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Enrico Barsanti

COME SI RILEVANO
E SI MISURANO LE RADIAZIONI

GLI STRUMENTI E IL LORO USO

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Le radiazioni ionizzanti.

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Indice



PANORAMICA DEI PRINCIPALI STRUMENTI

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:

  1. tenere sotto controllo la dose accumulata da ciascun individuo;

  2. rilevare e misurare i livelli di irradiazione o di contaminazione radioattiva nell'ambiente, nelle cose e negli individui;

  3. tenere costantemente sotto controllo i livelli di irradiazione o di contaminazione nell'ambiente e nelle cose, con eventuale registrazione dei dati rilevati;

  4. dare informazioni particolareggiate sul tipo di sorgente radioattiva.


DOSIMETRI

Sono gli strumenti adatti a tenere sotto controllo, per un'intera giornata, per settimane o per mesi, la dose accumulata dagli individui che lavorano in ambienti esposti alle radiazioni.

Dosimetri fotografici. Si tratta di rilevatori che vengono indossati come piastrine o come bracciali, per essere portati dove sono presenti sostanze radioattive o apparecchi per l'emissione di raggi X. Ad esempio ne fanno comune uso i radiologi. Essi si basano sull'impressione di un'emulsione fotografica sottoposta ad irradiazione, poiché le emulsioni fotografiche si anneriscono in modo proporzionale alla dose assorbita.

Dosimetri elettrostatici. Sono camere di ionizzazione molto piccole che vengono portate nel taschino come comuni penne stilografiche, di cui hanno la forma. Basano il loro funzionamento sugli effetti della ionizzazione di un gas (condensatori ad aria). Alcuni di questi dosimetri si leggono direttamente attraverso un indice ingrandito con un sistema di lenti; altri si leggono utilizzando un apposito strumento esterno.


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 luminiscenza 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 ca. 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.


Foto di un contatore a camera di ionizzazione

Contatore a camera di ionizzazione

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CARATTERISTICHE DEI CONTATORI GEIGER

Tra tutti gli strumenti, il più comune e il più adatto per misurazioni "casalinghe", in grado di rilevare a basso costo l'eventuale danno che le radiazioni ionizzanti possono provocare sugli organismi, è senz'altro il contatore geiger. Inoltre, poiché quello che interessa conoscere, ai fini dei danni sugli organismi, è la ionizzazione prodotta da una sostanza irradiata, l'unità di misura da prendere principalmente in considerazione è il röntgen (R), cioè l'unità di misura propria dei contatori geiger. Per questi, e per altri motivi pratici, tale strumento sarà scelto per le nostre misurazioni e merita una trattazione più approfondita.

Pregi e difetti del contatore geiger
Questo strumento ha molti pregi e pochi difetti. Tra i pregi rientra la semplicità d'uso, il basso costo d'acquisto e di utilizzo, la rapidità delle misurazioni, la precisione, l'affidabilità e la durata nel tempo. Tra i difetti vi è l'impossibilità di determinare l'energia delle radiazioni misurate e di rilevare, generalmente, le particelle alfa. Queste particelle, però, anche se hanno una grande energia, sono praticamente innocue, perché non possono penetrare oltre l'epidermide; inoltre, quando una sorgente radioattiva emette particelle alfa (o beta), emette anche radiazioni gamma, che rappresentano, si può dire, la compensazione fisica dell'emissione di particelle. Di conseguenza, le sorgenti di raggi alfa sono rilevate indirettamente attraverso il rilevamento dei raggi gamma. Conoscere poi l'energia delle radiazioni rilevate non è importante per salvaguardare la nostra salute. Non sono le radiazioni in se stesse a nuocerci, ma la ionizzazione da loro prodotta, e questa viene rilevata dal contatore geiger in tutta la sua consistenza.
Generalmente i contatori geiger sono meno precisi di quelli a scintillazione per quanto riguarda il rilevamento e la misurazione di bassi livelli di radiazione, ma se utilizzati con accortezza e per un periodo di tempo sufficientemente lungo possono dare risultati estremamente precisi. Quelli a scintillazione, del resto, sono molto delicati, sensibili alla luce e più costosi.

