ITUB20152707A1 - Metodo e apparato per la rivelazione di radioattivita intrinseca di campioni radioattivi - Google Patents

Description

METODO E APPARATO PER LA RIVELAZIONE DI RADIOATTIVITÀ INTRINSECA DI CAMPIONI RADIOATTIVI

DESCRIZIONE

Campo di applicazione dell'invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un metodo e apparato per la rivelazione di radioattività intrinseca di campioni radioattivi, in particolare per il controllo di materiale da ''fall-out" radioattivo.

Stato della tecnica

Nell'ambito del controllo di materiale da ricaduta radioattiva o "fall-out" radioattivo da centrali nucleari o da proliferazione nucleare esiste il problema di monitorare l'ambiente sottoposto a fall-out oppure avere un controllo su materiale che potrebbe contenere elementi transuranici.

Le attuali tecniche in uso prevedono la misura radiochimica degli elementi transuranici, in particolare plutonio, presenti nell'ambiente o in specifici materiali.

Il problema che presentano le misure radiochimiche è principalmente legato al pretrattamento del campione da sottoporre a misura, prima della misura stessa. Sia che si effettuino misure con spettrometria alfa che con spettrometria di massa, il campione da misurare deve essere sottoposto a pretrattamenti che permettano di concentrare gli elementi transuranici da misurare: questo porta a tempi di esecuzione delle misure che vanno dall'ordine di un mese (spettrometria alfa) a oltre una settimana (spettrometria di massa).

Questo è chiaramente un grosso limite nel caso in cui a seguito di fall-out sia necessario intervenire a tutela di popolazioni particolarmente esposte o nel caso in cui si sia in potenziale presenza di un traffico di materiale nucleare. In questi casi le decisioni devono essere rapide e fornire di fatto un riscontro sul superamento o meno di certi limiti imposti da ormai consolidate prassi internazionali. Bisogna considerare inoltre che se per la proliferazione 1'individuazione di plutonio è una chiara indicazione del possibile traffico di materiale radioattivo, nel caso di fall-out nell'ambiente, oltre ai transuranici ci sono altri elementi radioattivi più leggeri che forniscono una facile misura del livello di contaminazione dei terreni (ad esempio), ma è indubbio che il grado di tossicità e la persistenza che gli elementi transuranici presentano può spostare drasticamente il contesto entro il quale sia necessario prendere una decisione di evacuazione o meno della zona contaminata.

E' quindi necessario individuare metodi di misura che forniscano alle strutture di controllo e monitoraggio una sufficiente flessibilità e prontezza di risposta a fronte di un evento che potrebbe comportare il rilascio di materiale nucleare.

Va ribadito che il controllo deve essere effettuato sulla base di limiti di misura noti e non è legato invece ad ottenere sensibilità elevatissime che sono già perseguibili con le tecniche esistenti.

Approcci per risolvere il problema della tempistica di risposta si sono indirizzati principalmente nel velocizzare le tecniche di preparazione chimica, in particolare per quello che riguarda la spettrometria di massa. Dai dati noti attualmente non è comunque possibile scendere sotto le 24 ore di tempo complessivo di preparazione e misura, con due grossi ulteriori limiti: non è possibile spostare il laboratorio di spettrometria di massa vicino ai luoghi dove è necessario effettuare le misure, e quindi la procedura completa prevede oltre ad una fase di campionamento anche una fase di trasporto che, trattandosi di materiale potenzialmente radioattivo, crea qualche problema; inoltre le misure di spettrometria di massa sono particolarmente costose e quindi nelle situazioni in cui si ottenesse un dato non particolarmente critico, si determinerebbe la conseguenza di avere affrontato inutili spese. Inoltre con questo approccio sarebbe abbastanza complesso organizzare analisi su larga scala come nel caso di fall-out da impianto nucleare.

