Influenza delle tecniche strumentali

Le strumentazioni e le tecniche di misura utilizzate possono essere un fattore di influenza non trascurabile e ciò può essere verificato nel caso in cui, a parità di altre condizioni, le misure non siano ripetibili o non siano confrontabili variando appunto strumenti e metodologia. Per ottenere risultati significativi e dati usufruibili è necessario rendere tale elemento di disturbo trascurabile. In funzione del sistema utilizzato nel presente lavoro, per la misura della concentrazione di radon nel suolo , si possono sintetizzare i diversi fattori strumentali di influenza in base all’elemento su cui incidono.

Fattori che incidono sull’efficienza del rivelatore del radonometro:

 temperatura e umidità relativa dell’aria all’interno della camera di conteggio;

 livello di carica, usura o malfunzionamento dell’alimentatore che fornisce la corrente elettrica che genera la differenza di potenziale tra cella interna e rivelatore.

Fattori che incidono sulla portata della pompa che aspira aria dal suolo, e quindi sul flusso d’aria all’interno del sistema di misura:

 livello di carica, usura o malfunzionamento dell’alimentatore che fornisce la corrente elettrica che alimenta la pompa;

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 permeabilità del suolo (non è un fattore strumentale, ma influenza l’efficienza del sistema di misura utilizzato).

Fattori che possono causare aspirazione di aria atmosferica all’interno del sistema di misura:  tecnica di perforazione;

 tipo di sonda utilizzata;

 profondità di misura e permeabilità del suolo.

Per quanto riguarda i primi due tipi di fattori, è cura dell’operatore assicurarsi che i parametri strumentali garantiscano un corretto funzionamento del sistema. Vengono di seguito analizzate le cause che possono portare ad aspirazione atmosferica all’interno del sistema di misura, in riferimento a quanto riscontrato nel presente lavoro.

7.6.1 Tipo di sonda e tecnica di perforazione

Sono stati utilizzati due diversi tipi di sonde per l’aspirazione di aria dal suolo. La prima tipologia è un’asta cava in acciaio prodotta dalla “AMS Inc.” (figura 37) di diametro interno 7 mm, diametro esterno 11 mm, che presenta nella parte terminale una punta di diametro esterno 13 mm (per facilitare la penetrazione nel terreno) e subito sopra una serie di fori di piccole dimensioni per la captazione dell’aria presente nei pori del suolo. Alla testa dell’asta si applica un manubrio a T per l’infissione manuale nel terreno. Questo tipo di asta è utilizzabile per terreni teneri e per profondità piuttosto superficiali. In tutti gli altri casi si rende necessaria la realizzazione di un preforo che deve avere un diametro di almeno 13 mm.

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Utilizzando la sonda AMS, che presenta una punta di diametro maggiore del resto dell’asta (figura 38), si va a creare un volume libero tra le pareti del foro e l’asta cava di misura. La stessa cosa si verifica nel caso in cui si effettui un preforo. L’operatore deve aver cura di sigillare il terreno intorno all’asta all’interfaccia suolo-atmosfera (figura 38), per non lasciare uno spazio che costituisca una via di fuga alternativa del gas radon rispetto all’interno dell’asta cava.

Figura 38. Utilizzo sonda AMS con punta di diametro maggiore del diametro esterno dell’asta cava.

La seconda tipologia di sonda utilizzata è un’asta cava prodotta dalla “RADON v.o.s.” (sonda RADON-JOK) di diametro interno 6,5 mm, diametro esterno 11 mm, che termina con una punta in acciaio a perdere di pari diametro esterno. Alla sommità dell’asta si applica una testa di battuta che viene martellata per l’infissione dell’asta fino alla profondità desiderata (figura 39). Quindi all’interno dell’asta cava si inserisce un’asta di diametro adatto che, tramite l’utilizzo di un apposito anello distanziatore, permette l’estrazione della punta. In questo sistema la parete esterna dell’asta cava di misura aderisce completamente al suolo al di sotto del piano di campagna.

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Solitamente la pompa che aspira aria dal suolo ha una portata di circa 0.5 L/min, da cui deriva che con una misura della durata di 25 minuti si va ad interessare un volume di suolo di una sfera di circa 18 cm di raggio. Quindi anche misurando alla profondità di 30 cm da p.c., non si arriva ad interessare l’interfaccia suolo-atmosfera. Se però viene creato un volume libero tra le pareti del foro e l’asta cava di misura, come nel caso di utilizzo della sonda AMS o di effettuazione di un preforo, tale volume libero può consentire il richiamo di aria dall’interfaccia suolo-atmosfera. Il richiamo di aria atmosferica all’interno del sistema è favorito da una minore profondità di misura, da una approssimativa sigillatura del terreno intorno all’asta all’interfaccia suolo-atmosfera e da una condizione di bassa permeabilità del suolo (in questo caso la pompa fatica maggiormente ad aspirare aria dal suolo, quindi aumenta la captazione di aria dal volume libero).