Il contatore geiger è dunque lo strumento da utilizzare per i nostri scopi.

Le informazioni sui contatori geiger
I contatori geiger sono divenuti popolari ai tempi degli esperimenti nucleari negli anni Cinquanta e Sessanta, ma mai come dopo il disastro nucleare di Chernobyl, nel 1986, questi apparecchi si sono diffusi tra la popolazione. In Unione Sovietica vennero prodotti molti tipi tascabili, alcuni dei quali computerizzati, e in Italia sono stati venduti perfino in scatola di montaggio. Nonostante questa diffusione, però, sono ancora poche le persone che posseggono un contatore geiger e ancora meno quelle che lo sanno usare adeguatamente. Manca infatti una letteratura divulgativa al riguardo. La rivista mensile "Nuova elettronica" ha sviluppato nel tempo numerosi progetti di contatori geiger, dando non solo tutte le indicazioni per realizzarli, e fornendo a richiesta i materiali, ma spiegando anche i principi di funzionamento e le istruzioni d'uso. Purtroppo però questi progetti non sono riusciti a informare adeguatamente il pubblico, lasciando spesso il lettore nel dubbio, nell'incertezza e nella confusione mentale.

Come è fatto un contatore geiger
Un contatore geiger è costituito da un tubo contenente un gas a bassa pressione (per esempio, una miscela di argon e vapore di alcool alla pressione di 0,1 atm). Lungo l'asse del tubo è teso un filo metallico, isolato dal tubo stesso. Tra il filo e il tubo si stabilisce una differenza di potenziale (di solito 1000 volt), attraverso una resistenza dell'ordine di un miliardo di ohm. Il circuito di lettura è costituito da un transistor amplificatore, accoppiato, mediante una resistenza e un condensatore, con il contatore. Tale circuito è munito di una cuffia e/o di un numeratore (strumento di lettura analogico o digitale).

Schema di contatore geiger

Dove si acquistano i contatori geiger
Acquistare dei contatori geiger non è difficile; basta rivolgersi a un negozio di materiale elettronico e ordinare lo strumento che riteniamo più adatto per i nostri scopi (difficilmente il negoziante avrà disponibile un contatore geiger da mostrare).

I criteri di cui bisogna tener conto nella scelta

  1. gamma e beta + gamma.
    Per prima cosa bisogna che il nostro contatore geiger abbia la possibilità di rilevare sia le particelle beta che i raggi gamma. Se teniamo alla nostra salute, è necessario poter rilevare anche le particelle beta. Generalmente un buon contatore geiger ha il tubo rilevatore fatto di materiale attraversabile dalle particelle beta. Tale tubo deve essere però collocato all'interno di un involucro impermeabile a dette particelle. In questo modo, con una finestra apribile e chiudibile con un metallo in grado di non far passare le particelle beta, lo strumento potrà rilevare sia tutte le radiazioni fino al grado di penetrazione delle particelle beta (finestra aperta), sia solo le radiazioni con grado di penetrazione uguale o superiore ai raggi x e gamma (finestra chiusa).

  2. Le dimensioni del tubo geiger.
    Le dimensioni del tubo geiger sono molto importanti perché più il tubo è grande, più lo strumento ha possibilità di ricevere radiazioni ionizzanti, e con maggiore costanza. Se le dimensioni sono più piccole di quelle di una pila ministilo, vuol dire che il tubo è adatto per misurare livelli molto alti di radioattività e, quindi, non fa al nostro caso. Se le dimensioni sono quelle di una pila stilo o superiori, merita di essere preso in considerazione. I contatori geiger più buoni hanno comunque la possibilità di sostituire il tubo geiger per adattare lo strumento ai livelli di radiazioni che si devono misurare.