Le carenze cruciali nelle tecniche attuali sono riconducibili alla bassa capacità di intervento in zone critiche sottoposte a fall-out nucleare e ai lunghi tempi di elaborazione delle informazioni raccolte. Per quanto concerne la spettrometria di massa, ulteriori carenze sono anche legate agli elevati costi di misura, e per certi aspetti anche alla difficoltà di utilizzo che presuppone il coinvolgimento di un laboratorio di chimica relativamente avanzato per permettere il trattamento dei campioni prima della fase di misura. Questo ultimo aspetto tra l'altro comporta il fatto che si debbano utilizzare reagenti e metodi che necessitano essi stessi di un controllo con ulteriori complicazioni nella gestione della misura in toto.

Quindi i metodi noti per la rivelazione di elementi radioattivi che risultano pericolosi per la loro tossicità comportano attività di misura lunghe e da riprodurre in laboratori attrezzati non solo per la misura, ma anche per il trattamento delle matrici da misurare.

Nasce quindi l'esigenza di trovare un metodo di misura, in particolare per gli isotopi di Uranio e Plutonio, che consenta una rivelazione rapida nell'ambito del monitoraggio ambientale e della non proliferazione.

Sommario dell'invenzione

Pertanto scopo della presente invenzione è quello di proporre un metodo e apparato per la rivelazione di radioattività intrinseca di campioni radioattivi, in particolare per il controllo di materiale da "fall-out" radioattivo, volto a superare tutti gli inconvenienti suddetti.

Nella caratterizzazione degli elementi transuranici la scelta di utilizzare spettrometria alfa è canonica, in quanto tali elementi decadono quasi tutti attraverso l'emissione di una particella alfa; l'utilizzo della spettrometria di massa è anch'essa canonica in quanto nello spettro delle masse naturali non esiste alcun elemento che presenti masse equivalenti ai transuranici essendo questi tutti elementi artificiali. Una tecnica che sarebbe alquanto utile e flessibile sarebbe la spettrometria gamma ma tali elementi presentano probabilità di emissione di fotoni gamma, a seguito di un decadimento, estremamente basse e quindi è possibile utilizzare tale tecnica solo per materiali che presentano un'elevatissima contaminazione.

L'idea dell'invenzione si basa invece su di un metodo che prevede la misura di fotoni X, quindi emessi dall'atomo e non dal nucleo: i fotoni X, per elementi transuranici, hanno probabilità di emissione sulla scala di qualche percento.

Attraverso la misura di tale radiazione emessa, è possibile raggiungere sensibilità, per gli elementi più interessanti, dell'ordine di 1 Bq/kg, che non arriva ai migliori livelli delle tecniche attuali, che si attestano a circa 0.01 Bq/kg, ma è comunque ben al di sotto dei livelli di "clearance" indicati tipicamente dall'ente IAEA sulla scala di 100 Bq/kg. Questo porta ad un importante risultato pratico: è possibile effettuare la misura direttamente sul campione grezzo senza bisogno di alcun trattamento chimico, con la conseguente importante riduzione sia dei tempi di analisi che dei costi di misura.

Si è trovato che i passi principali per 1'implementazione di tale metodo di misura comportano:

La scelta del rivelatore di radiazione che deve essere in grado di separare le righe X all'interno dello spettro di misura: quindi rivelatori a semiconduttore o bolometri. Esiste quindi la necessità di utilizzare strumenti che presentino un'elevatissima risoluzione in energia.

La scelta delle dimensioni del rivelatore: è necessario utilizzare rivelatori di grandi superfici a scapito del volume del rivelatore. Questa è già una scelta molto meno canonica in quanto i rivelatori a semiconduttore normalmente utilizzati per la spettroscopia X presentano superfici piccole che non consentono di raggiungere le precisioni di misura richieste. Nel presente contesto sono quindi necessari specifici sensori di grande area.

La determinazione dei parametri di misura, in particolare l'efficienza di rivelazione dei fotoni X emessi in base alla composizione, forma e massa del campione da misurare. Questo comporta il fatto di utilizzare strumenti di simulazione molto evoluti che permettono di ottenere una misura quantitativa del grado di contaminazione presente all'interno del campione.

