Per avere valori reali dell’attivazione dell’aria si potrebbe misurarne l’attività dopo l’estrazione dalla sala da parte del sistema di ventilazione e prima dell’emissione all’esterno.
Al fine di monitorare la presenza di radionuclidi in aria ed eventualmente attivare il blocco delle attività, qualora la concentrazione di attività in aria superi il valore di 1 Bq/g, al CNAO si installato il sistema EGAM (Enhanced Gaseus Activity Monitor) della Technology Nuclear Electronics. Sono presenti tre sistemi EGAM identici, uno preleva campioni d’aria dalla sala sincrotrone, uno da tutte le sale trattamento e uno dalla sala sperimentale.
Il sistema EGAM permette il monitoraggio dei radionuclidi in aria che normalmente non vengono trattenuti dai filtri. Si tratta di un sistema di monitoraggio in continuo di un campione d’aria prelevato dalle condotte di scarico delle sale. La peculiarità del sistema consiste nel fatto che il campione viene posto sotto pressione prima di essere misurato, in modo tale da aumentare la quantità di aria misurata, senza incrementare le dimensioni della camera di misura, e ciò implica un aumento della sensibilità di misura.
45 Il sistema è costituito da un condotto d’aspirazione che preleva il campione d’aria dalla condotta di ventilazione, questo viene fatto passare in un filtro in modo tale da eliminare eventuali aerosol residui, e portato ai compressori che lo portano alla pressione desiderata, compresa tra i 3 e 4 bar. Dopo essere passato da un ulteriore filtro e da un essiccatore, il campione raggiunge la camera di misura. Si tratta di una camera a geometria “Marinelli” (che verrà dettagliata in seguito) con uno scintillatore di ioduro di sodio drogato con tallio (NaI(Tl)). Dopo esser stato sottoposto a misura il campione viene riportato alla pressione d’ingresso (tipicamente la pressione ambiente) e
reintrodotta nel sistema di ventilazione sufficientemente a valle rispetto al punto d’ingresso in modo da evitare ricircoli.
Una camera Marinelli è formata da un cilindro di alluminio dal diametro di poco meno di 20 cm e altezza di poco inferiore con pareti spesse qualche millimetro. L’interno è cavo e ciò permette di farvi defluire l’aria all’interno, al centro della camera è posto un altro cilindro, di diametro e altezza minori della metà delle dimensioni della camera, in questo cilindro più piccolo è inserito il cristallo di NaI(Tl), a circa un millimetro dalla parete interna del cilindro, parete spessa pochi millimetri. Il volume complessivo d’aria presente nella camera è di circa 3500 cm3.
Il cristallo di NaI(Tl) posto all’interno del cilindro minore svolge la funzione di rilevatore di raggi gamma, i radionuclidi in esame (C-11, N-13 e O-15) sono emettitori β+, il che vuol dire che verranno rivelati i gamma da 511 keV dovuti all’annichilazione del positrone emesso, ed
eventualmente potrebbe rivelare la presenza di gamma da 1.29 Mev emessi dal decadimento β- dell’argon-41 in uno stato eccitato a eccitato (branching ratio: 99.16%).
La minima attività rilevabile (MDA) dal sistema è stata calcolata a partire da considerazione statistiche ed è associata ad ogni singola misura.
In precedenza, è stata fatta una misura accurata del fondo, che viene considerata il fondo standard presente (
𝐵
𝑠𝑡𝑑).Il rilevatore compie una misura dei conteggi (
𝑀
𝑐𝑝𝑠) e ne restituisce il valore, l’errore di tale misura(
𝐸
𝑐𝑝𝑠) viene calcolato come la radice quadrata della misura stessa:𝐸
𝑐𝑝𝑠= √𝑀
𝑐𝑝𝑠 (2.4)Alla misura viene poi sottratto il fondo standard, trovando il numero netto di conteggi (
𝑚
𝑐𝑝𝑠), per calcolare l’errore associato a tale numero (𝜖
𝑐𝑝𝑠)
si fa la radice quadrata della somma dei dueconteggi:
𝜖
𝑐𝑝𝑠= √𝑀
𝑐𝑝𝑠+ 𝐵
𝑠𝑡𝑑 (2.5)A questo punto è necessario passare dai conteggi ai rispettivi valori di concentrazione di attività. Per far ciò è necessario conoscere l’efficienza del sistema. Sebbene il costruttore fornisca valori per questa grandezza, essi si riferiscono a una distribuzione uniforme dei gamma all’interno del
46 Marinelli. Questo può essere vero per radionuclidi gamma emettitori, ma nel caso di emettitori β+ ciò potrebbe essere non vero. I positroni infatti potrebbero attraversare indenni il volume d’aria e annichilirsi sulle pareti, che a questo punto diventerebbero le principali sorgenti di radiazioni gamma. Per tener conto di questa situazione sono state fatte delle simulazioni per stimare la nuova efficienza del rilevatore.
Noto il valore di dell’efficienza del rilevatore nelle condizioni di operatività (
𝑒
), è possibile introdurre un coefficiente di conversione (𝑐𝑒
) per le misure di attività in modo da passare da grandezze in unità di conteggi (cps) a densità di attività (Bq/g):𝑐𝑒 = 𝜌 𝑉 𝑒
(2.6)Con questo coefficiente è possibile trasformare le misure e i relativi errori nelle unità di misura più opportune. Infine, il valore di MDA viene imposto ponendo:
𝑀𝐷𝐴 = 4.36 𝜖
𝐵𝑞/𝑔(2.7)
Con
𝜖
𝐵𝑞/𝑔 è il valore dell’errore a seguito della conversione e 4.36 garantisce che la probabilità di falsi positivi non superi 1%.Valori tipici per l’attività minima rilevabile in 10 minuti sono di 0.012 Bq/g nel caso dei gamma da 511 keV emessi a seguito dell’annichilazione dei positroni, e 0.018 Bq/g per i gamma emessi da Ar-41. Durante le normali condizioni di funzionamento del Centro non sono stati rilevate attività superiori a tali limiti, per questo una misura diretta dell’attività prodotta in aria dalla macchina non è fattibile. Anche se ciò avvenisse non sarebbe possibile discriminare il contributo dei vari
radionuclidi emettitori β+.
Per tutti questi motivi, la stima dell’attività indotta verrà fatta in questo lavoro di tesi a seguito di simulazioni Monte Carlo.
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