  3. Il sistema di lettura delle radiazioni.
    Un buon contatore geiger deve dare la possibilità di ascoltare con un altoparlantino, o in cuffia, la frequenza delle scariche rilevate. Gradito è però anche un voltmetro, analogico o digitale, che esprima con un valore numerico la dose di irradiazione nell'unità di tempo prestabilita. Ci sono strumenti che danno una lettura istantanea nell'arco di due secondi, ma con la possibilità di una lettura più accurata nell'arco di 20 o di 200 secondi. Il sistema però più appropriato per misurazioni precise è quello di poter fare contare lo strumento per un tempo prestabilito a scelta dell'utilizzatore. In questo modo si possono fare misurazioni brevi di sorgenti molto radioattive, e misurazioni lunghe di sorgenti poco radioattive. Le misurazioni lunghe sono poi indispensabili per tenere sotto controllo la cosiddetta "radioattività naturale", in gran parte costituita dai raggi cosmici.

  4. Le dimensioni dell'intero strumento.
    Anche le dimensioni dell'intero strumento sono molto importanti, per la sua trasportabilità. Un contatore sensibile, con la possibilità di sostituire i tubi geiger, non può avere dimensioni microscopiche. È consigliabile, quindi, l'acquisto di due strumenti: uno piccolo, da taschino, ed economico, da portare sempre con noi per compiere misure indicative, e uno "grande", più costoso, per misure precise, da tenere in casa o da portare fuori con un certo impegno.

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ALCUNI MODELLI DI CONTATORI GEIGER

È possibile che il lettore, prima di acquistare un contatore geiger, voglia essere informato di quelle che sono le caratteristiche di alcuni di questi strumenti, oppure, avendone acquistato uno, voglia conoscerlo meglio e confrontarlo con altri esistenti.



CONTATORE GEIGER Frieseke & Hoepfner modello FH 40 T

Contatore geiger FH40T

Si tratta di uno strumento tedesco (ex RFT) degli anni Sessanta e Settanta, oggi acquistabile intorno alle 200 - 250 mila lire dai rivenditori di materiale surplus. A parte l'elettronica ormai superata, è uno strumento sempre valido e comodo da usarsi, molto robusto, versatile e affidabile. Registra una media di 8 impulsi al minuto (con tubo FHZ76V) o di 1,3 impulsi al minuto (con tubo FHZ74V). Altri tubi più sensibili sono reperibili.

CONTENUTO DELLA VALIGETTA (di legno)

Il contenuto della valigetta

Contenuto valigetta

CARATTERISTICHE

CONSERVAZIONE

PRELIMINARI - da compiersi ad apparecchio spento (AUS)

FUNZIONAMENTO (dopo i preliminari)

NOTE

ACCESSORI OPZIONALI



PICCOLO CONTATORE GEIGER DI NUOVA ELETTRONICA (agosto 1987)

Contatore geiger NE

La rivista Nuova Elettronica ha realizzato e pubblicato negli ultimi anni alcuni progetti di contatori geiger, fornendo a un prezzo onesto tutti i componenti e le istruzioni per la realizzazione concreta degli strumenti. Il più diffuso di questi contatori geiger è uno strumento di colore nero e dimensioni contenute, contrassegnato dalla sigla LX.788 e venduto nel 1987 a lire centomila (in scatola di montaggio). L'articolo introduttivo ed esplicativo per la costruzione e l'uso dello strumento (Nuova Elettronica, Anno 19 - n. 116) contiene, però, alcune imprecisioni concettuali che possono generare confusione o incertezza tra i neofiti. Soprattutto, si confondono i radioisotopi con le radiazioni ionizzanti (un po' come confondere le lampadine con la luce che emettono); inoltre si confonde il valore numerico dei röntgen (R) con quello dei rem (cioè si confonde la dose di esposizione con l'equivalente di dose e, quindi in definitiva, con la dose assorbita). Ne segue che gli esempi concettuali fatti non sono sempre appropriati. Nonostante queste imprecisioni concettuali, del resto non rilevanti sul piano pratico, alla rivista va il merito di aver svolto una funzione di grande utilità sociale.