Sono già note metodologie di misura della radiazione X emessa da elementi transuranici. Tali misure sono state però effettuate per la caratterizzazione della radiazione, nel senso di determinare il tipo di fotoni emessi da un nucleo radioattivo, con limiti quantitativi non sufficienti a garantire i livelli di clearance richiesti normalmente da organismi di controllo internazionali (IAEA),

Manca inoltre nei sistemi noti un approccio metodologico di analisi che permetta di scorporare la misura quantitativa dalla matrice entro cui il materiale radioattivo è disperso, nel senso che le misure di tipo noto sono mirate a caratterizzare sorgenti e non un generico materiale (suolo, metalli, ecc.) nel quale si trova disperso l'elemento radioattivo da misurare.

E' oggetto della presente invenzione un metodo per la rivelazione di radioattività intrinseca di campioni radioattivi, caratterizzato dal fatto che viene eseguita una misura di emissione di fotoni X da parte di detti campioni radioattivi, e dal fatto che prevede i seguenti passi:

- predisporre un campione di materiale su cui eseguire detta misura di emissione di fotoni X, detto campione essendo stratiforme e avente due facce principali,

- porre uno o più rivelatori del tipo a semiconduttore o bolometro in corrispondenza di una o due facce principali del campione, detti rivelatori essendo caratterizzati da una superficie tale da ricoprire tutta o gran parte dell'area di dette facce principali;

- misurare detta emissione di fotoni X rispettivamente in presenza ed in assenza di detto campione per un intervallo di tempo predeterminato,-- determinare uno spettro energetico di detta emissione di fotoni X rispettivamente in presenza ed in assenza di detto campione, tramite misura del numero dei conteggi prodotti da detta emissione;

- sottrarre detta misura del numero dei conteggi in assenza di campione da detta misura del numero dei conteggi in presenza di campione, ottenendo una misura utile del numero dei conteggi;

- stimare l'efficienza di rivelazione dei raggi X riferita a detti uno o più rivelatori, a detto campione e a detto spettro energetico;

- determinare probabilità di decadimento (Branching Ratio -BR) di ciascuna riga di detta emissione di fotoni X;

determinare detta radioattività intrinseca come media pesata di detto numero dei conteggi rispetto ai valori di misura dell'efficienza di rivelazione e di probabilità di decadimento in detto intervallo di tempo considerato.

E' pure oggetto della presente invenzione un apparato dotato di mezzi atti alla realizzazione di detto metodo.

E' particolare oggetto della presente invenzione un metodo e apparato per la rivelazione di radioattività intrinseca di campioni radioattivi, come meglio descritto nelle rivendicazioni, che formano parte integrante della presente descrizione.

Breve descrizione delle figure

Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue di un esempio di realizzazione della stessa (e di sue varianti), e con riferimento ai disegni annessi dati a puro titolo esplicativo e non limitativo, in cui:

nella figura 1 è mostrata una prima variante di schema di apparato di determinazione dello spettro energetico della presente invenzione che prevede l'utilizzo di un singolo rivelatore di grande area ad elevata risoluzione energetica, applicato ad un lato del campione in misura;

nella figura 2 è mostrata una seconda variante di schema di apparato di determinazione dello spettro energetico della presente invenzione che prevede l'utilizzo di due rivelatori di grande area ad elevata risoluzione energetica, applicati ad entrambi i lati del campione in misura;

nella figura 3 è mostrato uno schema a blocchi logicofunzionali dell'apparato per la rivelazione di elementi radioattivi oggetto dell'invenzione.

Descrizione di dettaglio di esempi di realizzazione

Il metodo che è stato ideato e testato consiste nella stima di concentrazioni di tali isotopi (di elementi transuranici) attraverso la rivelazione dei raggi X conseguenti al loro decadimento. Isotopi quali<238>Pu,<239>Pu,<240>Pu,<235>U decadono alfa con successiva emissione di fotoni a basso BR (10<”3>%), i raggi X emessi hanno BR dell'ordine di qualche % fino a decine di %.

Sfruttando la probabilità di emissione dei raggi X conseguenti ai decadimenti di tali isotopi è possibile effettuare misure in tempi brevi e con sensibilità che permettono di ottenere i livelli richiesti dalle normative internazionali .

