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

LA RADIOATTIVITA’ AMBIENTALE E’ l’emissione 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) Decadimento α:è l’emissione di un nucleo di elio (2 p + 2 n) Decadimento β:è l’emissione di un elettrone e-(β-) o di un positrone e+ (β+) accompagnati rispettivamente da un antineutrino e da un neutrino Diseccitazione γ:è l’emissione di pura energia. Tutti e tre seguono la legge di decadimento: N=N0 e-λt dove: -N è il numero dei nuclei non decaduti dopo il tempo t; -N0 è il numero di nuclei iniziali; -λ è la costante di decadimento definita come: λ= -ΔN / (N · Δt) cioè la percentuale dei nuclei che decadono nell’unità di tempo Decadimento α Decadimento β-

GLI EFFETTI DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI Conoscere l’entità 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 un’unità 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 )

SINDROMI GRAVI CAUSATE DA RADIAZIONI

RISCHI STOCASTICI ESPOSIZIONE ALLE RADIAZIONI 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 l’induzione 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 dell’ordine di centinaia di mSv). ESPOSIZIONE ALLE RADIAZIONI

IL RIVELATORE GEIGER-MULLER 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. 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.

IL RIVELATORE GEIGER-MULLER CARATTERISTICHE DI FUNZIONAMENTO Un Geiger lavora nella regione di scarica, vale a dire la regione in cui qualunque sia l’energia della radiazione fornisce un impulso di ampiezza costante, perché gli ioni creati dalla ionizzazione primaria spostandosi verso i poli acquistano l’energia 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. 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=NB-NA/NA(VB-VA) dove: -NA e NB sono i conteggi iniziali e finali -VA e VB sono i voltaggi iniziali e finali Log n Plateau HV

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

HV (V) 380 390 400 425 450 475 500 525 tempo (s) 100 Conteggi ogni 100 s 4487 6183 7273 9456 10760 11952 12610 13147   4382 6316 7299 9468 10629 11882 12476 13425 4331 6135 7453 9352 10530 11947 12545 13426 4361 6093 7414 9372 10866 11817 12501 13259 4557 6221 7405 10755 11646 12759 13228 6339 7348 9340 10785 11835 12630 13223 4381 6146 7408 9585 10729 11781 12653 13221 4335 6281 7327 9504 10650 11750 12777 13159 4446 6290 7338 9379 10704 11707 12659 13162 4516 6172 7256 9405 10887 11780 12636 13279 media 4413 6218 7352 9421 10730 11810 12625 13253 dev. st. in 100 s 83 85 66 80 108 99 101 dev. st .% 1,9 1,4 0,90 0,85 1,0 0,84 0,78 0,76 conteggi al secondo 44,1 62,2 73,5 94,2 107 118 126 133 dev. st. in 1 s 0,8 0,7 1

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

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

Per far ciò, abbiamo campionato dieci misure a distanze diverse dalla sorgente (Cs-137) conoscendone la dose. Misura 1 Misura 2 Misura 3 Misura 4 Misura 5 Dist (mm) 3750 3000 2500 1750 1250 Rateo di dose (mGy/h) 3,627 5,036 7,307 14,003 27,232 Misure (cp/m) 386 557 789 1459 2839 380 511 798 1555 2956 370 490 767 1470 2952 399 551 802 1533 2862 362 543 768 1489 2936 375 558 1482 2772 344 546 794 1483 2845 355 540 783 1464 2809 347 566 763 1537 2831 369 525 791 1484 2906 media (cp/m) 336 712 1361 2612 dev. St. (cp/m) 17 24 15 34 63 dev. St. % 5,2 4,8 2,0 2,5 2,4

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

SENTITI RINGRAZIAMENTI: al prof. Mario Calvetti, direttore del LNF, per aver permesso lo svolgimento dei corsi. a tutta l’organizzazione del SIS, per l’efficienza dell’ organizzazione e per l’accoglienza. 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.