Lo strumento mostra, sul frontale, dieci Led: uno isolato e nove in colonna. Per usare lo strumento, occorre inserire nell'apposito scomparto una batteria a 9 volt e accendere l'interruttore che si trova sul lato destro. Il Led isolato lampeggia e indica lo stato di funzionamento. L'accensione di uno dei nove Led in colonna (4 verdi e 5 rossi) indica il valore di esposizione misurato in mR/h, da 0,01 mR/h a 0,07 mR/h. L'accensione del quinto Led (il primo dei rossi) indica il livello di guardia e viene segnalato con un suono. Il piccolo tubo geiger utilizzato misura una media di 180 impulsi all'ora per dosi di esposizione pari a 0,016 mR/h (effetto nullo) e si trova vicino al lato alto, disposto parallelamente a questo lato. Ogni lettura dura circa venti secondi, dopo i quali il contatore si azzera per ricominciare a contare. Per ogni radiazione rilevata nei venti secondi della misurazione, si accende un Led, a partire da quello basso. A cose normali, in tale periodo di tempo, dovrebbe accendersi solo un Led verde, ma, data la scarsa sensibilità del tubo, in pratica non dovrà accendersi nessun Led oltre il terzo. Se però dovesse accendersi un Led oltre il terzo, è bene ripetere la misurazione altre volte, per non allarmarsi inutilmente. Solo se il fenomeno dovesse ripetersi con frequenza nelle misurazioni successive, avremmo la certezza di aver rilevato un'irradiazione superiore al normale. Purtroppo le incertezze delle misurazioni con irradiazioni deboli dipendono dalle minuscole dimensioni del tubo geiger e dal tempo breve di misurazione, che rendono questo strumento poco adatto ai nostri scopi. Inoltre, il sistema di lettura non permette neppure di valutare adeguatamente dosi consistenti di irradiazione, per le quali le piccole dimensioni del tubo sarebbero più adatte. Lo strumento, comunque, può essere utile per misurazioni d'emergenza e approssimative fuori dalla nostra abitazione, considerando anche la facilità con cui lo strumento può essere portato in tasca o in borsa.

Si tratta pertanto di uno strumento poco adatto sia per misurare valori bassi di irradiazione che per valori alti. Necessiterebbe di un vero e proprio contatore esterno per rilevare quantità minime di radioattività. In tal caso sarebbe possibile aumentare a piacere il tempo di misurazione. Ad esempio, con una misurazione di un'ora gli impulsi contati (effetto nullo) non dovrebbero mai essere troppo distanti da 180. Il collegamento con un contatore esterno non è però previsto e per realizzarlo occorre un tecnico che intervenga sul circuito elettronico.



PANORAMICA RAPIDA DI CONTATORI GEIGER (ex) SOVIETICI


La rilevante produzione e diffusione di contatori geiger nel territorio della ex Unione Sovietica è dovuta principalmente al disastro nucleare di Chernobyl. In Italia ne sono arrivati tantissimi, per la quasi totalità portati dai cittadini polacchi e venduti per poche migliaia di lire. Un sistema di vendita che ha fatto molto discutere, ma che rientrava in un vasto programma di aiuti verso la Polonia e i Paesi dell'Est in genere. Oggetti non reperibili in Italia dati in cambio di un piccolo aiuto economico.