Per effettuare tali misure è necessario utilizzare rivelatori che abbiano alte efficienze nella regione di energia di interesse da 5 keV a 30 keV, una buona risoluzione energetica, preferibilmente <500 eV FWHM, la possibilità di essere facilmente trasportabili oltre a presentare grandi finestre di ingresso, ovvero superfici frontali che permettono alla radiazione di raggiungere il volume attivo del rivelatore. Quest'ultimo requisito è particolarmente critico per via del breve cammino che un fotone X con energia dell'ordine di 10 keV può percorrere all'interno del materiale in cui viene generato e quindi, di fatto, solo piccoli spessori, tipicamente minori di 2 cm, di materiale direttamente affacciati al rivelatore possono consentire sensibilità di misura accettabili senza pretrattare chimicamente il campione da analizzare. Questa tecnica risulta dunque non distruttiva e di facile utilizzo.

I due requisiti, vale a dire grande superficie ed elevata risoluzione energetica, comportano una specifica scelta dei rivelatori da utilizzare in questo campo oltre a necessitare di strumenti di analisi sofisticati per la corretta determinazione dell'efficienza assoluta di misura: un'erronea determinazione di quest'ultima potrebbe portare a errori grossolani nella determinazione quantitativa del contaminante radioattivo.

Al fine di rispettare i requisiti sopra imposti si utilizzano rivelatori a semiconduttore o bolometrici, che permettano di raggiungere anche le basse soglie di energia previste per l'individuazione dei raggi X caratteristici. E' stato dimostrato che attraverso l'uso di rivelatori al germanio planare di grande superficie, è possibile ottenere i risultati previsti con sensibilità ben al di sotto dei livelli di "clearance" che sono fissati dagli enti di controllo preposti. Stesso risultato può essere raggiunto utilizzando specifici rivelatori al silicio planare di grande area; vale a dire è possibile anche utilizzare una molteplicità di rivelatori, ad esempio affiancati, al fine di massimizzare la superficie di misura.

La procedura di rivelazione di raggi X per la determinazione della radioattività specifica di un campione, oggetto dell'invenzione, fa uso di un apparato di misura comprendente mezzi per la realizzazione del metodo dell'invenzione, in particolare:

- Uno (fig. 1) o due (fig. 2) rivelatori, rispettivamente affacciati ad una o due facce del campione da misurare;

- Uno o più amplificatori elettronici;

- Uno o più convertitori analogico-digitali (ADC) associati a dispositivi di analisi multicanale (MCA) per il conteggio degli eventi;

- Sistema acquisizione dati DAQ e mezzi per l'elaborazione del segnale;

- Portacampione o vano ad esso dedicato.

Più oltre verrà descritto, con riferimento alla figura 3, un esempio non limitativo di realizzazione dell'apparato. I rivelatori dell'invenzione possono essere rivelatori di diverso tipo, ad esempio a semiconduttore o bolometrici, purché abbiano un'elevata risoluzione energetica, nell'intervallo di energia fra 5 e 30 keV, non superiore a 0.5 keV FWHM.

Nel caso in cui siano impiegati due o più rivelatori questi possono essere posizionati sia interfacciati al campione, che affiancati tra loro al fine di aumentare la superficie totale di rivelazione. I rivelatori devono possedere una grande superficie di ingresso per i fotoni X emessi dai decadimenti da studiare, preferibilmente superfici pari o superiori a 10 cm<2>.

Nel contempo i rivelatori devono presentare un sottilissimo strato morto sulla finestra di ingresso ovvero un sottile spessore (<1 pm) del materiale che non contribuisce alla rivelazione della radiazione su tutta la superficie frontale del rivelatore, in modo da attenuare solo in minima parte il passaggio delle particelle.

La procedura di misura prevede una serie di passi per ottenere come risultato finale la concentrazione di ognuno degli elementi radioattivi presenti nel campione sotto indagine. Detta procedura comprende i seguenti passi principali:

1. Misura del campione utilizzando gli schemi generali come da Fig. 1 e 2 per produrre uno spettro di energia dei fotoni X emessi dal campione,

2. Misura del fondo radioattivo di misura utilizzando lo schema precedente ma in assenza del campione per determinare uno spettro energetico dovuto al fondo radioattivo intrinseco dell'apparato di misura, detto spettro risultante è da sottrarre al risultato del punto 1.

