RaThiS (Radon and Thoron in Soil) - Sezione di Napoli. tema

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1 RaThiS (Radon and Thoron in Soil) - Sezione di Napoli tema motivazione tecniche sp. Durata: 3a Metodologia innovativa per la misura della concentrazione di radon e di toron nel suolo finalizzata alla qualificazione del 222 Rn come geoindicatore ed alla stima della sua influenza sulla qualità dell aria negli ambienti confinati, in linea con gli obiettivi di Horizon 2020 La sola misura della concentrazione dei 222 Rn non è sufficiente a fare di essa un parametro significativo se non viene accompagnata da accurate misure di caratterizzazione dei siti di studio, che comprendono anche la misura del 220 Rn. Lo stesso complesso di misure, opportunamente elaborato, è essenziale per la realizzazione di mappe geogeniche del radon da cui derivare mappe del rischio Misura di Rn con Spet-α in aria e di Ra, U e Th con Spet-α in laboratorio su campioni previa preparazione radiochimica; spettrometria gamma; messa a punto camera taratura per rivelatori di toron I realizzazione prototipi speciali e caratterizzazione siti II completamento e installazione sistemi e inizio delle misure III continuazione delle misure, analisi dati e valutazione metodologia

2 Po218 Po216 Olibano Po214 Po218 Sia la composizione isotopica del gas, sia il suo andamento temporale nel suolo sono completamente diversi anche tra punti molto vicini che insistono sulla stessa area. Un sito arbitrariamene scelto non caratterizza l area rispetto ai livelli di radon aspettati. Ne vanno scelti molti, seguiti nel tempo e liberati dalle dipendenze locali. Monte S.Angelo Po210 Po218 Po216 Po214 Po212 Spettri alfa dei discendenti del radon e del toron misurati in due punti vicini della stessa area.

3 why is important to measure radon concentration in soil gas? Because soil gas concentration constitute an important input parameter for drawing of radon geogenic maps Because it is interesting to observe radon anomalous levels in soils, due to variations of emanation and/or trasport of the gas depending on variations of porosity and/or permeability that can be caused from activity of faults, earthquakes, rock compression

4 why radon anomalies are not always well observed and/or understood?

5 how it s possible to solve these problems? assembling many sites of measurements (like an array of seismology instruments) to investigate one area, for studying spatial and temporal correlation of the signals using a reliable multiparametric system which offers: - adequate integration time - sensitivity and accuracy - separation of radon from thoron.

6 our project to start to understand The objective of this project consists in trying to overcome these limits In particular, our aim is to carry out the areal acquisition of many signals, useful to define the observed variations of meaningful radon-signal Many stations defining an ad-hoc network around an area of approximately 5 km 2 will be installed and they will constitute a first necessary step towards the comprehension of the phenomenology of diffuse radon degassing

7 the site The area under surveying corresponds to the thermal area of Solfatara-Agnano inside the Phlegraean Fields caldera (PFc), and falls within the municipalities of Naples and Pozzuoli In this area, characterized by the occurrence of the bradyseismic phenomena, a continuous seismo-volcanic activity is present

8 Monitoring plan In the selected area within PFc, seven radon monitoring stations will be installed, in association with other pre-existing seismic, infrasonic, tiltmetric and geochemical stations of OV. Data transmission will be managed depending on the acquisition site characteristics, and it will be based on pre-existing facilities. Connectivity will be realized via radio, telephonic line or wireless. The installation of the radon detection network will consent an high resolution long-term recording of Rn concentration, which will be compared and processed together with other physical and chemical observables. Some stations have been already installed for to be tested in field together with the data trasmission system The selected stations for realize this network are Ramona Systems In some sites the detectors operation is difficult: particular detection unit have to be realised and tested

9 Ramona è basato sulla spettrometria α dei discendenti del radon raccolti su di un rivelatore al silicio

10 Negli interconfronti internazionali per la misura della concentrazione di radon nel suolo Ramona risulta uno degli strumenti più efficaci

11 Advantages of the use of Ramona The alpha particle spectrometry on the gas coming directly from soil is the main peculiarity of this system. With this technique, in fact, which allows to detect independently radon and thoron daughters: the variation of radon levels can be monitored, when it is necessary, with a delay of 30 minutes the external background is completely eliminated; the influence of the thoron detection, as well otherwise this isotope can help for quantifying the influence of the radon originated near the measurement site, if the site radiological characteristics have been studied

12 Typical α spectrum on soil gas α spectrum from soil gas. In this case both major decay series are present The interference between 218 Po line and 212 Bi line suggests to obtain radon concentration from the 214 Po line (delay ~ 3h), but

