TECNICHE E STRUMENTI DI MISURA DEL RADON
3) Estrazione del gas
Nel corso di questa procedura il radon viene trasferito dall’acqua alla cella di Lucas, mediante l’unità di degasaggio WG1001.
Il campione di acqua viene versato in un cilindro graduato di 250 ml, con l’accortezza di eseguire l’operazione in modo rapido e accurato, in modo da minimizzare il contatto con l’aria e da evitare il gorgoglio; il cilindro è quindi chiuso con un tappo, dotato di un diffusore microporoso pendente. La cella di Lucas, evacuata per mezzo di una pompa a vuoto, è quindi connessa al sistema tramite una valvola on/off.
Un flusso regolare di aria estrae il radon dall’acqua per mezzo di un gorgoglio nell’acqua (bubbling) tramite il diffusore microporoso, che permette la produzione di bolle piccole e regolari in modo da aumentare il rapporto superficie/volume del gas (Figura 3.21).
Le caratteristiche di solubilità del radon rendono possibile il passaggio dall’acqua all’aria fino al raggiungimento di un rapido equilibrio. In questa fase un sensore di portata controlla la quantità di aria flussata, in modo da terminare il gorgogliamento quando è stata
utilizzata una quantità di gas predefinita. Dopo l’estrazione la miscela ottenuta viene fatta passare in un deumidificatore. Infatti il raffreddamento del gas al di sotto della temperatura di condensazione (temperatura di rugiada o dew point ) consente di ridurre il contenuto di acqua. La parte di vapore acqueo che condensa viene raccolta sul fondo del deumidificatore e, alla fine del processo di gorgogliamento, è scaricata attraverso una valvola. Il tempo di estrazione è generalmente intorno ai 5 minuti, in modo che sia garantita una degasazione ottimale.
Il radon estratto viene fatto passare, attraverso una valvola, nella cella di Lucas. Alla fine della misura la cella di Lucas viene disconnessa ed è pronta per il conteggio solo dopo un intervallo di circa 4 ore necessario affinché venga raggiunto l’equilibrio tra il radon e la sua progenie. Si provvede quindi a pompare dell’aria all’interno del sistema, in modo da rimuovere i prodotti di decadimento [Belloni P. et al, 1995].
4) Conteggio
La cella di Lucas è nuovamente connessa al fotomoltiplicatore dell’AB-5; in questa fase essa ha la funzione di camera da conteggio vero e proprio. Il tempo di conteggio considerato è di 10 min per n intervalli di conteggio, (segnando data e ora di inizio conteggio), impostato in modalità CONT. Successivamente si calcola la media aritmetica dei conteggi, ottenuti negli n intervalli, e la si divide per la lunghezza dell’intervallo temporale fissato (10 min), ottenendo così il valore di CPM.
Con il valore di background calcolato in precedenza (BK), si calcola il NCPM=CPM- BK.
Infine si passa al calcolo della concentrazione del radon come:
V E A C NCPM CRn * * * 22 , 2 * 3 * =
3.5PRINCIPALI TECNICHE DI MISURA DEL RADON NEI MATERIALI
Per la determinazione della concentrazione di radionuclidi nei campioni di rocce è solitamente utilizzata l’analisi spettroscopica γ, rivelando ed identificando le radiazioni emesse nei decadimenti radioattivi degli elementi presenti nei campioni.
La rivelazione della radiazione γ viene effettuata attraverso rivelatori allo stato solido, in particolare a semiconduttore, sfruttandone le elevate caratteristiche di risoluzione. Per questo tipo di rivelatore, sono necessari cristalli di elevata purezza affinché elettroni e lacune possano muoversi liberamente, senza essere catturati da imperfezioni del reticolo cristallino o da atomi d’impurezza. Attualmente si utilizzano cristalli semiconduttori di silicio o di germanio, in quanto possono essere prodotti con elevata purezza e di dimensioni ragionevoli.
La scelta nel rivelatore HPGe per determinare la concentrazione di radionuclidi nei campioni di roccia scaturisce dall’ottima risoluzione energetica di questo tipo di rivelatore, che permette una buona separazione dei picchi relativi ai γ di decadimento dei radionuclidi presenti nel campione ed inoltre agevola l’identificazione di questi rispetto al umore di fondo. In un sistema al germanio iperpuro, l’elemento rivelatore semiconduttore è costituito da un singolo cristallo di germanio capace di opporsi ad alte tensioni inverse, alla temperatura dell’azoto liquido (Figura 3.22). Sotto queste condizioni, le coppie elettrone-lacuena, prodotte dall’assorbimento di un fotone, sono raccolte verso elettrodi opposti.
Lo strumento, dotato di un’elevata precisione, ha una risoluzione di 13 bit, per un’equivalente di 8192 canali, distribuiti su un range energetico di 0-2190 keV.
L’elevata precisione delle misure ha richiesto tempi di accumulazione dell’ordine di un giorno per ciascun campione analizzato. La testata della sonda ha richiesto che si utilizzassero contenitori di raccolta dei campioni con geometria di Marinelli (cilindrica con cavità centrale ove inserire la sonda) [manuale Ortec EG & G, 2000].
I campioni di 1kg di sostanza sono stati finemente polverizzati prima di essere inseriti nel becker di prova [Cazzoli S., 2003; Nuccetelli C. et al.]. La procedura di rivelazione ha richiesto, oltre alla polverizzazione del campione, l’attesa di un tempo pari a circa un mese perché nel campione si stabilisse l’equilibrio secolare tra i suoi componenti, per mantenere una costanza di rapporti tra 226Ra/222Rn (serie dell’Uranio) e 232Th/228Ac (serie del torio), consentendo delle importanti assunzioni tra le attività dei componenti le serie [Nuccetelli C. et al., 2001; Risica S. et al., 2001].
Dai dati spettrometrici è stato possibile isolare attraverso una Peak analysis, i valori relativi alla concentrazione rilevata nel campione standardizzato di materiale per 226Ra, 40K, e una stima del valore del 232Th, dedotta attraverso una valutazione dei fattori d’equilibrio degli equilibri secolari in gioco. Tali valori sono stati utilizzati per successivi studi e valutazioni degli indici di riferimento citati.