GUIDA ALL’USO DI UN CONTATORE 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:
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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. |
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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.
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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. |
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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. |
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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.
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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.
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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) |
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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. |
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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
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.
continua
Update 07.11.2010