MISURE DI RADIOATTIVITA

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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 ,
Jacopo De Cesaris ITIS. E. Fermi Andrea
Verolino , Daniele Vicini Tutors L. E. Casano
, M. Chiti , A. Gentile
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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
• Gli elementi perdono energia tramite tre diversi
  tipi di decadimenti (a, ß, ?)
• Decadimento aè lemissione di un nucleo di elio
  (2 p 2 n)
• Decadimento ßè lemissione di un elettrone
  e-(ß-) o di un positrone e (ß) accompagnati
  rispettivamente da un antineutrino e da un
  neutrino
• Diseccitazione ?è lemissione di pura energia.
  
• Tutti e tre seguono la legge di decadimento
• 
  NN0 e-?t
• dove
• -N è il numero dei nuclei non decaduti dopo
  il tempo t
• -N0 è il numero di nuclei iniziali
• -? è la costante di decadimento definita
  come
• ? -?N /
  (N ?t)
• cioè la percentuale dei nuclei che decadono
  nellunità di tempo

Decadimento a
Decadimento ß-
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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 )

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SINDROMI GRAVI CAUSATE DA RADIAZIONI
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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
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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.
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IL RIVELATORE GEIGER-MULLERCARATTERISTICHE 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.
• Il Geiger è uno strumento molto sensibile perciò
  rileva radiazioni anche di bassa intensità purché
  queste ultime siano sufficienti a superare la sua
  finestraesso 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
• PNB-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
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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
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HV (V) 380 390 400 425 450 475 500 525
tempo (s) 100 100 100 100 100 100 100 100
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 9352 10755 11646 12759 13228
  4331 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 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 0,8 0,7 0,8 1 1 1 1
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Sezione di una curva caratteristica
del grafico di Geiger
Plateau del Geiger
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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
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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
375 558 768 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) 336 490 712 1361 2612
dev. St. (cp/m) 17 24 15 34 63
dev. St. 5,2 4,8 2,0 2,5 2,4
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Questo rapporto corrisponde alla pendenza della
retta passante per i punti aventi per coordinate
i cpm e il rateo di dose.
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• SENTITI RINGRAZIAMENTI
• 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.
• 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.