| Il rilevamento e la misurazione della radioattività
- Rapidi cenni normativi
- Strumenti tecnici (professionali e semi-professionali)
- Dosimetri
- Contatori
- Caratteristiche dei contatore Geiger
- Unità di misura
B2. Contatori
Strumenti tecnici (professionali e semi-professionali)
Esistono molti strumenti di diversa concezione e fattura che sono in grado di rilevare e misurare la radioattività. I principi di funzionamento riguardano essenzialmente gli effetti che la radioattività provoca su alcune sostanze, come l'impressione di emulsioni fotografiche, l'eccitamento di sostanze luminescenti e la ionizzazione di gas, liquidi o cristalli al passaggio delle radiazioni. Gli scopi principali di questi strumenti sono: - tenere sotto controllo la dose accumulata da ciascun individuo
- rilevare e misurare i livelli di irradiazione o di contaminazione radioattiva nell'ambiente, nelle cose e negli individui
- tenere costantemente sotto controllo i livelli di irradiazione o di contaminazione nell'ambiente e nelle cose, con eventuale registrazione dei dati rilevati
- dare informazioni particolareggiate sul tipo di sorgente radioattiva
2. Contatori
Sono gli strumenti adatti a rilevare e a misurare la radioattività nell'ambiente, nelle cose e nelle persone. I contatori sono sostanzialmente di due tipi: a scintillazione e a ionizzazione. Quelli a scintillazione funzionano sul principio della luminescenza prodotta dalle radiazioni che urtano contro determinati composti minerali. Quelli a ionizzazione funzionano sul principio della maggiore conducibilità elettrica di un gas quando viene ionizzato al passaggio delle radiazioni.
Contatore a scintillazione - Si tratta di uno strumento la cui invenzione risale agli inizi del 1900 e che si basa sul principio che le particelle alfa producono scintille quando colpiscono alcuni composti minerali come, per esempio, il solfuro di zinco. A ogni scintillazione, osservabile con un microscopio (cioè un sistema di lenti all'interno del contatore stesso), corrisponde l'urto di una particella sul composto. Utilizzando altri materiali fluorescenti può rilevare anche le radiazioni beta e gamma. Il contatore a scintillazione è oggi normalmente costituito da un tubo fotomoltiplicatore che converte le scintillazioni in impulsi elettrici, facilmente amplificabili e visibili con semplici voltmetri. Questo strumento è molto sensibile e può rilevare qualsiasi tipo di radiazione. Oltre a permettere il conteggio, può misurare l'energia delle particelle. Si tratta dunque di uno strumento abbastanza completo, pratico e robusto; sicuramente molto utile anche per scopi pratici.
Contatore a ionizzazione - Si basa sul principio che le radiazioni ionizzanti provocano una maggiore conducibilità elettrica nei gas da loro attraversati. È composto da un cilindro conduttore al cui interno vi è un gas e un elettrodo isolato dal resto dell'involucro. Tra il cilindro e l'elettrodo è applicata una differenza di potenziale. Quando una radiazione ionizzante attraversa il cilindro, il gas si ionizza e gli ioni che si generano, col conseguente rilascio di elettroni, procurano il passaggio della corrente elettrica nel gas, alterando la differenza di potenziale esistente, che diviene rilevabile con un voltmetro o con un sistema acustico o visivo. A seconda della differenza di potenziale applicata tra il cilindro e l'elettrodo si ha un diverso tipo di comportamento degli elettroni che si liberano al passaggio delle radiazioni ionizzanti e quindi un diverso modo di rilevamento della differenza di potenziale applicata. Se la differenza di potenziale applicata è dell'ordine di poche decine di Volt, si ha la cosiddetta camera a ionizzazione, se è dell'ordine di qualche centinaia di Volt si ha il contatore proporzionale, se è dell'ordine di circa 1000 Volt si ha il contatore geiger.
