mercoledì 13 febbraio 2013

Dal Radon di Roma al Cesio di Fukushima: (1) Spettrometria gamma e radiazione ambientale





Il rivelatore C12137, in basso a destra nella foto.
Si collega via USB al computer per l'acquisizione
L'incidente di Fukushima ha diffuso nell'ambiente grosse quantità di materiali radioattivi, soprattutto iodio e cesio. Lo iodio è decaduto in poche settimane, lasciando il cesio 134 e 137 come potenziale contaminante dell'ambiente e del cibo.  Per misurare la quantità di radiazione ambientale è sufficiente un contatore geiger, che conta indistintamente ogni raggio gamma che lo colpisce, indipendentemente dall'energia.
Tuttavia per stimare la quantità di  cesio nell'ambiente e soprattutto nel cibo è necessario uno spettrometro  in grado di determinare l'energia di ciascun raggio gamma. Dato che ciascun isotopo emette raggi gamma di energie specifiche, è possibile risalire alla quantità dei vari isotopi presenti. 
Di recente la Hamamatsu photonics, ditta specializzata nella realizzazione di rivelatori per la fisica spaziale, delle particelle e medicale, ha messo in commercio un rivelatore portatile (C12137) con un cristallo per fermare i gamma (CsI) e un Silicon Photmultiplier (o MMPC come li chiamano loro) per rivelarne l'energia misurando la luce emessa. La semplicità  di questo strumento è che non richiede alte tensioni, è piccolo come un pacchetto di sigarette e si utilizza come una periferica USB. Il costo è però circa 20 volte quello di un contatore Geiger.

Nella  foto sopra è mostrato il valore misurato al quarto piano, a Roma: si tratta di 0.25microSv/ora (con punte di 0.35).

Il vantaggio dello spettrometro gamma è però quello di poter contare, per ciascun decadimento, l'energia dei raggi che lo colpiscono. In circa  un'ora è possibile quindi ottenere uno spettro che descrive tipo e quantità di radiazione ambientale. Per migliorare la statistica ed evidenziare meglio i picchi è però consigliabile attendere un tempo maggiore. Nella figura sotto è possibile vedere come lo spettro a Roma (e in buona parte d'Italia) sia dominato dal radon 222, un gas nobile fonte della elevata quantità di radiazione ambientale. Di solito il radon proviene dal sottosuolo e dal tufo, ma in questo caso, trattandosi di un appartamento al quarto piano, è più probabile che provenga dalle pozzolane dei materiali da costruzione.

Spettro della radiazione ambientale in un'abitazione
di Roma. I picchi del radon 222 sono chiaramente visibili.
Spettro di un'ora equivalente mediato su 7 ore



In figura sotto sono confrontati due spettri presi a Roma con  due acquisiti in  Giappone. Il valore di Roma  è quello maggiore (0.25microSv/h), seguito dai laboratori seminterrati  di Tor Vergata (0.10 microSv/h, dove però non vi è molto radon), Kokubunji (0.05),  e il quarto piano a Wako (0.035 microSv/h). Si noti la quasi totale assenza del radon in Giappone (nelle onsen è però più alto). 

Confronto radiazione tra Italia e Giappone.
Il fondo radioattivo è più alto a Roma che a Tokyo
La freccia intorno ai 660 keV mostra dove dovrebbe trovarsi il picco del cesio 137: come è evidente non vi sono quantità misurabili sopra il fondo della radiazione ambientale.

Il cesio è però rivelabile in vari punti della regione di Fukushima e nei campioni di terreno:  questo argomento verrà discusso in un prossimo post.