La Radioattivita’ Stages Invernali 2008 Studenti: Lucarelli Andrea – ITIS H.Hertz,Roma Sambucci Matteo – ITIS H.Hertz,Roma Nucci Alessandro – ITIS H.Hertz,Roma Di Carli Andrea – ITIS E.Fermi,Roma Mainardi Andrea – ITIS E.Fermi,Roma Del Grosso Marco – ITIS E.Fermi,Frascati Martini Marco – ITIS E.Fermi,Frascati Tutors: Chiti Maurizio Carinci Giuseppe Casano Luigi Enrico

Obiettivi Stage Rivelazione di radiazioni ionizzanti con contatore Geiger-Muller. Verifica della legge dell’inverso del quadrato della distanza (Sorgente-Contatore). Misure di assorbimento di diverse sorgenti radioattive con differenti energie e attività mediante filtri di Rame (Cu), Piombo (Pb) e Ferro (Fe). Taratura del Geiger-Müller utilizzando le sorgenti a disposizione. Misure di radioattività ambientale.

Decadimenti Alfa: emissione di un nucleo di Elio (Z=2 ; A=4): le particelle alfa sono poco penetranti perchè avendo carica positiva interagiscono fortemente con la materia provocando danni localizzati. Beta: emissione di un elettrone o positrone (-10β;+10β): rispetto alle Alfa hanno un potere penetrante maggiore nella materia, avendo massa e carica minore delle particelle alfa. Gamma: emissione di fotoni ad alta frequenza (energia), privi di massa e carica, pertanto più difficili da schermare e in grado di causare danni significativi. Sono radiazioni indirettamente ionizzanti. L’esperienza fatta è stata incentrata proprio sulla misura di questo tipo di decadimento.

Tempo di dimezzamento Arco di tempo necessario affinchè decadano metà degli atomi di un isotopo radioattivo.Ogni isotopo possiede il suo specifico tempo di dimezzamento T1/2; per esempio:

EFFETTI BIOLOGICI Le radiazioni rilasciano energia nella materia con cui vengono a contatto. La radiazione prende cosi il nome di radiazione ionizzante in quanto provoca ionizzazione nella materia con cui entra a contatto. L’interazione delle radiazioni con la materia, comporta un trasferimento di energia alla materia stessa. La DOSE rappresenta la quantità di energia assorbita dalla materia per unità di massa. Gli effetti sono più o meno rilevanti a seconda della DOSE assorbita e dal tipo di radiazione incidente. L’unità di misura della dose è il Gray. 1Gray equivale a una quantita di energia di 1 joule assorbita da 1 Kg di materia.

EFFETTI MICROSCOPICI Le radiazioni ionizzanti rilasciano energia che provoca l’eccitazione e/o la ionizzazione delle molecole. A causa di questi fenomeni viene depositata energia nel tessuto biologico (costituito dal 70% di acqua), con la formazione dei seguenti radicali: H2O+ H2O- H* OH* H + OH- HO2- e- Questi radicali (liberi di muoversi all’interno delle cellule) si legano e danneggiano le biomolecole, che sono situate all’interno delle cellule e ne governano le funzioni.

EQUIVALENTE DI DOSE L’equivalente di dose fornisce una stima della dannosità delle varie radiazioni ionizzanti a parità di dose, e quindi l’entità dei danni biologici. Rispetto alla dose assorbita, l’equivalente di dose tiene conto delle radiazioni a cui sono sottoposti i soggetti in esame, poichè mette in relazione la dose con dei fattori di peso, WR e WT,, rispettivamente legati al tipo di radiazione e al tipo di tessuto biologico irradiato. L’unità di misura corrispondente è il Sievert (Sv). La radioattività naturale comporta un equivalente di dose di 2,4 mSv per anno in media per ogni individuo. La legge italiana stabilisce che il limite massimo di mSv assorbiti dalle persone annualmente deve essere minore o uguale a 1 ; nel caso di lavoratori impegnati nell’uso e nella manipolazione di radioisotopi il limite stabilito è di 20 mSv.

Rivelazione di fotoni Contatore Geiger-Müller (serial number 805): è un rivelatore a gas, che funziona utilizzando il metodo della ionizzazione in un gas. Il passaggio della radiazione ionizzante nel suddetto gas provoca la creazione di una coppia di ioni, i quali, in presenza di un campo elettrico opportuno, vengono raccolti da due elettrodi di segno opposto generando un impulso di tensione. Acquisizione dati (I-book g4 Apple): I dati raccolti sono memorizzati istante per istante su un computer tramite un apposito software che permette di interfacciarsi con il contatore.Il computer fornisce inoltre la tensione di alimentazione del Geiger-Müller(cavo USB). Banco ottico IMG Tema: costituito da un banco mobile e da due laser per il posizionamento del Geiger-Müller rispetto al cono di emissione della sorgente. Porta sorgente Tema: è il contenitore delle varie sorgenti, selezionabili dall’apposita consolle,e schermato da una lastra di piombo.