PKC-20.03 (PRIPIATS)

Contatore geiger Pripiats


USO NORMALE
Valori in mR/h misurati con medie di 200 secondi:
Commutatore alto centrale su "gamma"
Commutatore alto destro su "X"
Commutatore basso a sinistra (tempo) su 200 secondi
Commutatore basso a destra (scala) su 2.000 per valori bassi, su 20.00 per valori alti

Si tratta di uno strumento molto versatile, con cui è possibile compiere misurazioni sia istantanee che accurate. Dispone di due tubi geiger in parallelo di dimensioni abbastanza grandi e di una finestra per i raggi beta. Dispone inoltre di numerose scale e tipi di lettura, non solo per la dose di esposizione, ma anche (con equiparazioni un po' forzate) per quella assorbita e per l'attività specifica.



AHPN-01-02 (COCHA)

Contatore geiger Cocha



Interruttore di destra > Acceso/Spento

Interruttore di sinistra:

Pulsante sinistro: test strumento

Pulsante destro: avvio/stop/azzera

In altri esemplari:

Pulsante sinistro: test strumento

Pulsante centrale: avvio/azzera

Pulsante destro: stop

USO (per misure veloci):

  1. Interruttore di sinistra a sinistra

  2. Accendere con interruttore di destra

  3. Premere pulsante di avvio

  4. Dopo 20 secondi valore in mR/h

USO (per misure accurate):

  1. Interruttore di sinistra a destra

  2. Accendere con interruttore di destra

  3. Premere pulsante di avvio e insieme avviare un cronometro (via)

  4. Premere pulsante di destra e fermare cronometro (stop)

  5. mR/h=Impulsi/Secondi/50

Esempio di misurazione accurata (tempo in secondi, valore in mR/h):
impulsi rilevati dal display: 453
durata della misurazione: 15'33" (933 secondi)
valore in mR/h = 453/933/50 = 0.0097

TEST STRUMENTO

  1. Interruttore di sinistra a sinistra

  2. Accendere con interruttore di destra

  3. Premere e tenere premuto pulsante sinistro

  4. Premere pulsante di avvio

  5. Dopo 20 secondi si ferma al numero 1024


NOTA:

-Il numero di impulsi dopo 20 secondi corrisponde al numero doppio di particelle al minuto su una superficie di 1 cmq.

Anche questo strumento dispone di due tubi geiger in parallelo di grandi dimensioni. Alcune versioni ne hanno addirittura quattro. Ciò rende lo strumento molto sensibile e adatto a misurazioni veloci. La sua caratteristica più importante, però, è quella di permettere di compiere misurazioni nel tempo lunghe a piacere e, quindi, di rilevare variazioni anche piccolissime delle radiazioni naturali di fondo. Ovviamente il valore numerico ottenuto dopo le misurazioni deve essere rapportato al tempo, come indicato sopra, nell'uso per misure accurate.



MASTER 1

Contatore geiger Master 1



USO:

  1. Accendere con interruttore in alto a destra

  2. Premere pulsante

  3. Dopo 36" dà il valore in microSv/h (il valore in micro sievert è equivalente a quello in millirem se diviso per 10).

Es: 0.12 microSv/h = 0.012 millirem/h.

Posizione del tubo: in alto a sinistra

Si tratta di uno strumento di dimensioni molto ridotte (misura infatti solo 12 x 4 x 1,5 cm) con un tubo geiger abbastanza grande per rilevamenti minimi di dose e un display a cristalli liquidi con indicazioni numeriche. Veramente comodo, da portare anche in un taschino, e affidabile.



PKCb 104

Contatore geiger Pkcb 104




Interruttore nero: acceso/spento

Interruttore di sinistra: in alto per dosi relativamente alte / in basso per dosi basse

Interruttore di destra: in alto suona (ma solo per avviso di fine lettura) / in basso non suona

Switch posteriori (a partire dall'alto, cioè dall'interruttore 8):
00111111 o 00111010 per valori in microSv/h o in mR/h (la prima è la posizione normale)
01010110 per la densità del flusso di particelle
10011010 per l'attività specifica.

