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

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

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

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

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

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

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

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

NO 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

Uno spettro “utile” è questo

Schema del rivelatore basato sulla a raccolta elettrostatica dei p.d.d. ionizzati del radon Rivelatore di particelle 3500 V Verso massa dw + a rinculo Traiettoria di uno ione Traiettoria del 222Rn prima del decadimento La tipica velocità di deriva degli ioni è pari a 104 cm/s. Il tempo medio di raccolta è 10-3 s, trascurabile rispetto al tempo di dimezzamento del 218Po ( 180 s). Quindi tutti gli ioni possono in principio raggiungere il rivelatore prima di decadere. Atomo di 222Rn Ione di 218Po

La raccolta elettrostatica 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 a che possono essere rivelate. Traiettorie degli ioni trasportati dal campo elettrostatico

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

Diseccitazione gamma seguente un decadimento b-. (fenomeno che riguarda (per fortuna) la stragrande maggioranza dei decadimenti) -1 g.s. 662 keV 11/2- E=662 keV 137Cs (30 y) 137Ba E1=514 keV, 82.5%  -2 1176 keV, 17,5 % 3/2+ Schema di decadimento del 137Cs e definizione del gamma branching ratio

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

Il caso della sorgente di 222Rn (radon) Si prepara una sorgente do radon a partire da una sorgente di 226Ra (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

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

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 ?

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

Sorgenti e loro attività Sorgente 228Ac interno (Bq) 220Rn emanato (Bq) MTh2A 2590 ± 80 268 ± 25 MTh2B 2190 ± 70 273 ± 47 MTh4A 4750 ± 100 612 ± 50 MTh4B 3970 ± 120 800 ± 130 MTh4C 3435 ± 140 770 ± 120 STh20A 20700 ± 300 15550 ± 1400

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