Radiazioni ionizzanti e contatori Geiger - Fotoni (raggi X o Gamma) Onde elettromagnetiche,particelle pesanti (Alfa – Beta – Neutroni)

Radiazioni ionizzanti e  contatori Geiger 

PREFAZIONE

E’ molto difficile affrontare questo tipo di argomentazione, in quanto voglio spiegarvi come funziona un normale contatore geiger, senza però affrontare in maniera troppo tecnica il discorso, né tanto meno essere troppo puerile e superficiale. Mi scuso quindi con quelle persone che conoscono veramente bene l’argomento, ma voglio spiegare a tutti con estrema semplicità l’argomento.

PUNTI CARDINE

Prima di iniziare a descrivere questo articolo voglio fissare alcuni punti cardine sul discorso della radioattività e dei contatori in modo da potervi farvi comprendere il seguito di questa pagina:

1	Le radiazioni ionizzanti, si suddividono: A)  fotoni (raggi X o Gamma) Onde elettromagnetiche prive di massa B)   particelle pesanti (Alfa – Beta – Neutroni) dei veri e propri corpuscoli o (proiettili) dotati di massa Infatti i raggi alfa non sono altro che nuclei di elio dotati quindi di carica positiva, i raggi beta sono elettroni dotati di carica negativa e i neutroni sono ovviamente privi di carica.
2	A)  I raggi alfa sono le particelle più grandi e per schermarle basta un semplice foglio di carta spessa o qualche centimetro in aria. B)   I raggi beta sono molto più piccoli e vengono schermati da una lastra di alluminio di pochi millimetri. C)   I fotoni invece essendo privi di massa sono molto più penetranti e per fermarli servono materiali molto densi, come ad esempio il piombo. D)   Per ultimo vi sono i neutroni che pur avendo massa, sono ancor più penetranti in quanto privi di carica elettrica.
3	Una sorgente radioattiva nel corso del suo decadimento radioattivo emette una miriade di particelle pesanti e fotoni di diverse energie e di conseguenza con poteri penetranti diversi.
4	Quando una radiazione, di qualsiasi natura essa sia, interagisce con la materia (aria,acqua tessuto umano ecc..) chi più e chi meno deposita in essa un energia.
5	La sonda di un normale contatore geiger non è altro che una camera contenente del gas rarefatto e due elettrodi ai cui capi è presente una tensione. Quasi sempre la carcassa della sonda fa da elettrodo negativo.
6	Quando una o più particelle entrano all’interno del tubo, cedono energia al gas, che si ionizza sempre di più fino a quando fra gli elettrodi “scocca un arco”, e vi è un passaggio di corrente.
7	Il contatore geiger non fa altro che contare gli impulsi. Il risultato potrebbe essere espresso in CPM (Conteggi al minuto) o CPS (Conteggi al secondo)
8	Sono molteplici le unità di misura che riguardano il campo della radioattività, a noi interessa il Roentgen [R] ed il Sivert [Sv]. La prima indica la quantità di cariche generate in aria, mentre la seconda è più specifica in quanto si basa sull’effetto biologico generato dalle radiazioni in generale sia esse fotoni o particelle pesanti.
9	Moltissimi contatori geiger o quasi tutti, hanno delle sonde che sono state provate e calibrate in laboratorio con sorgenti gamma campione Co60 o anche campione beta di Cs137. Lo strumento quindi può abbinare il numero medio di conteggi al minuto alla dose assorbita. Il geiger può restituire quindi un valore non più di CPM ma finalmente di mR/h o altra unità di misura più specifica.

Perché ho due geiger ed entrambi mi danno due risultati diversi sullo stesso campione??

Questo e un dramma che tartassa le menti di quanti hanno un geiger.

Sono molteplici i motivi, ma mettendo a paragone dei geiger dalle simili proprietà, la risposta è semplicissima !!!!

Ho detto che la sonda che monta un geiger è stata provata in laboratorio, con una sorgente gamma campione. I tecnici, per far dare dallo strumento direttamente il valore di dose assorbita, hanno potuto abbinare quindi X impulsi al minuto al valore ad esempio di 1mR/h.

L’isotopo Co60 emette fotoni ad un energia talmente alta (1,3Mev) da essere penetrantissimi e servono centimetri e centimetri di piombo ber attenuare questi raggi. Pensate che questi fotoni sono talmente penetranti che i contenitori schermanti del Co60 sono fatti in Uranio o Tungsteno !!!!!