USO (per misure veloci):

  1. Interruttore di sinistra in alto

  2. Interruttore di destra in alto (avvisa)

  3. Accendere con interruttore nero

  4. Dopo la misura, leggere il numero del display.

  5. Valore in mR/h: numero letto / 1000 (mille)

USO (per misure accurate):

  1. Interruttore di sinistra in basso

  2. Interruttore di destra in alto (avvisa)

  3. Accendere con interruttore nero

  4. Dopo la misura, leggere il numero del display

  5. Valore in mR/h: numero letto / 10000 (diecimila)

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COME SI USANO I CONTATORI GEIGER

Principi generali da tenere presenti:
-Le radiazioni ionizzanti possono essere altamente pericolose se producono elevata ionizzazione nei corpi o se la ionizzazione, pur bassa, dura a lungo nel tempo.
-Le radiazioni ionizzanti diminuiscono considerevolmente i loro effetti dannosi allontanando la sorgente radioattiva o frapponendo oggetti assorbenti tra la sorgente e i corpi irradiati.
-Le radiazioni ionizzanti non sono pericolose in se stesse, ma per la ionizzazione che esse producono nella materia. Importante, dunque, non è tanto conoscere l'energia di tali radiazioni, ma piuttosto i suoi effetti, cioè l'entità della ionizzazione da esse prodotta.
-Il contatore geiger è uno strumento in grado di rilevare e misurare molto bene proprio la ionizzazione prodotta dalle radiazioni.

Stabilire gli impulsi di un contatore geiger in presenza delle sole radiazioni di fondo.
Tutti i contatoti geiger, anche i più semplici, sono in grado di rilevare il passaggio di una radiazione ionizzante per mezzo di una scarica elettrica, che può essere amplificata e "ascoltata" in cuffia o con un altoparlante, oppure può essere "vista" tramite l'accensione di Led o lo spostamento di un indice. In ogni caso, chiamiamo "impulsi" le scariche elettriche dovute al passaggio delle radiazioni, indipendentemente dal sistema utilizzato per registrarle.
Poiché anche in condizioni normali sono sempre presenti delle radiazioni (il fondo naturale di radiazioni), il primo problema da risolvere per utilizzare un contatore geiger consiste nello stabilire quanti impulsi rilevati con quel contatore (più esattamente con il tubo geiger usato dal contatore) corrispondano al livello medio delle radiazioni di fondo della zona dove si compiono le misure. Per fare ciò occorre effettuare alcune misurazioni della durata di qualche minuto (ad esempio dieci minuti sono sufficientemente indicativi per la maggior parte dei tubi geiger) e contare quanti impulsi si sono avuti in quell'arco di tempo. Dividendo il numero degli impulsi per i minuti, si ottiene la media degli impulsi al minuto. Ripetendo più volte (in luoghi diversi e a distanza di tempo) misurazioni di questo tipo, si fa presto ad avere un'idea chiara di quanti impulsi deve misurare il nostro contatore geiger in condizioni normali di radiazioni.
Se nella zona dove compiamo le misure non ci sono fonti locali di radiazioni, la quasi totalità delle radiazioni di fondo misurate saranno dovute ai raggi cosmici. Poiché al livello del mare si ha una media di una radiazione cosmica al minuto su una superficie di un centimetro quadrato, gli impulsi di un tubo geiger possono essere determinati dalle dimensioni del tubo stesso. I raggi cosmici possono diminuire o aumentare, entro certi limiti, a seconda delle condizioni atmosferiche, dell'ora del giorno e della notte e di altri fattori. Per questo motivo i valori misurati potrebbero non essere gli stessi tra una lettura e l'altra; ma se il tempo di misurazione è abbastanza lungo (almeno dieci minuti), i valori saranno comunque vicini tra loro. Attraverso misurazioni successive si avrà modo di capire il comportamento dei raggi cosmici, oltre quello del tubo geiger.