13 Fit per il multipletto del Po e del Bi the analytical solution of the 218 Po Bi triplet is possible conteggi canali The off-line analysis of stored spectra, allows simple solution of interference problems. A less precise but practical solution is the evaluation of 212 Bi interference by then calculation of thoron concentration via other line of thoron descendents: 216 Po (6,7 Mev) and 212 Po (8,7 MeV)

14 The cleaning of the radon signal Thoron can be obviously eliminated by filtering the air flow through the chamber. The effect depends on total thoron quantity, but filters and slow fluxes obtain the result of eliminate the observable signals of its descendents On the other side, the measurement of 220 Rn concentration offers a tool to eliminate from 222 Rn measured concentration its fraction generated in the materials present around the aspiration point The observed thoron, in fact, can only come from small distance respect to measurement point. If for each site, the ratio between radon and thoron parents is known, from the measurement of the second a evaluation of the first can be obtained

15 remote radon cleaning procedure outline remote 222 Rn evaluation local 222 Rn evaluation 222 Rn e 220 Rn correction respect to emanation and transport 222 Rn acquired & corrected (LOC+REM) Measurement in soil of Rn, U,T,P 220 Rn acquired & corrected (LOC)

16 This procedure can be developed if, for the measurement point, these steps are carried out: 226 Ra and 232 Th activity concentration measurement 222 Rn and 220 Rn emanation coefficients measurement and if the dependence of emanation coefficient on temperature and humidity has been studied Obviously, beyond the radon concentration, also the continuous monitoring of the environmental parameters in the point of aspiration of the soil gas has to be performed The site has to be characterized in term of all the interesting parameters

17 Risultato della procedura di rimozione del radon di origine locale

18 è necessario sviluppare anche una sorgente to toron Una sorgente di 220Rn può essere realizzata partendo da un materiale contenete 232Th, inserito in uno contenitore cilindrico in PTFE che permette l uso della sorgente in configurazione sigillata o ventilata The used materials are Sono in corso test di una metodologia per misurare l attività esalata di toron. Lantern mantles E stata realizzata una camera di esposizione con una concentrazione di toron in aria stabile entro meno del 10%. thorium oxide salts Po Po-216 La concentrazione di toron nella camera è misurata da una piccola cella a raccolta elettrostatica E possibile realizzare e controllare atmosfere miste 222Rn - 220Rn Specific activity (Bq/L) Mean value Po-216 = 7.51 Bq/L ; Dev.St = Time (h)

19 Riassumendo Il "parametro di radon" è assolutamente un indicatore significativo della dinamica della crosta terrestre Per leggerlo correttamente, deve essere osservato in un contesto in cui anche altri parametri fisici e chimici devono essere raccolti e correlati Questo obiettivo può essere raggiunto con misure a lungo termine e ad alta densità spaziale. La spettrometria alfa continua dei discendenti del radon consente di ottenere alta risoluzione temporale e la la pulizia dei segnali, patto di misurare anche il toron Ramona è uno strumento affidabile per l'applicazione di questo metodo Occorre tarare i rivelatori anche per il toron

20 rilevanza e attualita' del progetto in relazione alla mission INFN e in generale alla ricerca nel campo Molti gruppi lavorano in Europa alla mappa geogenica del radon e quindi alle tecniche di rivelazione del radon nel suolo, parametro essenziale sia per la costruzione, sia per la validazione della mappa Una nuova direttiva europea riguardante il radon, più restrittiva della normativa vigente, è in fase di messa a punto ed in Italia il Piano Nazionale Radon è stato rifinanziato Si prevede un aumento di interesse verso le varie problematiche che investono sia la genesi di questo gas, sia l esposizione ai suoi discendenti. Contribuire alla ricerca in questo campo ha ricadute molto utili, sia sul piano scientifico che sociale/sanitario Le tecniche sperimentali proposte sono tipiche della fisica nucleare sperimentale. La fisica nucleare di base costituisce il background ottimale per chi studia questi problemi

21 eventuale coinvolgimento di industrie, soggetti pubblici o privati che co-finanziano la ricerca Expertise del gruppo, infrastrutture, collaborazioni internazionali Il rivelatore, finanziato e realizzato dall INFN (Envirad, Envirad-Splash) è stato fatto oggetto dall ente di domanda di brevetto internazionale Alcune aziende hanno manifestato interesse per un programma di trasferimento tecnologico del prodotto. Con una si sta organizzando la partecipazione ad un bando MiSE per la valorizzazione dei brevetti. Dialogo con AC-INFN avviato Da sempre collaboriamo con l INMRI-ENEA. Attualmente sono interessati al nostro lavoro sul toron e dovrebbe partirne un progetto in comune L ARPA Calabria ha chiesto che la sperimentazione di questa metodologia sia estesa a zone dell Appennino calabro Collaborazioni storiche con il gruppo Radon v.o.s. della Repubblica Ceca e con il Gruppo radon dell Università della Cantabria potrebbero portare alla partecipazione a progetti europei nel prossimo futuro, anche nell ambito della costituenda EARST (European Association of Radon Scientists) andtechnologists)