Sistema di rivelazione e di acquisizione dati

Legge 1/d2 Nella Radioprotezione, un sistema per proteggere chi è a contatto o lavora con sorgenti radioattive, è allontanare queste ultime dalle persone. Infatti la dose a cui l’individuo è soggetto è regolata da una legge, detta dell’inverso del quadrato della distanza. Infatti, raddoppiando la distanza dalla sorgente, la dose(e quindi il n.di conteggi rilevati)a cui si è esposti si riduce a ¼. K(x)=dose nel punto x K(1m)=dose alla distanza di 1m dalla sorgente x2=distanza tra sorgente e punto x al quadrato

Legge 1/d2

Legge 1/d2

Misure di assorbimento Un altro parametro relativo alla Radioprotezione è dovuto all’assorbimento delle radiazioni ionizzanti in materiali (schermature) interposte tra la sorgente e i possibili bersagli. I materiali utilizzati per le schermature sono molto vari. Essi forniscono un diverso livello di assorbimento della radiazione in funzione della densità del materiale stesso e del potere di penetrazione della radiazione; se per le particelle Alfa basta anche un foglio di carta, nel caso dei raggi Gamma sono necessari materiali di elevata densità (piombo, cemento armato, ecc).

Misure di assorbimento 241Am con Rame, Ferro, Piombo Sorgente utilizzata: 5784LX:241Americio(Gamma-emettitore) T/2=157850 d E=60KeV A=11100MBq

Curva di assorbimento relativa al 241Am con Rame, Ferro, Piombo

Misure di assorbimento del 137Cs con Rame Sorgente utilizzata: 3061GN:137Cesio(Gamma-emettitore) T/2=11020 d E=661KeV A=698MBq

Curva di assorbimento relativa al 137Cs con Rame

Taratura del Geiger-Muller con sorgenti: Am-241, Cs-137 e Co-60. L’operazione di taratura ci permette di associare ad un determinato numero di conteggi al minuto il relativo rateo di equivalente di dose, che è il dato confrontabile con la normativa. L’equivalente di dose relativo alle diverse sorgenti si determina utilizzando una camera a ionizzazione (standard secondario), precedentemente tarata presso il “Laboratorio primario di metrologia per le radiazioni ionizzanti”.

Tabella Taratura Sorgenti utilizzate: 0848HA:60Cobalto(Gamma-emettitore) T/2=1925d E=1250KeV A=387MBq 241Americio 137Cesio

Grafico Taratura y=coefficiente angolare R2=regressione lineare

Funzione della curva di taratura A seconda dell’energia del campo di radiazioni da misurare si deve scegliere la curva di taratura più idonea (cioè quella più vicina all’energia da analizzare).

Misure Ambientali Come noto le radiazioni ionizzanti non sono emesse solo da sorgenti radioattive artificiali, infatti spesso i materiali che ci circondano sono in grado di emettere radiazioni. Compiere questo tipo di monitoraggio può risultare di particolare importanza ai fini della radioprotezione per renderci conto della quantità di radiazioni a cui siamo quotidianamente soggetti.

Tabella misure ambientali

Mappa delle Misure Ambientali Rateo di equivalente di dose (μSv/h) Dev.St. 1 Esterno bunker (muretto di tufo) 0,43 0,13 2 Esterno DaФne (prato) 0,28 0,17 3 Strada DaФne (asfalto) 0,54 0,12 4 Strada BTF (asfalto) 0,73 0,30 5 Toilette BTF (maioliche) 0,61 0,16 6 Esterno edificio Alte Energie (muretto di tufo) 0,80 7 Stanza T-73 edificio Alte Energie 0,18 0,09

Conclusioni Dalle misure sperimentali effettuate relativamente alla “Legge 1/d2 ”, abbiamo constatato che effettivamente la distanza costituisce uno degli elementi fondamentali della Radioprotezione. Inoltre, con le misure di assorbimento, abbiamo verificato l’effettiva efficacia delle schermature nell’ambito della Radioprotezione. Infine, le misure ambientali ci hanno permesso di accertare che nei luoghi ove abbiamo operato il livello di radioattività è ampiamente entro i limiti imposti dal D.Lgs.230/95, inerente ai principi da seguire nella protezione degli ambienti di lavoro.

Ringraziamenti Si ringraziano per la completa disponibilità il Direttore dei Laboratori Nazionali di Frascati, prof. Mario Calvetti, il S.I.S. e i tutors. Se il progetto ha raggiunto un buon fine, il merito va soprattutto al magnifico gruppo con il quale ci siamo trovati a lavorare, che tra una risata e l’altra non ci hanno mai fatti sentire a disagio.