Come trasformare gli impulsi in mR/h.
Il secondo problema da risolvere consiste nel ricavare, dagli impulsi rilevati, il valore della dose di esposizione in mR/h. Una volta che sono conosciuti gli impulsi del tubo geiger per i valori di fondo, un metodo empirico, ma efficace, per ricavare l'esposizione in mR/h consiste nel contare gli impulsi al minuto rilevati in una misurazione e dividerli per 60. Il valore così ottenuto va poi diviso per gli impulsi del tubo stabiliti per i valori di fondo. Ad esempio, se utilizzando un tubo da 8 imp/min (nominali) si ottenesse una misurazione media di 10 impulsi al minuto, l'esposizione misurata sarebbe di 0,0208 mR/h (= 10/60/8). Questo sistema funziona solo per valori molto bassi di esposizione, diciamo fino a dieci volte i valori di fondo, perché per valori più alti gli impulsi tendono a confondersi e il tubo geiger presenta dei "tempi morti" (della durata di qualche microsecondo) che sfuggirebbero alla nostra lettura. Per forti dosi di esposizione, che peraltro non presentano difficoltà di rilevamento come per le dosi deboli, è necessario un display di lettura.
Il metodo empirico sopra descritto presuppone un valore normale di esposizione pari a 0,0167 mR/h. Questo valore, però, può variare da zona a zona e da abitazione ad abitazione. Ciò dipende dalla natura delle rocce dei luoghi e dai materiali usati nelle costruzioni.
Stabilire dei valori assoluti non è facile e, forse, non è possibile. Comunque non è neppure necessario. Indipendentemente dal valore del fondo naturale, quello che conta davvero è rilevare le variazioni quando si avvicina il nostro contatore alle sorgenti di radiazioni oppure notare col passare del tempo variazioni nell'ambiente.


Esempio di tabella di rilevamento con collegamento al computer del contatore geiger
(La tabella non è leggibile con vecchi browser)

MISURE DI RADIAZIONI IONIZZANTI - FILE 96425455.GEI

Giorno: 25-04-1996
Inizio misure ore: 11:23
Fine misure ore: 17:03
Durata misure: 5 ore e 40 minuti
Località: Barga (Lu)
Luogo: abitazione, garage
Oggetto: raggi cosmici
Radiazioni non rilevate: alfa e beta
Rilevatore: tubo geiger FHZ76V
Orientamento rilevatore (orizzontale): Nord-Sud

Ore

Tempo
trascorso

Impulsi
ultimo minuto

Impulsi
totali

Media imp.
da inizio

Media imp.
ogni 10'

Media mR/h
ogni 10'

11:33
11:43
11:53
12:03
12:13
12:23
12:33
12:43
12:53
13:03
13:13
13:23
13:33
13:43
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5
6
7
7
8
2
6
8
18
8
5
5
7
5
14
11
7
11
6
9
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9
1
8
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6
9
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5
5
8
11

79
156
237
302
396
481
576
644
725
799
894
979
1052
1115
1196
1274
1348
1438
1523
1602
1685
1762
1827
1893
1983
2069
2143
2226
2313
2398
2480
2559
2646
2726

7,9
7,8
7,9
7,6
7,9
8,0
8,2
8,1
8,1
8,0
8,1
8,2
8,1
8,0
8,0
8,0
7,9
8,0
8,0
8,0
8,0
8,0
7,9
7,9
7,9
8,0
7,9
7,9
8,0
8,0
8,0
8,0
8,0
8,0

7,9
7,7
8,1
6,5
9,4
8,5
9,5
6,8
8,1
7,4
9,5
8,5
7,3
6,3
8,1
7,8
7,4
9,0
8,5
7,9
8,3
7,7
6,5
6,6
9,0
8,6
7,4
8,3
8,7
8,5
8,2
7,9
8,7
8,0

0,015
0,015
0,016
0,013
0,018
0,017
0,019
0,013
0,016
0,015
0,019
0,017
0,014
0,012
0,016
0,015
0,015
0,018
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0,015
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0,018
0,017
0,015
0,016
0,017
0,017
0,016
0,015
0,017
0,016