3. Analisi degli spettri energetici, prodotti ai passi 1 e 2 precedenti, tramite un programma adatto alla determinazione del numero dei conteggi prodotti da ogni singola emissione X per ogni elemento radioattivo (isotopo) considerato.

In esempi non limitativi di realizzazione, possono essere utilizzati programmi di analisi di tipo noto, quali: GammaVision e Maestro (ORTEC), Genie (Canberra), atti a trasformare i dati acquisiti in un istogramma.

4. Simulazione numerica al calcolatore per determinare, dato il rivelatore, il campione e gli spettri energetici dei raggi X, la misura dell'efficienza di rivelazione dei raggi X del sistema di rivelazione nella configurazione considerata. In esempi non limitativi di realizzazione, possono essere utilizzati programmi software di simulazione di tipo noto (ad esempio Montecarlo), atti a tracciare le traiettorie delle particelle e la loro interazione con la materia, determinando per ognuna delle particelle generate l'energia rilasciata all'interno dei vari volumi descritti nel sistema di misura composto dal rivelatore e dal campione che funge da sorgente. Questo consente di determinare la distribuzione delle energie rilasciate nel rivelatore da una sorgente nota all'interno del campione e di energia definita. Ciò consente in maniera diretta la ricostruzione dell'efficienza di misura delle particelle emesse dalla sorgente definita la geometria dell'apparato di misura e l'energia delle particelle emesse.

5. Individuazione delle probabilità di decadimento (Branching Ratio BR) di ciascuna riga X considerata; detti valori sono noti e riportati in tabelle e dati di BR disponibili e tabulati su bibliografia e siti internet di riferimento (ad es. www.ibi.gov, http ://ie.ibi.gov/tpi/ ), che riportano le energie dei fotoni X emessi durante il decadimento dei radioisotopi e i rispettivi valori di BR. 6. Determinazione della radioattività intrinseca (Attività specifica) presente in ogni campione e per ogni radioisotopo considerato, come media pesata del numero dei conteggi rispetto ai valori di efficienza di misura e di branchingratio nell'unità di tempo considerato. Tale determinazione si può riassumere nella seguente relazione:

CauntS ig CountBack

<'>Bq<'>

Attività Specifica

.kg. m<■>s<■>BR

Dove:

- CountSig rappresenta l'integrale dei conteggi relativi alla singola riga X (in presenza del campione);

- CountBack rappresenta l'integrale dei conteggi di fondo (background) nella stessa regione di energia della riga X di CountSig {in assenza del campione);

- tse tBsono i tempi di misura del campione e quello del fondo

- m è la massa del campione da analizzare

- ε è l'efficienza di misura dell'apparato determinata tramite simulazione numerica

- BR è il Branching Ratio che ci dice la probabilità di emissione di un fotone a seguito di un decadimento

Tutti i parametri sopra indicati provengono dalle misure del campione e del fondo, dalle simulazioni numeriche, dalla misura della massa del campione e dalle tabelle nucleari che ci permettono di determinare il BR,

L'analisi finale fornisce la combinazione di tutte le righe relative ad un determinato radioisotopo, in altre parole ogni riga fornisce un'attività per il campione. Siccome più righe sono riconducibili allo stesso elemento, una volta che si ha l'attività si produce una media (con opportuni pesi) dei dati ottenuti, tenendo conto correttamente degli errori sui valori ottenuti.

In particolare, i punti 1 e 2 della procedura costituiscono le fasi di acquisizione del segnale e del fondo per un tempo predeterminato e possono essere anche invertite tra loro nell'ordine.

Detto tempo predeterminato preferibilmente cade nell'intervallo fra 500 secondi e 1 giorno ma può essere opportunamente stabilito dall'uomo esperto del ramo in base alle specifiche caratteristiche del sistema di misura, incluse l'attività e le dimensioni del campione che si intende misurare.

Secondo il metodo dell'invenzione, il campione da analizzare non dovrà subire alcun pretrattamento chimico ma semplicemente dovrà essere posizionato in appositi porta campioni che saranno poi posti in corrispondenza di uno o più rivelatori. La massa totale del campione non sarà elevata ma sarà disposto in modo da coprire la superficie più grande possibile assumendo quindi una forma sostanzialmente stratiforme con due facce principali. Lo spessore medio del campione potrà essere estremamente sottile, spessori elevati seppur possibili non producono un effettivo aumento della sensibilità.

