DETERMINAZIONE DELLA CONCENTRAZIONE DI ATTIVITA DI RADIO 226 IN ACQUE MEDIANTE EMANOMETRIA

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1 Pagina 1 di 6 INDICE 1. SCOPO E CAMPO DI APPLICAZIONE... pag PRINCIPIO DEL METODO... pag STRUMENTAZIONE E MATERIALI... pag MODALITA OPERATIVE... pag Campionamento e preparazione del campione per l analisi...pag Preparazione del campione...pag Procedura di conteggio...pag Misura dell efficienza di rivelazione...pag ESPRESSIONE DEI RISULTATI E STIMA DELL INCERTEZZA... pag LIMITE DI RIVELAZIONE... pag. 6 1

2 Pagina 2 di 6 1. SCOPO E CAMPO DI APPLICAZIONE Il presente metodo descrive le modalità per la determinazione qualitativa e quantitativa della concentrazione di 226 Ra, un radionuclide emettitore alfa-gamma, in matrici acquose, con campionamento tramite tecnica emanometrica e successivo conteggio a scintillazione in cella di Lucas. Non ci sono limiti superiori di concentrazione. 2. PRINCIPIO DEL METODO Il metodo di misura emanometrico consente di ottenere l attività del 226 Ra in modo indiretto, espediente usato con successo anche per altri radionuclidi, sfruttando l equilibrio secolare delle catene radioattive. La tecnica prevede infatti la misura del 222 Rn, in equilibrio secolare con il 226 Ra, che viene riportato in soluzione con aria ed immagazzinato in una cella di Lucas a tenuta per il successivo conteggio. La prima fase, il degasamento, consiste nel far gorgogliare aria in una colonna di acqua. Ciò permette l estrazione del 222 Rn ed il suo passaggio in aria. L efficienza di degasamento dei più diffusi sistemi in utilizzo nei laboratori si attesta attorno al 90%. Nella seconda fase, il conteggio, la cella di Lucas viene accoppiata per mezzo di adattatori al fotomoltiplicatore e le particelle alfa conteggiate. Visto che l equilibrio secolare tra 226 Ra e 222 Rn si completa dopo circa venti giorni, il metodo prevede un primo degasamento del campione per eliminare eventuale Radon presente non in equilibrio con il progenitore ed un successivo stoccaggio in contenitori radon impermeabili per il tempo necessario al raggiungimento dell equilibrio. 3. STRUMENTAZIONE E MATERIALI La catena di misura è composta dai seguenti elementi: Unità di degasamento (3.1) portatile, composta da una pompa da vuoto a membrana, un cilindro graduato di contenimento per campione acquoso, un raccordo con pietra porosa, una trappola per l umidità, un circuito chiuso dotato di valvole e raccordi a tenuta per intrappolare il Radon nella cella di Lucas. Cella di Lucas a tenuta (3.2). Le celle di Lucas sono costituite da tubi cilindrici metallici con due valvole a tenuta swagelock" e un vetro all estremità che sigilla il cilindro e ne permette l accoppiamento con il fotomoltiplicatore. Il volume dei modelli più diffusi è di circa ml. L interno è ricoperto di solfuro di zinco, che ogni qualvolta viene colpito da una particella alfa, emette un certo numero di fotoni. Le celle di Lucas hanno un efficienza molto elevata (in genere oltre il 70 %). A causa dei figli solidi del radon, anch essi emettitori, dopo ogni serie di misure è necessario lavare la cella con un flusso di azoto per almeno due ore in quanto la cella potrebbe essersi contaminata e riportare quindi in seguito un numero di conteggi di fondo elevati che ne diminuirebbero la sensibilità. 2

3 Pagina 3 di 6 Contatore a fotomoltiplicatore (3.3). che fornisce in uscita un segnale proporzionale principalmente all energia iniziale della particella che ha generato il fenomeno. Bottiglie in vetro con tappo a smeriglio (3.4) della capacità di 500 ml o altro tipo di contenitori radon impermeabili. Bilancia tecnica (3.5). 4. MODALITÀ OPERATIVE 4.1 Campionamento e preparazione del campione per l analisi Per la matrice considerata in questo metodo si prevede la semplice raccolta di acqua in quantità sufficiente per l'analisi (da 500 ml a 1 l). 4.2 Preparazione del campione Il campione deve essere preventivamente degasato in un contenitore da 500 ml con un flusso di azoto per 15 minuti attraverso una pietra porosa e successivamente stoccato in una bottiglia in vetro con tappo a smeriglio (3.4), avendo cura di non lasciare interstizi di aria tra il tappo e il campione, oppure in un contenitore stagno impermeabile al radon. In alternativa si può effettuare un degasamento tramite l unità di degasamento secondo le modalità riportate al paragrafo 4.3 Procedura di conteggio. Per questo primo degasamento non è necessario definire con precisione il volume di acqua utilizzato, è sufficiente che sia superiore a 200 ml. Il campione così sigillato deve essere quindi conservato per almeno 20 giorni per il raggiungimento dell equilibrio secolare. 4.3 Procedura di conteggio Trascorsi 20 giorni si procede alla fase di conteggio. Prima dell'uso di ogni singola cella di Lucas eseguire cinque misure di fondo della durata di cinque minuti. Connettere la cella di Lucas alla pompa da vuoto e avviare la pompa finché non si forma nella cella una depressione (di circa 24 mm di Hg) tale da richiamare aria dall'ambiente esterno attraverso il circuito di degasamento, estraendo così il radon dal campione. Determinare con bilancia tecnica (3.5) la massa del campione oggetto di analisi (per esempio 190 ml) e definire quindi l incertezza u V associata al volume V di acqua utilizzato. Versare il campione nel cilindro graduato con cautela affinché non si disperda parte del radon in esso disciolto. Connettere l apparato di degasamento. La fase di degasamento ha inizio quando nel cilindro graduato contenente il campione si osserva un gorgogliamento. Segnare la data e l'ora di inizio del degasamento e la cella di Lucas utilizzata se il laboratorio ne ha più di una a disposizione. 3