Determinare un fattore di correzione sempre applicabile per le misure effettuate con sonda AMS e/o con preforo rispetto all’utilizzo di sonda RADO-JOK, non è un’operazione possibile, in quanto la riduzione del valore di soil radon misurato, in conseguenza dell’aspirazione di aria atmosferica all’interno del sistema, può essere molto variabile in funzione di diversi parametri.

Considerando il soil 222Rn, alla profondità di 80 cm da p.c. è stata rilevata una riduzione del

30 ÷ 40 % con effettuazione di preforo, mentre con infissione manuale della sonda AMS la riduzione è del 15 %. Questo perché nel secondo caso viene creato comunque un volume libero tra le pareti del foro e l’asta cava di misura, ma di minori dimensioni.

In altre misure effettuate con preforo è stato possibile sigillare in modo più efficace il terreno intorno all’asta all’interfaccia suolo-atmosfera. La riduzione del soil 222Rn a 80 cm di

profondità è stata dell’ 8 ÷ 9 %, a 30 cm del 18 ÷ 23 %. Questo conferma che l’effetto di aspirazione di aria atmosferica è maggiore per misure più superficiali.

L’errore medio associato alle misure di soil 222Rn è del 2 ÷ 4 %. Analizzando i dati appena

illustrati si può affermare che per misure di concentrazione di radon alla profondità di 80 cm da p.c., effettuando un preforo di diametro quanto più piccolo possibile (o con infissione diretta di sonda del tipo AMS) e sigillando nel miglior modo possibile il terreno intorno all’asta all’interfaccia suolo-atmosfera, la riduzione può arrivare a valori che si avvicinano all’errore strumentale associato. La permanenza di una riduzione non trascurabile può essere dovuta al fatto che la presenza di un volume libero fornisce il contributo di porzioni di suolo

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più superficiali, a più bassa concentrazione di radon. Non va inoltre trascurata l’incidenza della permeabilità del suolo, che può far variare l’entità della riduzione di soil radon misurato. Per quanto riguarda il soil 220Rn la riduzione è generalmente minore rispetto al 222Rn, ma le considerazioni sono del tutto analoghe. L’errore medio associato è del 4 ÷ 6 %.

In conclusione il miglior dato si ottiene nel caso in cui la parete esterna dell’asta cava di misura aderisce completamente al suolo al di sotto del piano di campagna, quindi con sonda fornita di punta di ugual diametro e infissa direttamente nel suolo, senza effettuazione di preforo.

7.6.2 Confronto con diverse tecniche di campionamento e misura

Nel giugno del 2010 è stato effettuato, nel test-site della valle della Caffarella, un interconfronto con la “RADON v.o.s.” (Neznal et al., 2004) utilizzando diverse tecniche di campionamento e di misura del soil radon (Castelluccio et al., 2010). È stata utilizzata in tutti i casi una sonda RADON-JOK infissa direttamente nel suolo, senza effettuazione di preforo. La metodologia utilizzata nel presente lavoro prevede campionamento e misura tramite uno strumento (radonometro) fornito di pompa che aspira l’aria dal suolo, e rivelatore allo stato solido al silicio che effettua il conteggio delle particelle α emesse dai prodotti di decadimento del radon, raccolti dalla superficie del rivelatore per attrazione elettrostatica.

La metodologia di confronto si basa sul campionamento di un determinato volume di aria tramite una siringa collegata all’asta cava infissa nel suolo. La misura della concentrazione di radon è effettuata successivamente con due diverse tecniche: utilizzando camere a ionizzazione con campioni di 150 mL di volume e celle di Lucas (camere a scintillazione) con campioni di 100 mL (vedere paragrafo 2.4.1).

Sono state effettuate misure di confronto alla profondità di 30 e 80 cm (stazione C1) e 90 cm (stazione RPS3) da p.c., i cui risultati sono sintetizzati in tabella 33. L’errore strumentale associato alle misure con radonometro è del 2 ÷ 5 %. I dati in tabella mostrano valori comparabili per le 3 tecniche di misura, con differenze relative comprese tra lo 0.3 e il 5.9 %. Inoltre è stato verificato, ripetendo la misura con camere a ionizzazione prima e dopo della

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misura con radonometro, che il volume di aria aspirato dalla pompa non incide sul valore registrato.

Tabella 33. Confronto di diverse tecniche di misura della concentrazione di radon nel suolo, nel test-

site della valle della Caffarella.

Stazione Profondità da p.c. (cm)

Soil 222Rn (kBq/m3)

Radonometro Camera ionizzazione Cella Lucas

C1 30 46.7 47.1 47.8

C1 80 108.0 113.8 108.3

RPS3 90 60.7 - 57.1