In una realizzazione preferita dell'invenzione il campione è caratterizzato da un'area delle facce principali ≥ 10 cm<2>e da uno spessore < 1 cm.

In caso di materiale solido si espone una superficie almeno pari o superiore a quella del/i rivelatore/i;

In caso di materiale liquido o in polvere può essere utilizzato un contenitore in materiale plastico a basso Z (preferibilmente <20), bassa densità (preferibilmente <1 g/cm3) (ad es. polietilene a bassa densità) con altezza preferibilmente inferiore a 2 cm e superficie totale almeno pari o superiore a quella del/i rivelatore/i. Le pareti di tale contenitori saranno preferibilmente di spessore uguale o inferiore a 0,5 mm.

Per quanto riguarda la determinazione dell'efficienza di misura si tiene conto dei seguenti fattori; energia della riga X emessa dal radioisotopo, matrice entro cui il radioisotopo è disperso, forma del campione, sua densità e forma fisica (solido, polvere o altro).

Tale determinazione può essere eseguita, come sopra già detto, da opportuni simulatori che effettuano una ricostruzione virtuale di quello che nella realtà rappresenta la misura reale. Quindi bisogna introdurre nel simulatore tutte quelle informazioni che permettono di ricostruire virtualmente la misura effettuata. Per un operatore il sistema di misura è definito una volta per tutte (tipo di rivelatore e posizione relativa nello spazio), quello che cambia volta per volta è il campione e deve dichiarare che energie di fotone intende simulare, poi il simulatore propaga la fisica per ricostruire virtualmente la misura.

La probabilità di avere una somma di righe è bassissima perché si dovrebbe comunque osservare la riga singola e solo con rate di eventi molto elevati si avrebbe la comparsa di righe somma. All'emissione ogni riga X è una riga singola. Il risultato fornito dalla procedura è l'attività specifica per un dato campione e un dato elemento ottenuto dalla media delle varie righe misurate. Le informazioni sulla composizione e sugli altri dati del campione sono già compresi nella determinazione dei parametri di interesse e non contano nulla sul risultato finale. Quello che un operatore vuole sapere è quanto è radioattivo, per unità di massa, il campione che ha misurato: quindi vuole sapere la sua radioattività specifica.

Con tale approccio è possibile garantire livelli di sensibilità ben al di sotto dei 100 Bq/kg, valore universalmente accettato quale livello di clearance per gli elementi fino all'uranio e transuranici considerati.

In un esempio non limitativo di realizzazione, il dispositivo per la rivelazione di elementi radioattivi oggetto dell'invenzione è organizzato secondo lo schema a blocchi logico-funzionali della figura 3, che riflette i passi del metodo su descritti.

Sono previsti in una variante due canali distinti, uno per la valutazione delle emissioni della sorgente (campione) da analizzare, l'altro per la valutazione dell'attività di fondo in assenza di campione, da sottrarre dalla misura in presenza del campione. Tuttavia si può pensare di utilizzare lo stesso canale in momenti diversi, in assenza o in presenza del campione.

Il rivelatore può essere realizzato da un blocco denominato "large surface X-ray detector", dalle caratteristiche sopra definite.

L'elettronica di pretrattamento dei segnali in uscita dal rivelatore prevede un preamplificatore ed un formatore d'onda e amplificatore finale di tipo noto.

Detta elettronica fornisce valori di ampiezza ad un convertitore A/D e analizzatore multi-canale ADC/MCA, atti a fornire un istogramma in uscita, che riporta quante volte l'ampiezza in ingresso si è prodotta, e quindi codifica la distribuzione dell'ampiezza di energia degli eventi riscontrati nell'unità di tempo di analisi. Esegue quindi una conversione di quante volte i determinati valori di energia sono stati depositati all'interno del rivelatore, in una distribuzione delle ampiezze nel tempo di misura, con un diagramma che riporta sull'asse delle ascisse l'energia, e sull'asse delle ordinate il numero delle volte che l'energia si è verificata nell'intervallo di tempo di misura.