I tre tipi di contatori a ionizzazione hanno funzionamenti e usi differenti: - Contatore a camera di ionizzazione - Questo tipo di contatore permette, attraverso discriminatori a un canale o multicanali, di distinguere i diversi tipi di radiazioni in base alla maggiore o minore ionizzazione che esse provocano, e quindi in base alla maggiore o minore altezza dell'impulso elettrico che si rileva con il suo strumento di lettura. Quest'altezza è proporzionale all'energia della radiazione. In base alla forma e alla disposizione degli elettrodi si hanno due tipi principali di camera a ionizzazione: a piatti paralleli e a elettrodi cilindrici coassiali. Nelle camere per particelle alfa, la sorgente radioattiva va posta all'interno del rilevatore, per la poca penetrabilità delle particelle alfa, mentre in quelle per particelle beta o raggi gamma la sorgente è esterna.
- Contatore proporzionale - In questo contatore, per la maggiore differenza di potenziale utilizzata rispetto alla camera di ionizzazione, gli elettroni prodotti per ionizzazione, quando giungono nei pressi del catodo, si ionizzano a loro volta, moltiplicandosi. Poiché il segnale elettrico che si ottiene è proporzionale alla ionizzazione prodotta dalla radiazione, l'uso di questo contatore permette, oltre al conteggio delle radiazioni, anche la loro distinzione e la determinazione dell'energia delle radiazioni non bene individuabili con la camera a ionizzazione; in particolare è un ottimo analizzatore di particelle beta.
- Contatore Geiger (o Geiger-Müller, del 1928) - In questo strumento la differenza di potenziale applicata agli elettrodi è piuttosto elevata (generalmente oltre gli 800 volt), comunque superiore a quella utilizzata per il contatore proporzionale, del quale peraltro mantiene lo schema costruttivo. Per la maggiore tensione utilizzata, la caratteristica di questo strumento è che l'impulso elettrico rilevato al passaggio di una radiazione ionizzante è indipendente dalla ionizzazione prodotta. Ciò impedisce di distinguere direttamente il tipo di radiazione e di misurarne l'energia. Per questa sua caratteristica è però il più utile nel conteggio di particelle beta e raggi gamma, anche perché non presenta problemi di schermatura e isolamento come per gli altri contatori a ionizzazione. Ovviamente anche questo strumento potrebbe rilevare e contare le particelle alfa, ma necessiterebbe in tal caso di un tubo con pareti, ad esempio di vetro, molto sottili, in modo da permettere alle particelle di arrivarvi all'interno; condizione questa che mal si addice con la pressione del gas utilizzato, che è inferiore a quella atmosferica di circa dieci volte.
I contatori possono presentarsi sotto diverse tipologie costruttive a seconda della loro utilizzazione. In particolare meritano di essere menzionati i seguenti: - Monitori mani-piedi - Sono apparecchi che contengono in un unico strumento diversi rilevatori in modo da esaminare in un' unica volta l'intero corpo di una persona. È sufficiente montare su una pedana e appoggiare entrambe le mani su degli appositi ripiani. In pochi secondi lo strumento darà i valori particolareggiati delle varie parti del corpo. Il principio di funzionamento dei vari rilevatori utilizzati è quello dei contatori geiger, dei contatori proporzionali e dei contatori a scintillazione.
- Strumenti per la sorveglianza degli ambienti - Sono apparecchi, fissi o portatili, il cui scopo è di monitorare in continuazione l'aria e le cose dell'ambiente nel quale sono collocati, misurando il livello di radioattività ed eventualmente avvisando se il livello supera una soglia prestabilita. Il principio di funzionamento è, per lo più, quello delle camere di ionizzazione e dei contatori geiger. Quelli fissi possono avere più di un rilevatore e sono muniti di un allarme sonoro e visivo, nonché di un collegamento con un'unità di registrazione dei dati rilevati. Quelli portatili hanno in genere un solo rilevatore, ma possono anch'essi avere un allarme sonoro e visivo ed essere collegati con unità di registrazione.
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