Minima media ogni 10 minuti: 5,5 - 0,011 mR/h
Massima media ogni 10 minuti: 10,9 - 0,021 mR/h
Minima media ogni 05 minuti: 5,0 - 0,010 mR/h
Massima media ogni 05 minuti: 11,2 - 0,022 mR/h
Minimo impulsi al minuto: 1 - 0,002 mR/h
Massimo impulsi al minuto: 18 - 0,035 mR/h
Media degli impulsi: 8,0
Media mR/h: 0,0167


Qui di seguito la schermata con il grafico degli stessi dati della tabella precedente


Qui di seguito la schermata riguardante le ultime otto ore di una misurazione con tubo FHZ74


Come misurare.
Supponiamo ora di avere un contatore geiger che dia già valori in mR/h o di essere noi in grado, come sopra descritto, di trasformare gli impulsi letti in mR/h. Supponiamo anche che il valore normale di esposizione si aggiri, nella zona dove si misura, intorno a 0,016 mR/h.
Innanzi tutto, occorre accendere il contatore geiger e porlo vicino all'oggetto che vogliamo misurare: un cartone di latte, una bottiglia d'acqua, una mattonella del pavimento, le lancette fosforescenti di un orologio, una parte del corpo umano, ecc. A meno che l'eventuale sorgente radioattiva non sia molto forte, nel qual caso ce ne accorgeremmo subito, occorre misurare per un periodo di tempo abbastanza lungo (i soliti dieci minuti sono in genere sufficienti), poiché l'emissione di radiazioni, specialmente se debole, non è costante. Se ottenessimo un valore decisamente al di sopra di quello medio conosciuto, ad esempio se ottenessimo un valore di 0,022 mR/h avremmo la certezza di trovarci di fronte a una piccola fonte di radiazioni ionizzanti, che potremmo avere individuato nel cartone di latte o nella bottiglia d'acqua minerale. La controprova delle nostre misurazioni si può ottenere allontanando il contatore geiger dall'oggetto misurato. In questo caso i dati rilevati dovranno scendere a valori normali.
L'allontanamento dalla sorgente radioattiva è determinante per la diminuzione della dose di esposizione rilevata, perché, a meno che la sorgente non sia molto estesa nello spazio, i valori diminuiscono in ragione del quadrato della distanza, come se la sorgente fosse puntiforme (è il caso, in pratica, del cartone di latte o della bottiglia d'acqua).

Come misurare anche le radiazioni beta.
Quando si compiono misurazioni di prodotti alimentari o di oggetti con cui abbiamo contatti fisici, occorre misurare anche le radiazioni beta. A tal fine bisogna aprire la finestra che copre il tubo geiger (il contatore deve offrire questa possibilità).
Potrebbe essere utile cercare di capire in che misura la sorgente radioattiva emetta radiazioni beta e radiazioni gamma. In tal caso è sufficiente compiere due diverse misurazioni: una con la finestra del rivelatore aperta (radiazioni beta e gamma) e una con la finestra del rivelatore chiusa (solo radiazioni gamma).
Naturalmente, per fare misure attendibili occorre un po' di esperienza.

Per avere informazioni del pericolo che corriamo rilevando misurazioni superiori ai livelli normali, e per conoscere la soglia di pericolo, si tenga presente quanto già detto in Gli effetti delle radiazioni sull'organismo. Per sapere, invece, come difenderci dalle radiazioni e come valutare, con esempi concreti, le sorgenti radioattive individuate, si veda "Come difenderci dalle radiazioni" (che però ancora non è attivato). In pratica, si tenga presente che se i valori misurati sono il doppio di quelli normali, e possiamo essere esposti per lungo tempo alle radiazioni, dobbiamo cominciare a prestare attenzione alla sorgente radioattiva.

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© Copyright 1998 by Enrico Barsanti
Prima edizione su Internet: 9 giugno 1998


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