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Titolo: Come si leggono le misure da un contatore geiger

Sto cercando di preparare una spiegazione sull'uso del contatore geiger, 
ma ho dei dubbi e quindi chiedo ...  Cominciamo.
Un contatore geiger "rivela" il passaggio di una particella inonizzante, 
che puo' essere:
- un fotone nella frequenza "gamma"
- una particella "beta" (un elettrone o positrone ad alta velocita')
- una particella alfa (un quartetto fatto da 2 protoni e 2 neutroni)
Insomma un contatore geiger conta "tutti" gli eventi ionizzanti, ovvero
radioattivi, che lo "impattano". Il risultato per ogni evento ionizzante
e' un'impulso elettrico che puo' essere raccolto da una elettronica 
esterna ausiliaria, come un semplice auricolare che riproduce un "clic" 
alla ricezione dell'impulso.
In genere (a causa della radioattivita' naturale), si avra' una sequenza 
di impulsi (o di clic) e cosa poi il contatore geiger se' ne' fa di 
questo sequenza (estremamente casuale) di impulsi dipende da quello che 
c'e' a valle del rivelatore geiger.
Mi spiego con un'esempio. Il mio rilevatore (Aware Electronics mod.RM-60),
mi conta circa 10-20 eventi ionizzanti al minuto. Che si puo' anche
tradurre in un'evento ionizzante ogni 3-6 secondi. Oppure in 600-1200
eventi ionizzanti all'ora. E questo con una superficie "intercettante", 
molto indicativa, di 65 mm2 (in realta' dipende dal tipo di radiazione, 
ad esempio, la radiazione gamma arriva da tutte le direzioni, quindi 
dovrei considerare la superficie che copre il volume del rilevatore, 
mentre invece quella alfa, credo che possa passare solo dalla finestrella 
di mica).
Questo ci da' un'idea di come siamo continuamente "bombardati" da 
radiazioni.
Mentre mi leggete, probabilmente siete stati colpiti (nel caso delle
particelle alfa o quella beta meno energetici) oppure attraversati (nel
caso dei fotoni gamma) da qualcosa dell'ordine di 10'000 eventi
ionizzanti.
Questa e' niente altro che la cosidetta radiazione naturale di fondo.
Quello che mette in crisi un contatore geiger non e' "poca
radioattivita'", bensi troppa. Infatti, dopo ogni evento ionizzante, la
camera di rilevamento ha bisogno di un momento per smaltire l'evento,
prima di potere rilevare il prossimo. Se il bombardamento di particelle e'
troppo intenso, la camera di rilevazione resta permanentemente ionizzata,
ed in uscita abbiamo un segnale continuo, invece degli impulsi di
conteggio. Insomma non siamo in grado di misurare piu' nulla, salvo sapere
che c'e' una intenso bombardamento radioattivo in corso.
[I problemi cominciano ora, quando si tratta di passare ai valori 
misurati]
La quantificazione del valore misurato e' una elaborazione a posteriori 
dello strumento (nel caso del RM-60 e' il software installato sul PC, 
perche' il rilevatore si limita a sparare un'impulso elettrico per ogni 
ionizzazione rilevata).
Ogni strumento da in genere la possibilita' di accedere alla fonte 
primaria di rilevazione, magari per via audio, come il ticchettio 
caratteristico che non fa altro che rendere "udibile" ogni evento 
ionizzante.
Quindi indipendentemente dai valori indicati dallo strumento, avete un 
riscontro uditivo di cosa sta rilevando. E ripeto, questo riscontro 
scende giu' fino al singolo evento.
Se la radioattivita' e' molto bassa, potete udire il singolo evento, ogni
clic e' una particella ionizzante che e' passata o stata catturata.
[L'intenzione e' spiegare come scoprire una contaminazione radioattiva in 
modalita' fai-da-te - il testo era previsto per un chiarimento in altro 
NG]
Quello che vogliamo sapere e' se abbiamo un incremento rilevabile e 
significativo della radiazione "normale" dalle nostre parti.
Che poi siano particelle alfa (le peggiori), beta o gamma, ci interessa 
in una seconda fase, solo se nella prima fase abbiamo riscontrato letture 
anomale. Ovvero siamo gia' passati ad un fase successiva a quella di 
"allarme", cioe' cercando di capire la gravita' ed i provvedimenti da 
prendere. E' chiaro pero' a questo punto che l'azione di mascheramento 
eventuale delle autorita' e' gia' miseramente fallito.
Una radiazione che si confonde con la radioattivita' di fondo significa 
