ESPOSIZIONE
PREFAZIONE
Qui si inizia a fare sulserio ! Perché a differenza delle precedenti unità di misura (Attività e Flusso) che misuravano eventi , queste 3 unità (Esposizione, Dose assorbita e Dose equivalente) misurano gli effetti prodotti.
Io le definirei come Peso [Newton] e massa [Kilogrammo].
Misurano due cose diverse ma sono affini fra loro.
E poi…….così come in
certe condizioni (sulla terra), peso e massa si equivalgono1N = ±1Kg, anche le
3 unità di misura delle radiazioni in alcune condizioni (quelle + comuni) si
equivalgono fra loro.
Benissimo, iniziamo a spiegare l’esposizione!
La prima proprietà attribuita alle radiazioni, subito
dopo la loro scoperta fu quella di ionizzare l’aria circostante, poiché
scaricava un elettroscopio sito nelle vicinanze.
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Quando un
flusso di X fotoni incontra 1Cm3 di aria, produce in essa una certa
ionizzazione. L’unità di misura della
Esposizione è il C/Kg (Columb/Kg) che non viene mai usata. Al suo posto il
vecchio ma omnipresente Roentgen.
Il Roentgen [R], si definisce come quella
dose di radiazioni x-γ che, attraversando un centimetro cubo di aria secca
a 0 °C e alla pressione di 1 atmosfera, vi genera un totale di 2.080.000.000
(due miliardi e ottanta milioni) di coppie di ioni.
Solo per dovere,
il Coulomb/kilogrammo rappresenta chiaramente la quella dose di
radiazioni γ che determina, attraversando l’aria, un numero di ioni
corrispondenti a 1 Coulomb di carica elettrica per ogni kilogrammo di aria.
I passaggi tra la
nuova unità di misura C/kg e la vecchia unità di misura R, e viceversa, possono
essere operati usando i seguenti fattori:
1 R = 2,58 x 10-4 C/kg
= 258 milionesimi di C/kg
1 C/kg = 3870 R
Risulta molto
importante ricordare che tali definizioni di dose di esposizione sono usate
propriamente solo se riferite a:
• radiazioni x o γ
• diffusione delle radiazioni in aria
RELAZIONE FRA IL FLUSSO E IL
ROENTGEN
Non posso non spiegarla!! Questa
relazione non è la base per capire il funzionamento del contatore geiger e
capire perché le sonde hanno diverse sensibilità Co60 Cs137
ecc.
E’ importante dire che lo stesso flusso di fotoni, ad
esempio 1000 f/Cm2/sec non produce la stessa esposizione. Ma il suo
valore cambia in funzione alla sua energia es 10-50-100-1000 KeV. Tutto ciò
dipende solo ed esclusivamente dalle proprietà di interazione della radiazione
con la materia i cui effetti principalmente sono:
1) effetto fotoelettrico
2)Effetto Thompson e Compton
3) Produzione di coppie
Per calcolare l’esposizione in Roentgen ci sono 2
strade. La prima è quella di eseguire un calcolo basandosi su coefficienti
estrapolati da alcuni database oppure quella di estrapolare i dati da grafici
come quello sotto
La lettura del grafico è semplicissima. La linea
azzurra rappresenta 1mR/h. Basta poi intersecare i valori dell’energia per aver
il flusso. Mettiamo il caso di voler sapere quale esposizione viene generata da
fotoni di energie rispettivamente 10-50-200 e 500 KeV.
Per fotoni da 10KeV 1 mR/h corrisponde un
flusso di 30γ /Cm2/s. Quindi 1000 fotoni equivalgono a
Per fotoni da 50KeV 1 mR/h corrisponde
un flusso di 8000γ /Cm2/s. Quindi 1000 fotoni equivalgono a
Per fotoni da 200KeV 1 mR/h corrisponde
un flusso di 2800γ /Cm2/s. Quindi 1000 fotoni equivalgono a
Per fotoni da 500KeV 1 mR/h corrisponde
un flusso di 1000γ /Cm2/s. Quindi 1000 fotoni equivalgono a
Come potete senz’altro notare è confermato che a
parità di flusso, in relazione all’energia dei fotoni equivale un’esposizione
in Roentgen differente. Dal grafico si nota come da 60KeV in poi servono sempre
meno fotoni per arrivare ad 1mR/h. Questo è normale perche i fononi sono sempre
+ energetici e per creare la stessa ionizzazione ne servono sempre meno, ma da
60KeV in giù il grafico va i contro tendenza. Ci vorrebbero decine di pagine
per spiegare il fenomeno, ma mi limito solo a dire che ciò dipende
dall’interazione della radiazione con la materia con i vari effetti sopra
riportati.