22 Punti rilevanti del processo di ingegnerizzazione Autonomia, senza rete, di poche ore Maggiore autonomia Memoria interna per salvare 10 spettri che a gruppi vengono spediti via ftp Maggiore memoria interna, unità di L/S per sim card Si programma solo via ethernet Programmazione diretta Risultati osservabili solo da computer collegato on line Display per risultati sintetici in tempo reale Camera di misura attuale grande (1 l) e ottimizzata per misura del radon nel suolo, che viene trasportato da una pompa Camera più piccola, possibilmente integrata nel modulo di controllo, con ingresso del gas per diffusione I prodotti che potrebbero uscire da questo processo sono due: a) un sistema semplificato secondo queste linee b) un sistema che possa offrire un doppio modo d uso

23 Impatto della ricerca, anche alla luce di Horizon Risk assessment (piani alternativi per garantire il successo della proposta) Horizon 2020: (item: sfide per la società, riguardante le potenzialità applicative della ricerca in alcuni ambiti, tra cui il miglioramento della salute e del benessere della popolazione, la protezione e salvaguardia del pianeta L approvazione del progetto contribuirebbe fortemente, incentivando l attività presso i laboratori di radioattività delle due università campane partecipanti, alla realizzazione di un polo di eccellenza dedicato all osservazione della radioattività ambientale, ben supportato dalle strutture del centro CIRCE della SUN (dal lab. di radiochimica al sistema per AMS) e proiettato verso la realizzazione di un centro di taratura per rivelatori di radon e toron presso la Federico II Naturalmente siamo convinti della validità della metodologia che proponiamo e fiduciosi che riusciremo a dimostrarla, incoraggiati dai positivi risultati preliminari. Vale però la pena di sottolineare che, anche qualora ciò non avvenisse, TUTTI i dati prodotti nel corso dell'esperimento sarebbero utili per la costruzione di mappe geogeniche del radon.

24 Anagrafica dettagliata % Buompane Raffaele DOT - SUN 100 D'Arco Annalisa DOT - SUN 100 De Cesare Walter RIC INGV-OV 30 Giudicepietro Flora RIC INGV-OV 30 Mattone Cristina BORSISTA INFN 70 Quarto Maria RU 50 Roca Vincenzo PA 50 Sabbarese Carlo RU 30 totale 4,6 FTE XX DOT - FEDII 100 dott azienda xx: la regione Campania ha finanziato delle borse di dottorato che vengano svolte tra l università ed un azienda. Il progetto relativo all upgrade di Ramona è stato selezionato, ma la regione non mette in moto le procedure di assegnazione delle borse. Se ciò avvenisse avremmo un FTE in più.

25 Esperimento RaThiS Anagrafica, richieste ai servizi della sezione e piano spese (k ) FTE 4,6 (5,6 se la borsa della regione per il Dottorato in Azienda viene elargita - manca ancora bando) Prog. e O.M. per sviluppo prototipi speciali camere Ramona 1,5 m.u SER: manutenzione e test per vecchi e nuovi moduli 1 m.u. Inventario Spettrometro alfa 5 Alimentatore per cella per elettrodeposizione. 1 Sorgente di toron a flusso 10 Consumo 4 Ramona Materiali di consumo vari e manutenzione 10 2 PA 2,5 6 riv/alfa 4,5 Tarature presso INMRI-ENEA 1 MI (INMRI-ENEA) 2 ME (interconfronti) 3 Totale 49k

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27 238 U

28 NAPOLI CAGLIARI CATANIA MILANO TRIESTE TORINO PAVIA/ PARMA Salerno Laboratori Nazionali Del Sud TOTALI PER ANNO ANNO scuola TOTALE 1 SCUOLA ANNO TOTALE 15 SCUOLE ANNO TOTALE 42 SCUOLE ANNO TOTALE 67 SCUOLE ANNO TOTALE 96 SCUOLE ANNO scuola TOTALE 99 SCUOLE ANNO TOTALE 110 SCUOLE TOTALE PER CIASCUNA SEZIONE PROGETTO ENVIRAD PROGETTO LABORAD PROGETTO SPLASH PROGETTO ENVIRAD-SPLASH