martedì 28 giugno 2011

Rivelatori di Radiazione: 1) Il Contatore Geiger

L’uomo non è in grado di percepire la presenza di radiazione e deve ricorrere all'ausilio di strumenti che misurano la quantità di radioattività nell'ambiente. La precisione e la sensibilità dei rivelatori consente di registrare il singolo decadimento e la singola particella radioattiva: se da un lato questo permette un’accuratezza non possibile in molti altri campi scientifici, dall’altro ha spesso ingenerato confusione a causa della associazione radiazione-pericolo. 

I rivelatori  sono di vari tipi ma possono essere divisi in attivi (richiedono le batterie e dicono la radiazione istante per istante) e passivi (dosimetri che forniscono la dose accumulata in un certo periodo di tempo).  

Il tubo Geiger-Müller


Questo rivelatore prende il nome dai suo inventori Hans Wilhelm Geiger (1882-1945) e Walther Müller (1905-1979). E' il più semplice misuratore di radiazione attivo: consiste in un tubo in cui è sigillato del gas. Quando il tubo è portato ad alta tensione, gli elettroni ionizzati dal passaggio della particella producono una scarica elettrica che viene letta dai circuiti elettronici. Se il circuito è collegato ad un altoparlante questo emette il caratteristico ticchettio. Dal numero di conteggi in un certo tempo si ottiene la quantità di radiazione o dose in quel momento.

Tubo Geiger di fabbricazione russa. Al suo interno è contenuta una miscela di gas. Al centro si trova un filo conduttore che raccoglie gli elettroni prodotti dal passaggio della radiazione. Notate il materiale isolante (di colore rossiccio) posto ai due estremi del cilindro, necessario per isolare il polo positivo (le due estremità) da quello negativo (il corpo del cilindro)



Schema di un contatore Geiger (da wikipedia). La radiazione rilasciano elettroni che  producono un segnale elettrico quando toccano il filo anodico al centro del cilindro. 




Per produrre un segnale, la radiazione deve perciò attraversare il tubo metallico per raggiungere il gas contenuto all'interno. Dato che la radiazione alfa (nuclei di elio) è molto meno penetrante dei beta (elettroni) e dei gamma (fotoni), i Geiger risultano adatti per misurare raggi gamma, e sono solo debolmente efficaci ai beta e ciechi agli alfa. Per misurare le particelle alfa è necessario un contatore che abbia un’apertura speciale (di solito in mica)  per far sì che la radiazione non sia assorbita dal metallo. Nelle figure sono mostrati i due contatori Geiger in mio possesso. Uno è portatile, di fabbricazione russa, e l’altro è un residuato bellico dell'esercito della  Germania dell’Est. I due rivelatori sono molto affidabili e forniscono misure in accordo tra loro, anche se il secondo ha problemi a funzionare in condizioni di bassa radioattività ambientale. Rivelatori del genere sono acquistabili nei negozi specializzati o su internet per meno di 100 euro. 
Contatore portatile russo. La lettura è digitale. Il tubo Geiger è posto sul fianco destro della scatola. 

Contatore Geiger in dotazione all'esercito della'ex  Germania dell'Est.  Ci sono due tubi, uno all'interno del contenitore ed l'altro  all'estremità dell'asta, per misurare materiali pericolosi. La quantità di radiazione  per cui è studiato questo rivelatore è quella che si produrrebbe in caso di una guerra nucleare, ossia più di cento milioni di volte superiore a quello normale. E' comunque in grado di rivelare anche il fondo di radiazione ambientale.


Come effettuare le misure

Le letture effettuate dai contatori possono variare molto a seconda del luogo e del momento in cui si effettua la misura. Oltre a queste variazioni ambientali vi sono le fluttuazioni intrinseche dello strumento, legate alla probabilità di registrare i decadimenti radioattivi in un certo istante: ad ogni numero di conteggi (non della misura) è associato un errore statistico che è pari alla radice quadrata dei conteggi. Ad esempio, se ho 100 conteggi in un minuto (che per un ipotetico rivelatore corrispondono a 0.2microSv/h), l'errore della misura è +/- 10 conteggi (quindi tra 90 e 110) e la misura corrispondente varia tra (0.18 microSv/h e 0.22 microSv/h). Se si vuole essere sicuri della precisione della misura conviene effettuare più misure nello stesso punto e fare una media.
Questo tipo di rivelatori misura meglio la radiazione nell'aria, per cui è preferibile tenerlo in mano per avere una stima migliore della quantità di radiazione cui si è esposti. Nel caso delle misure ambientali in Giappone e soprattutto vicino a Fukushima, si usa un metro di altezza per verificare l'esposizione degli adulti e 50 cm per i bambini. Se si sospetta vi sia materiale radioattivo depositato al suolo lo si può lasciare per terra. Tra l'altro, comparando questi tre numeri si può capire se la radiazione sia maggiormente presente al suolo o nell'aria. Attenzione però a tener conto dell'errore associato:  se misuro 0.2+-0.02 microSv/h  al suolo, 0.15+-0.02 microSv/h a 50 cm d'altezza e 0.1+-0.02 microSv/h ad un metro si può ragionevolmente supporre che vi sia una maggior radioattività per terra. Misure  come 0.2+-0.02 microSv/h  al suolo, 0.19+-0.02 microSv/h a 50 cm d'altezza e 0.18+-0.02 microSv/h ci dicono che la radioattività è la stessa ovunque.