RELAZIONE FRA IL ROENTGEN E IL
CONTATORE GEIGER
Credetemi, non vi avrei sfavato con
simili nozioni se non fosse che questo è legato strettamente all’uso del
contatore geiger.
Abbiamo detto che:
1) La radiazione ionizza l’aria
2)Stesso flusso (stesso nr. di fotoni) crea differenti
ionizzazioni in base all’energia.
E allora???
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QUALSIASI SONDA
DI UN CONTATORE GEIGER, SIA ESSA A SCINTILLAZIONE, A IONIZZAZIONE O STATO
SOLIDO ECC.. RESTITUISCONO 1 IMPULSO OGNI PARTICELLA INTERCETTATA ! !
Di conseguenza sia lo strumento A che lo strumento B
in presenza di un identico flusso 1000γ / Cm2 / s dovrebbe
restituire, anzi restituisce identica misura in CPM.
Ma l’esposizione è differente ! ! 1,25 mR/h e 2,22
mR/h ! ! !
Ecco ragazzi miei perché le case costruttrici ci
forniscono le conversioni Co60 e Cs137, proprio per
cercare di rendere la misura il più reale possibile in base alla energia
rilevata.
Nel caso delle pancake la sensibilità è di 3000CPM al
Cs137 e 3600 CPM per il Co60.
Oppure forniscono grafici del genere: Da notare
l’analogia con quello sopra, il picco a 60KeV, la contro tendenza alle basse
energie e la tendenza alle alte energie.
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NOTE IMPORTANTI: 1) Le sonde
Geiger Muller sono a gas rarefatto, quindi la probabilità che un fotone o una
particella vada a collidere con atomi del gas interno è bassissima 1 su 200 e
anche più. E’ per questo che i CPM sono estremamente minori del flusso. 2) In teoria ed
anche in pratica la differenza di esposizione fra il Co60 ed il Cs137 è quasi
il doppio, 1.2 contro 2.2mR/h, ma i coefficienti delle pancake no. Questo è
dovuto a molti fattori quali spessore, geometria e materiale dell’involucro e
gli effetti di interazione sopra descritti. 3)Non spaccatevi
la testa. Basta usare le conversioni. 4) Le misure in
CPM si avvicinano al flusso solo usando sonde scintillatrici dove il
rilevatore è un cristallo dallo spessore consistente. Dunque la probabilità
che il fotone interagisca con un atomo del rilevatore aumenta a dismisura. |
CONCLUSIONI FINALI
A meno che voi non state misurando degli isotopi puri
del tipo Co60 o Cs137 che decadono subito in atomi stabili emettendo solo un
paio di particelle di energia nota, qualsiasi oggetto che voi andrete a
misurare emette uno spettro quasi continuo di fotoniγ, nonché raggi β
e α di ogni energia.
Ciò è dovuto al fatto che l’Uranio e il Torio durante
il loro decadimento non diventano immediatamente stabili come il Cs137, ma si
trasformano volta in volta in decine e decine di altri isotopi ché emettono a
loro volta le loro particelle caratteristiche …
Di fronte a simili condizioni è impossibile applicare
un unico coefficiente di conversione quindi va più che bene quello del Cesio.
Stesso discorso vale per il fondo radioattivo.
RICORDATEVI CHE
E’ PER QUESTO CHE I CONTATORI GEIGER COME QUALSIASI STRUMENTO RESTITUISCE UNA
MISURA RELATIVA E NON ASSOLUTA
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Flusso |
Dose
assorbita |
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Aggiornata al 25.03.2011