Detto questo, se noi misurassimo con 5 geiger ( simili ) una sorgente di Co60 o similare, sul display leggeremo lo stesso identico valore. Se noi però a questi 5 geiger facciamo misurare ad esempio un minerale di uranio, tutti e 5 danno non solo risultati diversi,  ma completamente diversi. Questo è dovuto al fatto che un qualsiasi campione radioattivo emette un infinità di particelle e non tutte sono penetranti come quelle del Co60. Tutto dipende sostanzialmente dall’involucro del tubo. Se un tubo è in alluminio e magari un po’ robusto sicuramente bloccherà gran parte dei raggi beta poco energetici ed attenuerà tantissimo i fotoni di bassa energia. Una sonda Pancake che ha una finestra in mica sottilissima, capace di rilevare anche i raggi alfa, restituirà un valore veramente vicino alla reale dose assorbita da un corpo umano. Sono anche influenti le dimensioni del tubo, ma solo per basse dosi. Un tubo grande raccoglie ovviamente più particelle, il ché rende un po’ stabile e precisa la lettura a bassi valori di radioattività, mentre un tubo piccolo è adatto a forti dosi, in quanto sarebbe adatto a percepire sufficienti particelle per rendere una lettura attendibile.

Nessuno sbaglia !!!!! E solo che i geiger di portata comune non sono fatti sostanzialmente per misurare raggi X casalinghi o la radioattività del granito di casa , ma per misurare radioattività dopo lo scoppio di una bomba o disastri come quello di Cernobil dove i prodotti radioattivi sono letali ed hanno emissioni consistenti di isotopi sintetici e non di ogni genere. Difficilmente troveremo all’interno del minerale d’Uranio tracce du Co60 Cs137 o I131 ed altri.

Ad esempio, io possedevo un contatore a scintillazione RAM 63, che definirei eccelso nel complesso, dotato anche di una sensibilità veramente buona. Un giorno stavo provando a generare raggi X da un vecchio diodo-valvola, e durante il funzionamento il RAM63 non muoveva la lancetta neanche di 1mm. Preso allo sconforto pensando fosse una bufala o improbabile generare i raggi X in questa maniera, ed ho provato per sfizio ad avvicinare al diodo un vecchio contatore russo, preso dai mercatini, che una volta acceso ha iniziato a strillare come un dannato ed andare a fondo scala. Ad 2 metri dal diodo segnava 18mR/h !!! Cosa è successo ??? Semplice il Ram63 non è stato progettato per percepire fotoni dall’energia di 30KeV ma almeno per 200 Kev (0.2MeV). Le sonde del geiger russo invece, tubicini in Alluminio sottile, permettevano ai raggi X di penetrare al loro interno con poca attenuazione e ovviamente di ionizzare il gas.

LE SONDE DA USARE

Bhe….queste poche righe sono dei pareri molto personali… che comunque sono basate sulla esperienza e sulle prove. In riferimento alle normali sonde chi vuole davvero il massimo deve dotarsi di una sonda pancake, poiché ha una finestra di ingresso veramente grande, il cui foglio di mica sottilissimo è capace di far entrare anche i raggi Alfa. Queste sonde generalmente hanno una sensibilità d’impulso compresa fra i 2500 ed i 3600 CPM per 1mR/h e sono adatte ai bassi livelli di radioattività prossima a quella ambientale. Dovrebbero saturare a 20 mR/h per radiazioni miste e a 100mR/h per soli fotoni X o Gamma.

Altrimenti vanno bene i classici tubi geiger in alluminio che montano i geiger russi. Le prestazioni sono notevolmente ridotte ma in compenso sono abbastanza  sensibili ai raggi X di debole energia.

Per dosi davvero elevate di radioattività dovrete usare però delle sonde molto piccole. Per esempio la sonda FHZ 76 del contatore FH40 (0-1 R/h) ha una sensibilità d’impulso di circa 450 CPM per 1 mR/h. Ponendo il caso di voler misurare una dose di 500mR/h la sonda FHZ76 restituirebbe 220.000 CPM (3700 imp/sec) contro i 1.660.000 CPM (27.777 imp/sec) di una normale pancake.

Le conclusioni …………..sono che una pancake non riuscirebbe mai e poi mai a emettere 27000 impulsi al secondo poiché non è un integrato TTL o un PIC. Un impulso varia da sonda a sonda ma all’incirca è di 0.5 mS, e quando sono troppi si accavallerebbero l’uno con l’altro e la sonda saturerebbe in un attimo . Un altro motivo e che una Sonda piccola (a parità di sensibilità) è ovvio che percepisce meno particelle, e ciò significa di conseguenza meno impulsi. Ma a dosi davvero elevate vista l’altissima densità di particelle presenti, la sonda piccola ha lo stesso rendimento di quella grande per bassi valori

IL TEMPO DI CAMPIONAMENTO

Una cosa importantissima per effettuare misure il più possibile vicine al valore reale è scegliere un tempo di campionamento il più alto possibile. Il tempo di campionamento non è altro che il periodo per il quale lo strumento conta gli impulsi per restituire successivamente la misura.