che e' cosi' bassa da non dare differenze statistiche. Per esempio, se io 
misuro tra i 10 ed i 20 eventi al minuto, perche' non mi accorga della 
anomalia, questa non dovrebbe andare oltre a circa 3 - 4 eventi al 
minuto. Ovvero se rilevo 14 - 24 eventi resterei ancora tranquillo, 
perche' lo considererei all'interno della variabilita' statistica.
Ma se arrivo a 20-30 eventi al minuto e' certo che comincio a
notarlo, anche se ancora non proverei allarme. Questo significa che una
radiazione causata da particelle, mi farebbe scattare ulteriori verifica
gia' ad un valore di 10 eventi al minuto (ovvero uno ogni 6 secondi).
Con il contatore geiger puntato contro il terreno posso contare un 
singolo evento intercettato nella direzione (e per l'apertura) dello 
strumento.
Se in condizioni normali ho un conteggio, ad esempio di 5 (supponendo che 
gli altri 5-15 siano di provenienza cosmica) sono bene in grado di vedere 
gia' un valore cosi' debole come 5 eventi al minuto.
[Ed ecco dove cominciano i dolori: quanto sto misurando ?]
Ora, ipotizziamo che siano, ad esempio, 5 particelle alfa al minuto. Quale
e' l'effetto biologico corrispondente ?
Che sia chiaro, una volta ingerite un certo numero di particelle
radioattive, la cosa si fa problematica, ma infatti la misurazione si fa a
scopo preventivo.
Nel caso in specifico, si tratta di controllare l'operato delle
autorita': posso o no fidarmi delle loro misurazioni ? Non mi interessa
fare una relazione, ma solo sapere che ci sono eventi ionizzanti superiori
alla media locale.
Posso migliorare la sensibilita' ulteriormente, con un metodo 
semplicissimo: raccolgo un campione del terreno e lo lascio vicino al 
rivelatore per un'ora (o anche un giorno) ... ha idea della sensibilita' 
che cosi' si puo' raggiungere ? E' un po' come fare l'agguato alle 
particelle radioattive: non la becco subito ? Aspetto che arrivino
.... :-)
Vediamo il Cs-137. Ho trovato che un grammo di Cs-137 ha una attivita' di 
3.215 TBq. Il tempo di decadimento e' di 30,17 anni (ovvero dopo 30,17, 
mezzo grammo di Cs-137 si e' trasmutato in Ba-137. emettando radiazione 
beta (quindi non quella alfa). Una mole di cesio pesa circa 137 grammi. 
Una mole contiene circa 6,022 x 10^23 atomi. Percio', un grammo di cesio 
contiene 6,022/137 = 0,04396 x 10^23 atomi, ovvero circa 4,4 x 10^21
atomi. Dopo 30,17 anni sono rimasti 2,2 x 10^21 atomi.
[Questi finora scritti sono solo numeri di controllo, per sapere se sto 
partendo dai dati corretti - all'inizio pensavo di fare una media 
brutale, ma poi mi sono reso conto che il dato "alla carlona" era troppo 
scartato.]
Ora, proviamo ad essere piu' precisi e prendiamo un milionesimo di grammo
di Cs-137, ovvero circa N = 4,4 x 10^15 atomi. Sia tau la vita media di
una particella radioattiva (in funzione della sua vita media). Allora si
ha:
tempo_decadimento = tau * ln(2)
definiamo la costante di decadimento lambda come l'inverso della vita
media, percio':
tempo_decadimento = ln(2) / lambda
e se N = il numero di particelle nel campione, allora:
numero_decadimenti_al_secondo = lambda * N
Applichiamo i numeri dell'esempio, e quindi:
lambda = ln(2)/tempo_decadimento = 0.69315 / 952'092'792 = 7.28^(-10)
e quindi
numero_decadimenti_al_secondo = 7.28^(-10) * 4,4 x 10^15 = 3'200'000/
secondo
[Se qualcuno mi controlla questi calcoli ... ne' sarei grato :-)
Ed ora segue la parte "ostica": ]
Supponiamo di misurare da un metro di distanza, il che significa che il
rilevatore raccoglie quanto racchiuso da una sfera di un metro di raggio,
ovvero con una superficie di 4 * Pi_greco * R * R = 12.57 m2 = 125'664 cm2
il che significa, se si suppone l'emissione isotropica, una emissione di
circa 25 eventi al secondo nella finestra di rilevamento del contatore
geiger (era di circa 65 mm2).
Ora, un milionesimo di grado di Cs-137 presenta una attivita' di 3,215 MBq
Non esiste una conversione da Bq a Sievert, ma bisogna calcolarsela in
base all'energia ed il tipo di radiazione ... 
e qui mi perdo (o e' la stanchezza ...). In sostanza, se il mio strumento 
sta misurando 25 eventi al secondo quanti Sv sto misurando ?
E se so che si tratta di Cs-137, il valore in Sv cambia ?
-- 
Roberto Deboni
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 Roberto Deboni

