. Luigi E. Casano, Maurizio Chiti e Alfonso Gentile per loro infinita pazienza e disponibilità.


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