Cosa significa ? ? Cercherò di spiegarvelo in breve…

Il fenomeno della radioattività è un fenomeno del tutto casuale, infatti, se un materiale radioattivo in un secondo emette 100 particelle, il secondo successivo ne potrebbe emettere 80, il terzo 150 o addirittura potrebbe anche non emetterne.

Detto questo molti geiger hanno dei tempi di lettura o meglio di conta prefissati, altri ancora invece hanno la possibilità di sceglierli come ad esempio molti geiger russi o il RAM63.

ESEMPIO 1

Tempo di Campionamento	LETTURE
-	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	MEDIA
1 s	0,015	0,028	0,017	0,025	0,012	0,024	0,013	0,008	0,025	0,014	0,018 mR/h
10 s	0,018	0,015	0,021	0,017	0,020	0,015	0,016	0,019	0,020	0,018	0,018 mR/h
60 s	0,017	0,016	0,018	0,019	0,018	0,017	0,019	0,017	0,018	0,020	0,0179 mR/h
10 min	0,017	0,018	0,017	0,018	0,018	0,017	0,018	0,017	0,018	0,018	0,0175 mR/h

Anche se questi valori non sono reali ma rispecchiano la realtà, rendono l’idea di come un tempo di campionamento alto restituisce un valore il più vicino possibile alla realtà, poiché una media cosi grande di valori rende pressoché insignificante la casualità degli eventi ed annulla sempre più eventuali errori dell’apparecchio.

ESEMPIO 2

Poniamo di avere un geiger la cui sonda ha una sensibilità d’impulso di 3000 CPM per 1 mR/h

Vogliamo misurare la radioattività di un normale Piatto da cucina. Radioattività praticamente quasi inesistente…….

Effettuando tante misure con campionamento a 60 s oppure un paio di misure con campionamento di 10 min riusciremo a vedere la lieve differenza esistente, ad esempio da 0,0176 mR/h (radiazione di fondo) ed 0,019 o 0,020 (del piatto) poiché una differenza così elevata sarebbe veramente anormale !!!!!!!! ed imputabile solo ed esclusivamente ad un incremento della radioattività.

Differenze così rientrerebbero nella norma invece a tempi di campionamento più, bassi rendendo impossibile percepire deboli emissioni anche con le migliori sonde del Cern di Ginevra J

Ma perché quasi tutti i geiger hanno tempi di campionamento molto bassi compresi fra il secondo ed i 20s ??

Semplicissimo e deduttivo!!!! Guardate il fondo scala !!! I tempi bassi hanno la stessa precisione dei tempi alti a grandi dosi di radioattività.

Se un geiger è progettato per rilevare 1R/h, non può avere un campionamento di 10 minuti. Un operatore non può stare esposto ad 1R/h per 10 minuti prima di leggere la misura perché MUORE di leucemia e matematicamente sarebbe superfluo. Un contattore commerciale che arriva a 20mR/h potrebbe avere ad esempio un selettore 10s – 100 s o se il geiger è eccelso anche una conta all’infinito (digit del display permettendo)

CALCOLARE LA SENSIBILITA’ DELLA SONDA

Questo passo va eseguito solo una volta, poiché serve solo ed esclusivamente per calcolare la sensibilità della nostra sonda, ovvero i CPM equivalenti ad 1mR/h. Per far ciò, usiamo la fonte più sicura  e stabile che sia alla portata di tutti, ovvero il fondo radioattivo.

Il fondo radioattivo varia dai 0,016 mR/h sul livello del mare ad un massimo di 0,021 in montagna nelle cantine o nei sottotetti. Noi per non sbagliare prendiamo un valore intermedio, ovvero 0,018.

 Per eseguire la lettura della sensibilità bisogna posizionare la sonda il più lontano possibile da fonti radioattive e contare gli impulsi della sonda per tempi molto lunghi, almeno 600 secondi.

Mettiamo il caso che la lettura restituisca un valore di 655 coteggi totali.

Eseguendo l’operazione 655/10 = 65, si trovano i CPM equivalenti ad un’esposizione di 0.018mR/h.

Per trovare la nostra sensibilità in basata su 1 mR/h basta eseguire questa seconda operazione

Media dei CPM / Fondo = sensibilità

65 / 0.018 = 3611

La sensibilità della nostra sonda sarà quindi di

3600 CPM x 1mR/h

UN PICCOLO CONSIGLIO

A chi dispone di un geiger russo o altro tipo simile, effettuate le misure sempre e solo senza filtro. Le sonde (i Tubicini ) devono essere liberi. Li siete certi di misurare gran parte di tutti i beta e i gamma almeno da 25KeV in su. Se desiderate effettuare solo ed esclusivamente una misura gamma, applicate davanti alle sonde una lastra di 1Cm di polietilene, ferma i raggi beta che è una bellezza e ed è trasparente ai fotoni di energie superiori ad i 25-30KeV.

Tratto da:http://digilander.libero.it/dadano1/Tutorial_Geiger.htm