Roberto Deboni DMIsr
2011-05-18 10:52:00 UTC
Sto cercando di preparare una spiegazione sull'uso del contatore geiger,
ma ho dei dubbi e quindi chiedo ... Cominciamo.
Un contatore geiger "rivela" il passaggio di una particella inonizzante,
che puo' essere:
- un fotone nella frequenza "gamma"
- una particella "beta" (un elettrone o positrone ad alta velocita')
- una particella alfa (un quartetto fatto da 2 protoni e 2 neutroni)
Insomma un contatore geiger conta "tutti" gli eventi ionizzanti, ovvero
radioattivi, che lo "impattano". Il risultato per ogni evento ionizzante
e' un'impulso elettrico che puo' essere raccolto da una elettronica
esterna ausiliaria, come un semplice auricolare che riproduce un "clic"
alla ricezione dell'impulso.
In genere (a causa della radioattivita' naturale), si avra' una sequenza
di impulsi (o di clic) e cosa poi il contatore geiger se' ne' fa di
questo sequenza (estremamente casuale) di impulsi dipende da quello che
c'e' a valle del rivelatore geiger.
Mi spiego con un'esempio. Il mio rilevatore (Aware Electronics mod.RM-60),
mi conta circa 10-20 eventi ionizzanti al minuto. Che si puo' anche
tradurre in un'evento ionizzante ogni 3-6 secondi. Oppure in 600-1200
eventi ionizzanti all'ora. E questo con una superficie "intercettante",
molto indicativa, di 65 mm2 (in realta' dipende dal tipo di radiazione,
ad esempio, la radiazione gamma arriva da tutte le direzioni, quindi
dovrei considerare la superficie che copre il volume del rilevatore,
mentre invece quella alfa, credo che possa passare solo dalla finestrella
di mica).
Questo ci da' un'idea di come siamo continuamente "bombardati" da
radiazioni.
Mentre mi leggete, probabilmente siete stati colpiti (nel caso delle
particelle alfa o quella beta meno energetici) oppure attraversati (nel
caso dei fotoni gamma) da qualcosa dell'ordine di 10'000 eventi
ionizzanti.
Questa e' niente altro che la cosidetta radiazione naturale di fondo.
Quello che mette in crisi un contatore geiger non e' "poca
radioattivita'", bensi troppa. Infatti, dopo ogni evento ionizzante, la
camera di rilevamento ha bisogno di un momento per smaltire l'evento,
prima di potere rilevare il prossimo. Se il bombardamento di particelle e'
troppo intenso, la camera di rilevazione resta permanentemente ionizzata,
ed in uscita abbiamo un segnale continuo, invece degli impulsi di
conteggio. Insomma non siamo in grado di misurare piu' nulla, salvo sapere
che c'e' una intenso bombardamento radioattivo in corso.
[I problemi cominciano ora, quando si tratta di passare ai valori
misurati]
La quantificazione del valore misurato e' una elaborazione a posteriori
dello strumento (nel caso del RM-60 e' il software installato sul PC,
perche' il rilevatore si limita a sparare un'impulso elettrico per ogni
ionizzazione rilevata).
Ogni strumento da in genere la possibilita' di accedere alla fonte
primaria di rilevazione, magari per via audio, come il ticchettio
caratteristico che non fa altro che rendere "udibile" ogni evento
ionizzante.
Quindi indipendentemente dai valori indicati dallo strumento, avete un
riscontro uditivo di cosa sta rilevando. E ripeto, questo riscontro
scende giu' fino al singolo evento.
Se la radioattivita' e' molto bassa, potete udire il singolo evento, ogni
clic e' una particella ionizzante che e' passata o stata catturata.
[L'intenzione e' spiegare come scoprire una contaminazione radioattiva in
modalita' fai-da-te - il testo era previsto per un chiarimento in altro
NG]
Quello che vogliamo sapere e' se abbiamo un incremento rilevabile e
significativo della radiazione "normale" dalle nostre parti.
Che poi siano particelle alfa (le peggiori), beta o gamma, ci interessa
in una seconda fase, solo se nella prima fase abbiamo riscontrato letture
anomale. Ovvero siamo gia' passati ad un fase successiva a quella di
"allarme", cioe' cercando di capire la gravita' ed i provvedimenti da
prendere. E' chiaro pero' a questo punto che l'azione di mascheramento
eventuale delle autorita' e' gia' miseramente fallito.
Una radiazione che si confonde con la radioattivita' di fondo significa
che e' cosi' bassa da non dare differenze statistiche. Per esempio, se io
misuro tra i 10 ed i 20 eventi al minuto, perche' non mi accorga della
anomalia, questa non dovrebbe andare oltre a circa 3 - 4 eventi al
minuto. Ovvero se rilevo 14 - 24 eventi resterei ancora tranquillo,
perche' lo considererei all'interno della variabilita' statistica.
