Misura della radioattività

Le radiazioni non sono solo fenomeni legati ad attività umane (es. i reattori nucleari), ma ci circondano e ci compenetrano completamente in ogni giorno della nostra vita. Ogni organismo vivente, infatti, contiene un isotopo radioattivo del carbonio, il C14, mentre sciami di particelle elementari e raggi gamma ci raggiungono dall'atmosfera, originati dalle interazioni tra le molecole che compongono l'aria e i raggi cosmici primari provenienti dallo spazio profondo. Inoltre alcune rocce contengono isotopi dell'uranio, i quali, decadendo, formano Radon gassoso radioattivo, che filtra e si disperde nell'ambiente. Fortunatamente le dosi assorbite sono, in condizioni normali, ben sotto la pericolosità biologica!

Questa radiazione naturale è quindi una delle fonti di incertezza nelle misurazioni emissione di un campione radioattivo in studio, effettuata con un rivelatore apposito, come un tubo GM. Per avere delle misure più accurate è quindi utile sottrarre dai conteggi misurati sul campione, quelli relativi a misurazioni senza quest'ultimo: in pratica si tengono tutte le sorgenti radioattive facilmente identificabili lontane dal rivelatore e si effettua una misurazione per un dato tempo. Dopodiché si posiziona il campione e si effettua una misurazione per lo stesso tempo. Infine la prima misura viene sottratta alla seconda: in questo modo si ottengono i conteggi relativi alla sola sorgente. Avendo l'emissione radioattiva carattere statistico, modellizzato da una distribuzione Poissoniana, è opportuno effettuare misurazioni abbastanza lunghe (ad esempio 5 min) ed effettuarne più di una, per ottenere misure più precise.

MISURA DELLA RADIOATTIVITÀ

OBIETTIVO:

Con questo esperimento vogliamo determinare il fondo di radioattività ambientale del laboratorio di fisica, della nostra scuola, e verificare che questo cambia quando avviciniamo al rilevatore sorgenti, naturalmente radioattive, come lo stronzio e il cobalto. L’esperienza è condotta in modo da:

·         quantizzare la misura di fondo di radioattività naturale;

·         verificare come varia la misura della radioattività a seconda della sorgente;

·         osservare come la misura della radioattività diminuisce all’aumentare della distanza tra la sorgente e il rilevatore di particelle;

·         sperimentare il danno fisico prodotto da una radiazione su una sostanza.

STRUMENTI UTILIZZATI:

·         Contatore Geiger Muller collegabile al computer;

·        

Computer provvisto del programma di analisi dei dati

·         Sorgente di Cobalto 60 di 1 mcurie;

·         Sorgente di Stronzio 90 di 0,1 mcurie;

PROCEDIMENTO:

MISURA DEL FONDO DI RADIOATTIVITA’ NATURALE

Con la prima esperienza è stata conteggiata la misura di fondo di radioattività naturale del laboratorio.

Bisogna tener presente che ad ogni impulso segnalato dal sensore Geiger, corrisponde un evento. Per evento si intende la disgregazione di un nucleo atomico, che ha come conseguenza l’emissione di particelle α, β, e γ.

Per misurare la distribuzione temporale degli eventi occorre registrare quanti conteggi si verificano in un dato intervallo di tempo (Δt), nel nostro caso pari a ___ sec.

Sono stati conteggiati dal rilevatore gli eventi corrispondenti a ogni intervallo Δt e riportati su un grafico, ottenendo un istogramma. Tale istogramma riproduce la distribuzione delle frequenze.

Dopo il primo intervallo sono stati misurati ___ impulsi, dovuti alle ___ particelle ionizzanti che, casualmente, hanno attraversato la zona sensibile del contatore, proprio durante quell’intervallo. Dopo il secondo Δt sono stati ritrovati, invece, ____ impulsi.

Poiché il numero degli eventi non è un valore costante, maggiore è il tempo totale impiegato per condurre l’esperienza, tanto più precisa è la misurazione.

Conducendo l’esperienza per un arco di tempo abbastanza lungo (circa ___ ore), l’istogramma mostra un andamento tipico che ricorda una distribuzione di tipo Poissoniano. Questo tipo di distribuzione è tipica di eventi casuali, come la disintegrazione di nuclei radioattivi che non seguono nessun criterio di regolarità.

Il grafico in basso (scatter di punti) rappresenta una dispersione di punti. Ad ogni punto corrispondono i numeri di eventi registrati nel nostro Δt. Per mezzo di questo grafico è possibile risalire alla media delle misure pari a ____, e ricavare il massimo e il minimo valore conteggiati dal sensore.

Dal grafico si evince che il minimo è di ___, il massimo valore corrisponde a ___. L’enorme differenza tra il Max e il Min non dipende tanto da ciò che accade sulla terra, che approssimativamente è costante, ma da ciò che avviene sul sole e che noi non possiamo prevedere. Sapendo che il fondo è dato dalla somma di radioattività emessa dalle rocce e la serie di raggi cosmici emessi dal sole, sono proprio quest’ultimi, detti muoni, ad alterare la radioattività terrestre di circa il 14%.

L’ultimo grafico, viene costruito sommando il numero di conteggi ricavati nell’intervallo successivo a quelli ottenuti negli intervalli precedenti. Da questo grafico possiamo dedurre se nell’ambiente, dove abbiamo effettuato le misure, è presente Radon, gas radioattivo dannosissimo alla salute. L’andamento rettilineo riscontrato ci assicura che questa sorgente aggiuntiva non è presente nella scuola.

 Se invece avessimo ottenuto una figura con andamento esponenziale, avremmo dedotto l’eventuale

presenza di radon. 

DETERMINAZIONE DELL’INTENSITA’ DI UNA SORGENTE RADIOATTIVA

Si è poi utilizzata una sorgente di Stronzio 90, determinandone l’intensità. Bisogna considerare che il numero di eventi per ciascuna misurazione, è la somma delle radiazioni emesse dalla sorgente radioattiva ⁹⁰Sr, e delle radiazioni di fondo della radioattività naturale.

Di conseguenza riportando i valori ottenuti sullo stesso grafico, precedentemente considerato, si può notare che la distribuzione grafica delle misure si centra per valori di conteggi maggiori.

Successivamente la sorgente di ⁹⁰Sr è stata posizionata ad una distanza maggiore rispetto al contatore geiger Muller, precisamente a _____ cm.

Si è potuto riscontrare tramite le misurazioni quantizzate, che all’aumentare della distanza il valore medio dei conteggi aumenta.

Ripetendo l’esperienza con due sorgenti, una di ⁹⁰Sr e una di ⁶⁰CO, si può notare sul grafico che la media dei valori si sposta verso numeri di conteggi ancora più alti.