La centralina di monitoraggio di radon in acqua è stata installata il 22 settembre 2016 presso il sito di Gallicano (Lucca). Successivamente, in data 22 novembre 2016, avendo monitorato in remoto anomalie nella pressione dell'acqua, è stato effettuato un sopralluogo per verificare lo stato della centralina e sottoporla alla prima prova di calibrazione. Dopo avere rilevato un guasto alla pompa di aspirazione, la centralina è stata spenta dal 22 novembre al 6 dicembre 2016. Da questa data in poi è entrata pienamente in funzione.
I dati misurati sono consultabili grazie all'uso di una piattaforma on-line, ThingSpeak, che consente di aggregare, visualizzare e analizzare i flussi di dati in tempo reale, provenienti dalla centralina. La piattaforma si occupa anche di memorizzare e riportare su grafico i dati spettrometrici rielaborati tramite LabVIEW, programma che si occupa di controllare l'intero processo operativo, operando da interfaccia tra la centralina e il sistema di acquisizione spettrometrica, come mostrato in Fig. 45, permettendo quindi di rielaborare i dati numerici dei conteggi appartenenti alla ROI di interesse in termini di concentrazioni. Successivamente il PC industriale si occupa di inviare ogni 6 ore i dati ai server di ThingSpeak e ad una casella di posta elettronica su Gmail, tramite connessione Internet con operatore di telefonia mobile.
I dati in Gmail vengono memorizzati in uno spazio disponibile di 15 GB di memoria, che corrispondono, nel nostro caso, ad una mole di dati acquisita nell'arco di molti anni. Tali dati, in formato testo, sono i seguenti:
temperatura e pressione atmosferica e dell'acqua; numero di conteggi per canale;
area netta dei conteggi nella ROI in termini di concentrazione di radon espressa in Bq/l, con il valore di errore corrispondente (1 deviazione standard).
Su ThingSpeak sono visibili gli andamenti grafici della concentrazione di radon (Fig.46) in funzione del tempo e, per ogni acquisizione, è riportata data e ora. Compaiono inoltre i grafici della temperatura dell'acqua, della temperatura atmosferica (Fig. 47) e le relative pressioni.
Figura 45: Pannello di controllo in LabVIEW del programma di gestione della centralina.
Il grafico relativo al mese di gennaio della temperatura all'interno della centralina (Fig. 47), conferma alcune scelte fatte durante la tesi, relative alle prove a temperatura.
Dai dati presenti in Gmail è possibile ottenere lo spettro gamma dell'acquisizione, come quello riportato in Fig. 48, permettendo così di valutare manualmente l’area netta di qualsiasi picco. Il livello medio di concentrazione di radon è pari a 3,6 Bq/l (Fig. 49): tuttavia questo risulta essere un dato parziale in quanto ricavato calcolando la media delle misure nel periodo dicembre 2016 – gennaio 2017. Per una stima più esaustiva del livello medio di concentrazione nelle acque campionate, si attendono i dati relativi ad un periodo di almeno un anno.
Figura 46: monitoraggio della concentrazione di radon consultabile in rete.
Figura 48: spettro acquisito dopo il terremoto di magnitudo M = 4 in provincia di Reggio Emilia (è ben visibile il picco a 609 keV).
Figura 49: dati della concentrazione di radon da dicembre 2016 a gennaio2017.
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Spettro del 13 dicembre 2016
stazione di monitoraggio di Gallicano
canali co n te g g i p e r ca n a le 0 5 10 15 20 25
Concentrazione di radon (stazione di monitoraggio di Galicano)
dal 07 /12 2016 al 27/01/2017 data co n ce n tr a zi o n e [ B q /l]
Osservando il grafico relativo alle concentrazioni di radon misurate, si può notare un valore di circa 21 Bq/l in data 13 dicembre 2016, e concentrazioni intorno ai 17 Bq/l relative ai giorni 9 e 10 dicembre. Questi dati sono importanti perché il 9 dicembre, ore 08.22, si è verificato il fenomeno sismico di magnitudo M = 4, con ipocentro ad 8 km di profondità, nella provincia di Reggio Emilia, ed epicentro distante 30 km dalla stazione di monitoraggio di Gallicano (Fig. 50).
Figura 50: posizione e distanza dell'epicentro da Gallicano del terremoto del 9 dicembre 2016.
Il lieve aumento nella concentrazione di radon nel periodo attorno il 9 dicembre, dove si registrano concentrazioni attorno ai 15 Bq/l, qualche ora prima e dopo l' evento sismico, costituisce un dato di per sè non sufficiente a predire un terremoto in quanto va integrato con gli altri dati relativi agli altri precursori sismici, quali l'anidride carbonica, il metano, i gas disciolti in acqua, la temperatura, il pH, la conducibilità elettrica il potenziale di ossidoriduzione, monitorati dalla rete geochimica dell’Istituto di Geoscenze e Georisorse del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Pisa (IGG-CNR).