Ma se arrivo a 20-30 eventi al minuto e' certo che comincio a
notarlo, anche se ancora non proverei allarme. Questo significa che una
radiazione causata da particelle, mi farebbe scattare ulteriori verifica
gia' ad un valore di 10 eventi al minuto (ovvero uno ogni 6 secondi).
Con il contatore geiger puntato contro il terreno posso contare un
singolo evento intercettato nella direzione (e per l'apertura) dello
strumento.
Se in condizioni normali ho un conteggio, ad esempio di 5 (supponendo che
gli altri 5-15 siano di provenienza cosmica) sono bene in grado di vedere
gia' un valore cosi' debole come 5 eventi al minuto.
[Ed ecco dove cominciano i dolori: quanto sto misurando ?]
Ora, ipotizziamo che siano, ad esempio, 5 particelle alfa al minuto. Quale
e' l'effetto biologico corrispondente ?
Che sia chiaro, una volta ingerite un certo numero di particelle
radioattive, la cosa si fa problematica, ma infatti la misurazione si fa a
scopo preventivo.
Nel caso in specifico, si tratta di controllare l'operato delle
autorita': posso o no fidarmi delle loro misurazioni ? Non mi interessa
fare una relazione, ma solo sapere che ci sono eventi ionizzanti superiori
alla media locale.
Posso migliorare la sensibilita' ulteriormente, con un metodo
semplicissimo: raccolgo un campione del terreno e lo lascio vicino al
rivelatore per un'ora (o anche un giorno) ... ha idea della sensibilita'
che cosi' si puo' raggiungere ? E' un po' come fare l'agguato alle
particelle radioattive: non la becco subito ? Aspetto che arrivino
.... :-)
Vediamo il Cs-137. Ho trovato che un grammo di Cs-137 ha una attivita' di
3.215 TBq. Il tempo di decadimento e' di 30,17 anni (ovvero dopo 30,17,
mezzo grammo di Cs-137 si e' trasmutato in Ba-137. emettando radiazione
beta (quindi non quella alfa). Una mole di cesio pesa circa 137 grammi.
Una mole contiene circa 6,022 x 10^23 atomi. Percio', un grammo di cesio
contiene 6,022/137 = 0,04396 x 10^23 atomi, ovvero circa 4,4 x 10^21
atomi. Dopo 30,17 anni sono rimasti 2,2 x 10^21 atomi.
[Questi finora scritti sono solo numeri di controllo, per sapere se sto
partendo dai dati corretti - all'inizio pensavo di fare una media
brutale, ma poi mi sono reso conto che il dato "alla carlona" era troppo
scartato.]
Ora, proviamo ad essere piu' precisi e prendiamo un milionesimo di grammo
di Cs-137, ovvero circa N = 4,4 x 10^15 atomi. Sia tau la vita media di
una particella radioattiva (in funzione della sua vita media). Allora si
ha:
tempo_decadimento = tau * ln(2)
definiamo la costante di decadimento lambda come l'inverso della vita
media, percio':
tempo_decadimento = ln(2) / lambda
e se N = il numero di particelle nel campione, allora:
numero_decadimenti_al_secondo = lambda * N
Applichiamo i numeri dell'esempio, e quindi:
lambda = ln(2)/tempo_decadimento = 0.69315 / 952'092'792 = 7.28^(-10)
e quindi
numero_decadimenti_al_secondo = 7.28^(-10) * 4,4 x 10^15 = 3'200'000/
secondo
[Se qualcuno mi controlla questi calcoli ... ne' sarei grato :-)
Ed ora segue la parte "ostica": ]
Supponiamo di misurare da un metro di distanza, il che significa che il
rilevatore raccoglie quanto racchiuso da una sfera di un metro di raggio,
ovvero con una superficie di 4 * Pi_greco * R * R = 12.57 m2 = 125'664 cm2
il che significa, se si suppone l'emissione isotropica, una emissione di
circa 25 eventi al secondo nella finestra di rilevamento del contatore
geiger (era di circa 65 mm2).
Ora, un milionesimo di grado di Cs-137 presenta una attivita' di 3,215 MBq
Non esiste una conversione da Bq a Sievert, ma bisogna calcolarsela in
base all'energia ed il tipo di radiazione ...
e qui mi perdo (o e' la stanchezza ...). In sostanza, se il mio strumento
sta misurando 25 eventi al secondo quanti Sv sto misurando ?
E se so che si tratta di Cs-137, il valore in Sv cambia ?