4 Pagina 4 di 6 Agendo sulle apposite valvole, regolare il flusso dell aria in modo da ottenere un gorgogliamento uniforme della durata di almeno 5 minuti. Se è necessario correggere eventualmente di tanto in tanto l immissione di aria. Quando l acqua non gorgoglia più disconnettere la cella e annotare l ora di fine degasamento. Nella cella ora è presente il Radon ottenuto dal degasamento dell'acqua contenuta nel cilindro. Attendere quindi un tempo superiore a 3 ore e mezza per il raggiungimento dell'equilibrio secolare tra il Radon e i suoi prodotti di decadimento. Trascorso questo tempo procedere con una serie di cinque conteggi della durata di 5 minuti utilizzando il fotomoltiplicatore. NOTE Per pesate da 100 g a g, approssimare a 0.1 g la massa del campione. In questo modo l incertezza sulla determinazione della massa è trascurabile rispetto alle altre sorgenti di incertezza del metodo. Occorre avere la massima cura di non disperdere parte del Radon in aria durante la preparazione del campione. Il campione d'acqua dev'essere quindi versato nel cilindro graduato facendo attenzione a non creare turbolenze che potrebbero produrre una dispersione di Radon. Occorre, a tal fine, tenere il cilindro leggermente inclinato in modo da far colare l'acqua sulla parete laterale. Il flusso d'acqua dev'essere né troppo elevato, per evitare turbolenze, né troppo basso: tempi lunghi nella preparazione del campione permettono la fuga di parte del radon in aria. Prima di ogni serie di misure occorre controllare l'integrità e la funzionalità della trappola per l'umidità. 4.4 Misura dell efficienza di rivelazione La taratura della catena di misura consiste nella determinazione dell efficienza della cella di Lucas accoppiata al sistema di degasamento. Devono essere effettuate calibrazioni in efficienza distinte per ciascuna delle celle di Lucas in uso. E necessario anche verificare periodicamente la stabilità del punto di lavoro del fotomoltiplicatore (calibrazione del fotomoltiplicatore). Tale verifica è effettuata con una sorgente di 222 Rn all equilibrio con 226 Ra elettrodeposto in una cella di Lucas stagna. Il valore di efficienza deve essere stabile nel tempo. Valori tipici sono dell ordine dello 0,74 con incertezza inferiore a 0,02. Mensilmente deve anche essere verificato il fondo strumentale del fotomoltiplicatore eseguendo una serie di misure con un tappo di oscuramento. Tale valore non dovrebbe in linea di massima superare i 0,008 conteggi al secondo. 4

5 Pagina 5 di 6 5. ESPRESSIONE DEI RISULTATI E STIMA DELL INCERTEZZA La concentrazione del 226 Ra nel campione analizzato corrisponde con quella misurata del 222 Rn ed è espressa in Bq/l. Si deve tenere presente che per la tipologia di misura, il fotomoltiplicatore rileverà le particelle emesse dal 222 Rn e dai suoi prodotti di decadimento 218 Po e 214 Po all equilibrio con il Radon stesso. Per ottenere la concentrazione del 226 Ra si deve pertanto tenere conto dei contributi delle due particelle alfa emesse dai figli del 222 Rn e dividere per tre l attività misurata. La concentrazione C Rn di attività del radon disciolto in acqua si ottiene quindi dalla seguente formula: C Rn C = 3 V T L conteggio C B ε deg ε λ e T cella dove: C L = conteggi misurati dal fotomoltiplicatore; C B = conteggi di fondo della cella di Lucas; T conteggio = durata del conteggio (s); ε deg = efficienza di degasamento; ε cella = efficienza della cella; T = tempo trascorso dal campionamento al conteggio tramite fotomoltiplicatore; λ = costante di decadimento del radon; V = volume del campione d'acqua (l). L incertezza di misura u CRn è determinata secondo la seguente relazione: u CRn = C Rn u C CN N 2 uv + V 2 dove C N è il numero dei conteggi netti; C N = C L C B ; u CN è l incertezza sul numero di conteggi netti C N ; u V è l incertezza sul volume V di acqua utilizzato. 5

6 Pagina 6 di 6 6. LIMITE DI RIVELAZIONE In caso di non identificazione positiva dei radionuclidi, viene indicata la Minima Concentrazione Rilevabile nelle condizioni di misura. Essa è calcolata secondo la seguente relazione: MCR = T C B conteggio V dove C B è il numero di conteggi medio del fondo, T conteggio il tempo di conteggio e V il volume del campione. 6