Misura del coefficiente di emanazione del radon da un materiale poroso

1. Misura del coefficiente di emanazione del radon da un materiale poroso Tecniche sperimentali adottate Spettrometria gamma ad alta risoluzione con rivelatore al germanio iperpuro. Spettrometria alfa in aria di ioni radioattivi trasportati da un campo elettrico su di un rivelatore al Si a barriera superficiale Modulistica elettronica richiesta Catene standard per spettrometria delle radiazioni ionizzanti (P.A. Amplificatore, ADC, MCA) Nozioni richieste Elementi di radioattività e sull’interazione delle radiazioni ionizzanti con la materia

2. radionuclidi nell’ambiente • I radionuclidi prodotti al tempo della formazione del sistema solare sono sopravvissuti fino a oggi solo se la loro vita medi a è dell’ordine dell’età della terra (miliardi di anni): radionuclidi primordiali • Radionuclidi a vita media più breve sono prodotti naturalmente per bombardamento dell’atmosfera da parte dei raggi cosmici e la loro abbondanza è (quasi) all’equilibrio: radionuclidi cosmogenici • Radionuclidi a vita media breve (in misura minore anche lunga) sono prodotti artificialmente per vari scopi (produzione di energia, armamenti, controlli industriali, diagnostica e terapia medica, etc): radionuclidi antropogenici

4. Tra questi radionuclidi alcuni presentano un problema in più

5. Decadimenti successivi ed equilibrio radioattivo unaserie 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.

6. Attività di del radon e dei suoi discendenti in un sistema isolato Tempo in secondi La misura della concentrazione di radon si basa sulla misura della concentrazione dei figli

7. Sulla base di questi parametri si può indirizzare l’attenzione verso quei suoli e quelle tipologie abitative che lasciano supporre la realizzazione di alte concentrazioni di radon. • E’ opportuno ricorrere a metodi di misura integranti per mediare sulle fluttuazioni stagionali del gas radioattivo, che condizionano sia la sua emanazione (fuoriuscita dai granuli del materiale che contiene il radio nello spazio interstiziale) che la sua esalazione (fuoriuscita dal materiale nell’aria esterna) Solo il radon che proviene dall’esterno della linea (superficie) tratteggiata può sfuggire da un grano. La maggior parte vi resta intrappolata La presenza di acqua nei pori facilita la fuoriuscita de gas Misurare questa frazione è importante

8. Misura del coefficiente di emanazione Ilcoefficiente di emanazionesi ricava dal rapporto: Radon emanato / Radon prodotto Misura del radon generato nel materiale in equiilibrio col predecessore Dalla spettrometria  con rivelatore a GeHP sul campione sigillato, si ricava l’attività specifica del 222Rn dalle righe a 352 e 609 keV 220Rn dalla riga a 729 keV Misura del radon emanato, che cresce nella camera secondo la legge: Il valore di saturazione dell’equazione (E/(V.k) rappresenta la massima quantità di radon fuoriuscita dal campione ed è l’attività specifica che viene usata per il calcolo del coefficiente di emanazione. Esso può essere ottenuto da un best-fit dei dati sperimentali

9. Se la misura di radon viene effettuata in condizioni di equilibrio radioattivo (dopo almeno tre ore dalla chiusura ermetica del campione nel contenitore in cui sarà effettiuata la misura) l’attività potrà essere misurata a partire da qualunque degli isotopi della serie in equilibrio con essa. Per la misura dell’attività totale contenuta nel campione si ricorre alla spettrometria gamma.

10. 137Cs (30 y) -1 E1=514 keV, 82.5% -2 1176 keV, 17,5 % 11/2- 662 keV E=662 keV  3/2+ g.s. 137Ba Diseccitazione gamma seguente un decadimento b-. (fenomeno che riguarda la stragrande maggioranza dei decadimenti. L’esempioi de 137Cs è assolutamente casuale !!!)) Schema di decadimento del 137Cs e definizione del gamma branching ratio

11. Spettro alfa mediante rivelatore al germanio (alta risoluzione)

13. Per la misura della frazione emanata, si ricorre alla spettrometria alfa applicata con un rivelatore particolare.

14. Rivelatore a raccolta elettrostatica dei prodotti del radon Verso massa Rivelatore di particelle Un campo elettrico creato tra le pareti della camera e il rivelatore provoca la raccolta degli ioni 218Po+ (216Po+ per il Thoron) su quest’ ultimo, permettendo la misura dello spettro delle particelle a emesse. Le caratteristiche principali di questo rivelatore sono: 3500 V campione Totale assenza di rumore di fondo Buona risoluzione in energia che permette di distinguere le diverse righe, quindi possibilità di separare i prodotti del 222Rn da quelli del 220Rn Lieve interferenza dovuta il 212Bi, superata dalla buona separazione del 214Po (U) e del 216Po (Th)

15. 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 spinge i figli del Rn, ionizzati positivamente ( Po+), dalle pareti della cella verso il rivelatore. Il successivo decadimentodegli ioni Po genera particellea che possono essere rivelate. Traiettorie degli ioni trasportati dal campo elettrostatico

16. Verso massa Rivelatore di particelle dw + a Traiettoria di uno ione + + rinculo Traiettoria del 222Rn prima del decadimento a 3500 V Schema del rivelatore a raccolta elettrostatica La tipica velocità di deriva degli ioni è pari a 104cm/s. Il tempo medio di raccolta è 10-3s, 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

17. Spettro a di sorgenti di222Rne220Rn Bi212 Questa tecnica consente una misura molto analitica del radon presente nell’ aria della cella

18. Da una serie di spettri alfa si ottiene la curva di crescita del radon nella camera di diffusione ricostruita dall’andamento del 214Po. Il cui fit permette di ricavare il valore di saturazione