--
Roberto Deboni
[Messaggio Usenet via Tiscali su text.giganews.com. Se leggete via Web il
sottoscritto informa che non conosce o partecipa al sito/forum Web.]
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Un contatore geiger "rivela" il passaggio di una particella inonizzante,
che puo' essere:
- un fotone nella frequenza "gamma"
- una particella "beta" (un elettrone o positrone ad alta velocita')
- una particella alfa (un quartetto fatto da 2 protoni e 2 neutroni)
Insomma un contatore geiger conta "tutti" gli eventi ionizzanti, ovvero
radioattivi, che lo "impattano". Il risultato per ogni evento ionizzante
e' un'impulso elettrico che puo' essere raccolto da una elettronica
esterna ausiliaria, come un semplice auricolare che riproduce un "clic"
alla ricezione dell'impulso.
In genere (a causa della radioattivita' naturale), si avra' una sequenza
di impulsi (o di clic) e cosa poi il contatore geiger se' ne' fa di
questo sequenza (estremamente casuale) di impulsi dipende da quello che
c'e' a valle del rivelatore geiger.
Mi spiego con un'esempio. Il mio rilevatore (Aware Electronics mod.RM-60),
mi conta circa 10-20 eventi ionizzanti al minuto. Che si puo' anche
tradurre in un'evento ionizzante ogni 3-6 secondi. Oppure in 600-1200
eventi ionizzanti all'ora. E questo con una superficie "intercettante",
molto indicativa, di 65 mm2 (in realta' dipende dal tipo di radiazione,
ad esempio, la radiazione gamma arriva da tutte le direzioni, quindi
dovrei considerare la superficie che copre il volume del rilevatore,
mentre invece quella alfa, credo che possa passare solo dalla finestrella
di mica).
Questo ci da' un'idea di come siamo continuamente "bombardati" da
radiazioni.
Mentre mi leggete, probabilmente siete stati colpiti (nel caso delle
particelle alfa o quella beta meno energetici) oppure attraversati (nel
caso dei fotoni gamma) da qualcosa dell'ordine di 10'000 eventi
ionizzanti.
Questa e' niente altro che la cosidetta radiazione naturale di fondo.
Quello che mette in crisi un contatore geiger non e' "poca
radioattivita'", bensi troppa. Infatti, dopo ogni evento ionizzante, la
camera di rilevamento ha bisogno di un momento per smaltire l'evento,
prima di potere rilevare il prossimo. Se il bombardamento di particelle e'
troppo intenso, la camera di rilevazione resta permanentemente ionizzata,
ed in uscita abbiamo un segnale continuo, invece degli impulsi di
conteggio. Insomma non siamo in grado di misurare piu' nulla, salvo sapere
che c'e' una intenso bombardamento radioattivo in corso.
[I problemi cominciano ora, quando si tratta di passare ai valori
misurati]
La quantificazione del valore misurato e' una elaborazione a posteriori
dello strumento (nel caso del RM-60 e' il software installato sul PC,
perche' il rilevatore si limita a sparare un'impulso elettrico per ogni
ionizzazione rilevata).
Ogni strumento da in genere la possibilita' di accedere alla fonte
primaria di rilevazione, magari per via audio, come il ticchettio
caratteristico che non fa altro che rendere "udibile" ogni evento
ionizzante.
Quindi indipendentemente dai valori indicati dallo strumento, avete un
riscontro uditivo di cosa sta rilevando. E ripeto, questo riscontro
scende giu' fino al singolo evento.
Se la radioattivita' e' molto bassa, potete udire il singolo evento, ogni
clic e' una particella ionizzante che e' passata o stata catturata.
[L'intenzione e' spiegare come scoprire una contaminazione radioattiva in
modalita' fai-da-te - il testo era previsto per un chiarimento in altro
NG]
Quello che vogliamo sapere e' se abbiamo un incremento rilevabile e
significativo della radiazione "normale" dalle nostre parti.
Che poi siano particelle alfa (le peggiori), beta o gamma, ci interessa
in una seconda fase, solo se nella prima fase abbiamo riscontrato letture
anomale. Ovvero siamo gia' passati ad un fase successiva a quella di
"allarme", cioe' cercando di capire la gravita' ed i provvedimenti da
prendere. E' chiaro pero' a questo punto che l'azione di mascheramento
eventuale delle autorita' e' gia' miseramente fallito.
Una radiazione che si confonde con la radioattivita' di fondo significa
che e' cosi' bassa da non dare differenze statistiche. Per esempio, se io
misuro tra i 10 ed i 20 eventi al minuto, perche' non mi accorga della
anomalia, questa non dovrebbe andare oltre a circa 3 - 4 eventi al
minuto. Ovvero se rilevo 14 - 24 eventi resterei ancora tranquillo,
perche' lo considererei all'interno della variabilita' statistica.