 di 1 mSv/anno (vado a mente!)
300 Bq/litro corrisponderebbe a 300 Bq/3,215 TBq = 9.33^(-11) grammi
percio' sarebbero 9.33^(-011) * 0,04396 x 10^23 atomi = 4.10^011 atomi
inoltre se un grammo mi da' 3'200'000 decadimenti/secondo, allora un 
litro di latte composto come sopra, dovrebbe esprimere
9.33^(-011) * 3'200'000 = 2.99^(-4) decadimenti al secondo, ovvero, 
moltiplicando per 3600, circa 1 decadimento ogni ora.
Insomma, per rilevare in un'ora quell'unico decadimento, dovrei 
circondare il volume di latte con rilevatore geiger.
Supponiamo un cubo di 10 cm di lato. Superficie 10x10x6 = 600 cm2
Area finestra 0,65 cm2, percio' 600/0,65 circa 1000.
Insomma per "beccare" (e con una certa fortuna) con il rilevatore geiger 
appoggiato al contenitore un evento ogni ora, dovrei avere circa 1000 
volte piu' Cs-137, per una emissione di almeno 300 kBq/lt ?
Il che dovrebbe corrispondere ad una dose annua 1 Sv/anno per un consumo 
giornaliero da parte di un uomo di 70 kg ?



Occhio, 1 grammo di Cs-137 dà 3.200.000.000.000 dps
Non mi è chiaro quello che intendi.
Nel latte c'è normalmente K-40 (circa 50 Bq/litro)
Supponiamo ci sia anche una contaminazione di 300 Bq/l di Cs-137. Per la sua 
determinazione serve il conteggio gamma con un cristallo NaI(Tl) o HPGE. Con 
il tuo Geiger non riesci a misurare praticamente nulla di variabile rispetto 
al fondo normale.
Come ho detto, per l'uomo medio, che beve diciamo 100 litri di latte 
contaminato con 300 Bq/l di Cs-137 all'anno, la dose ingerita aumenterà di 1 
milliSv/anno, cioè 0,11 microSv/h .
Cioè, se metti accanto alla tua sonda 1 litro di questo latte, la sua dose 
sarà circa 0,11/100 = 0,0011 microSv/h, che è un valore assolutamente non 
apprezzabile, perché corrisponde ad un aumento del fondo ben inferiore a 1 
colpo/minuto.
Nino

 (1 rad = 0,01 gray = per beta, X e gamma normali 0,01 sievert)
Ne so poco, ma mi pare che per passare dall'attivita' alla dose
occorra anche tener conto del tessuto/organo in cui la radiazione
viene assorbita.
Sbaglio?
 
-- 
Elio Fabri
Perche' tu devi pur sapere, aggiunse, mio ottimo Critone, che parlare
scorrettamente non solo e' cosa brutta per se medesima, ma anche fa
male all'anima.

 Elio Fabri
Non sbagli.
Io mi sono riferito alla dose al corpo intero.
Per gli organi bersaglio in cui vi è concentrazione, i fattori di 
trasformazione
sono diversi e occorre considerare il peso del particolare organo. 


Ti stai incartando!
300 Bequerel per litro, vuol dire che in quel litro di latte c'è
abbastanza Cs-137 da avere 300 decadimenti AL SECONDO !!!
Altro che 1 all'ora!