Si sottolinea pertanto la funzione del radon, come funzione di parametro precursore solo in concomitanza di variazioni e anomalie degli altri gas endogeni e parametri precursori. In occasione della messa in funzione della centralina, è stata effettuata una prova di taratura in campo il 22 novembre 2016 con la sorgente di riferimento di radon in acqua sviluppata nel presente lavoro. Tali prove hanno dato un esito positivo: l'attività misurata dalla centralina si discosta dalla misura dell'attività calibrata in laboratorio del 10%. Le prove hanno confermato l'utilità di usare la sorgente di riferimento anziché la sorgente di 152Eu, evidenziando l'immediatezza di calibrazione delle energie di nostro interesse. Si sottolinea inoltre l'immediatezza e l'efficacia nell'individuare la ROI e un eventuale spostamento del picco del radon da questa regione, di fondamentale importanza ai fini della valutazione della concentrazione di radon in acqua. In Fig. 51 si evidenzia come il picco relativo alla sorgente sia univocamente riconoscibile e distinguibile nello spettro; in Fig. 52 si evidenzia come il picco cada nel range di canali compreso tra il canale 355 e 435, come stabilito.
Figura 51: spettro gamma della sorgente di riferimento utilizzata per calibrare la centralina.
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Prove di calibrazione della centralina con sorgente di riferimento
22/11/2016 canali co n te g g i
Figura 52: dettaglio della regione del picco coincidente con la ROI prefissata. 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 0 100 200 300 400 500 600
Prove di calibrazione della centralina con sorgente di riferimento
canali co n te g g i
Conclusioni
La realizzazione del circuito chiuso collegante la camera-sorgente di radon al Marinelli si è mostrato efficace e ha permesso la realizzazione della sorgente di riferimento di radon ad attività nota e calibrata, con tutte le caratteristiche essenziali alle nostre finalità, ovvero una concentrazione di attività maggiore di almeno un ordine di grandezza del contributo del fondo, per diminuire il contributo dell'errore di quest'ultimo, e altrettanto grande rispetto al valore medio di concentrazione per diminuire l'errore di misura. In particolare, la creazione della sorgente di riferimento ha permesso la sostituzione dell'europio nella fase di calibrazione; ciò consente di focalizzare subito i parametri spettrometrici di importanza, ovvero la ROI del 214Bi, la stabilizzazione di tale picco nel canale prefissato, e la calibrazione nella zona energetica d'interesse, a 609 keV. E' stato inoltre risolto il problema di non avere un rivelatore stabilizzato, mediante la scelta di prendere in analisi un solo picco di energia nel calcolo dell'attività in concomitanza dell'attivazione dell'opzione di stabilizzazione del guadagno, che stabilizza il picco di energia a 609 keV nel canale che abbiamo prefissato.
Le prove di calibrazione sul campo hanno avuto esiti positivi, avendo verificato che la centralina stima in modo corretto la concentrazione di radon, seguendo i parametri spettrometrici impostati. Mediante l'uso sinergico della piattaforma ThingSpeak e del programma d'interfaccia LabVIEW, è possibile inoltre monitorare in remoto e in tempo reale il corretto funzionamento della centralina individuando, nel caso di guasto, la data d'inizio del malfunzionamento, come successo per il guasto alla pompa di prelievo dell'acqua del 22 novembre, evitando quindi di prendere in considerazione dati di monitoraggio falsati o errati. E' possibile inoltre, sempre in remoto, effettuare un calcolo di verifica della concentrazione, per confermare il corretto calcolo della centralina.
La centralina ha dato esiti positivi in occasione dell’evento sismico del 9 dicembre 2016, avvenuto a 30 km di distanza dal sito di monitoraggio, essendosi verificato un aumento della concentrazione significativo, nei giorni seguenti il terremoto, fino a raggiunge i 21 Bq/l quattro giorni dopo, contro i 4 Bq/l di concentrazione media. Questo costituisce un dato positivo, anche se parziale sia perché in assenza di una più ampia statistica sull'andamento della concentrazione media di radon nelle acque di Gallicano, sia perché il radon è solo uno dei precursori sismici e il suo andamento va integrato con l'andamento degli altri precursori monitorati. E’ prematuro pertanto parlare di anomalia del radon.
In particolare, per avere un quadro esaustivo sulla previsione di un terremoto, i dati raccolti nelle diverse stagioni verranno confrontati con gli analoghi andamenti degli altri precursori sismici, quali l'anidride carbonica, il metano, i gas disciolti in acqua, la temperatura, il pH, la conducibilità elettrica e il potenziale di ossidoriduzione, monitorati dalla rete geochimica dell’Istituto di Geoscenze e Georisorse del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Pisa (IGG-CNR).
Relativamente alla manutenzione periodica della strumentazione, si prevede un’ispezione ogni mese e ogni qualvolta si verifichi qualche malfunzionamento nella rivelazione e/o nella trasmissione dati. Ciascuna ispezione consisterà nella verifica del corretto funzionamento di tutta la catena di misura del radon (rivelatore a scintillazione, unità multicanale e computer di gestione) e del sistema di trasmissione dati. Ad intervalli di 6 mesi sarà inoltre verificata l’efficienza di misura del rivelatore a scintillazione utilizzando la sorgente di radon in acqua a concentrazione nota, sviluppata nel presente lavoro, in modo da validare continuamente le serie di dati acquisite.
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