Ma se arrivo a 20-30 eventi al minuto e' certo che comincio a
notarlo, anche se ancora non proverei allarme. Questo significa che una
radiazione causata da particelle, mi farebbe scattare ulteriori verifica
gia' ad un valore di 10 eventi al minuto (ovvero uno ogni 6 secondi).
Con il contatore geiger puntato contro il terreno posso contare un
singolo evento intercettato nella direzione (e per l'apertura) dello
strumento.
Se in condizioni normali ho un conteggio, ad esempio di 5 (supponendo che
gli altri 5-15 siano di provenienza cosmica) sono bene in grado di vedere
gia' un valore cosi' debole come 5 eventi al minuto.
[Ed ecco dove cominciano i dolori: quanto sto misurando ?]
Ora, ipotizziamo che siano, ad esempio, 5 particelle alfa al minuto. Quale
e' l'effetto biologico corrispondente ?
Che sia chiaro, una volta ingerite un certo numero di particelle
radioattive, la cosa si fa problematica, ma infatti la misurazione si fa a
scopo preventivo.
Nel caso in specifico, si tratta di controllare l'operato delle
autorita': posso o no fidarmi delle loro misurazioni ? Non mi interessa
fare una relazione, ma solo sapere che ci sono eventi ionizzanti superiori
alla media locale.
Posso migliorare la sensibilita' ulteriormente, con un metodo
semplicissimo: raccolgo un campione del terreno e lo lascio vicino al
rivelatore per un'ora (o anche un giorno) ... ha idea della sensibilita'
che cosi' si puo' raggiungere ? E' un po' come fare l'agguato alle
particelle radioattive: non la becco subito ? Aspetto che arrivino
.... :-)
Vediamo il Cs-137. Ho trovato che un grammo di Cs-137 ha una attivita' di
3.215 TBq. Il tempo di decadimento e' di 30,17 anni (ovvero dopo 30,17,
mezzo grammo di Cs-137 si e' trasmutato in Ba-137. emettando radiazione
beta (quindi non quella alfa). Una mole di cesio pesa circa 137 grammi.
Una mole contiene circa 6,022 x 10^23 atomi. Percio', un grammo di cesio
contiene 6,022/137 = 0,04396 x 10^23 atomi, ovvero circa 4,4 x 10^21
atomi. Dopo 30,17 anni sono rimasti 2,2 x 10^21 atomi.
[Questi finora scritti sono solo numeri di controllo, per sapere se sto
partendo dai dati corretti - all'inizio pensavo di fare una media
brutale, ma poi mi sono reso conto che il dato "alla carlona" era troppo
scartato.]
Ora, proviamo ad essere piu' precisi e prendiamo un milionesimo di grammo
di Cs-137, ovvero circa N = 4,4 x 10^15 atomi. Sia tau la vita media di
una particella radioattiva (in funzione della sua vita media). Allora si
ha:
tempo_decadimento = tau * ln(2)
definiamo la costante di decadimento lambda come l'inverso della vita
media, percio':
tempo_decadimento = ln(2) / lambda
e se N = il numero di particelle nel campione, allora:
numero_decadimenti_al_secondo = lambda * N
Applichiamo i numeri dell'esempio, e quindi:
lambda = ln(2)/tempo_decadimento = 0.69315 / 952'092'792 = 7.28^(-10)
e quindi
numero_decadimenti_al_secondo = 7.28^(-10) * 4,4 x 10^15 = 3'200'000/
secondo
[Se qualcuno mi controlla questi calcoli ... ne' sarei grato :-)
Ed ora segue la parte "ostica": ]
Supponiamo di misurare da un metro di distanza, il che significa che il
rilevatore raccoglie quanto racchiuso da una sfera di un metro di raggio,
ovvero con una superficie di 4 * Pi_greco * R * R = 12.57 m2 = 125'664 cm2
il che significa, se si suppone l'emissione isotropica, una emissione di
circa 25 eventi al secondo nella finestra di rilevamento del contatore
geiger (era di circa 65 mm2).
Ora, un milionesimo di grado di Cs-137 presenta una attivita' di 3,215 MBq
Non esiste una conversione da Bq a Sievert, ma bisogna calcolarsela in
base all'energia ed il tipo di radiazione ...
e qui mi perdo (o e' la stanchezza ...). In sostanza, se il mio strumento
sta misurando 25 eventi al secondo quanti Sv sto misurando ?
E se so che si tratta di Cs-137, il valore in Sv cambia ?
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Roberto Deboni
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