Il blocco ''spettro energetico" traduce lo spettro delle ampiezze in ingresso in uno spettro di energia.

I blocchi su descritti svolgono le funzioni dei passi del metodo dei punti 1 e 2 su menzionati.

II blocco "software di analisi" esegue le funzioni su descritte al punto 3 del metodo, vale a dire analizza lo spettro generato dal blocco "spettro energetico", e fornisce alle uscite i valori che servono per la determinazione del rateo di conteggio rispettivamente dei raggi X prodotti dal campione oppure dall'attività di fondo,

I ratei di conteggio dei raggi X di fondo vengono sottratti da quelli prodotti dal campione. L'uscita fornisce valori utili per il blocco che esegue la determinazione della media pesata.

II blocco "software di analisi" analizza lo spettro generato dal blocco "spettro energetico", anche al fine di eseguire le funzioni su descritte al punto 5 del metodo, vale a dire fornire i valori da confrontare con valori presenti nei database su descritti, al fine di identificare i valori di energia radiazione-radionuclide, e quindi determinare i valori di ”Branching-ratio" su definiti.

E' presente un blocco che esegue la simulazione utile per il calcolo dell'efficienza di rivelazione dei raggi X, in accordo con il punto 4 del metodo su descritto.

Il blocco "media pesata" determina detto valore di media pesata sulla base dei dati che riceve agli ingressi relativi ai valori di ratei di conteggio dei raggi X, di branchingratio e di efficienza di rivelazione dei raggi X. All'uscita si ottiene la determinazione della radioattività della sorgente (campione), in accordo con quanto su descritto al punto 6 del metodo.

Quindi l'obiettivo dell'invenzione non è tanto quello di raggiungere sensibilità di misura estreme, cosa peraltro già possibile attraverso altre tecniche di misura, ma quello di fornire all'operatore uno strumento flessibile che consenta un rapido screening dei campioni da analizzare garantendo un tempo di intervento immediato ogni qual volta ci si trovi in condizioni critiche.

Questi obiettivi sono raggiunti grazie al fatto che: vengono eliminati i trattamenti sul campione da analizzare, la massa del campione da analizzare è esigua eliminando problemi di logistica a volte importanti, il tempo totale di analisi si può ridurre all'ordine dell'ora, molti dei sistemi di rivelazione implementabili sono trasportabili e quindi possono essere istallati direttamente nei luoghi di campionamento senza bisogno di grandi infrastrutture di laboratorio.

L'applicabilità del metodo proposto può essere riferibile alle seguenti casistiche:

Monitoraggio di aree colpite da fall-out radioattivo.

Monitoraggio e controllo di aree all'interno di impianti nucleari.

Misure di materiali contaminati o provenienti dal trattamento di scorie radioattive.

Studio di materiale utilizzato per possibili scopi di proliferazione nucleare, seppur su spessori sottili.

Possibile applicazione negli impianti in cui si effettuano trattamenti di Uranio ed elementi transuranici.

Misura di tutti quei decadimenti radioattivi che emettendo principalmente fotoni di bassa energia e che necessitano di un rivelatore ad elevata area ed alta risoluzione energetica. L'invenzione risulta particolarmente vantaggiosa per la determinazione di attinidi; i raggi X conseguenti ai decadimenti alfa di questi radioisotopi vengono emessi con BR relativamente elevati tali da permetterne la determinazione della loro concentrazione nel campione in poche ore di presa dati con sensibilità elevate.

Sono possibili varianti realizzai ive all'esempio non limitativo descritto, senza per altro uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione, comprendendo tutte le realizzazioni equivalenti per un tecnico del ramo.

Gli elementi e le caratteristiche illustrate nelle diverse forme di realizzazione preferite possono essere combinati tra loro senza peraltro uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione.

Dalla descrizione sopra riportata il tecnico del ramo è in grado di realizzare l'oggetto dell'invenzione senza introdurre ulteriori dettagli costruttivi.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la rivelazione di radioattività intrinseca di campioni radioattivi, caratterizzato dal fatto che viene eseguita una misura di emissione di fotoni X da parte di detti campioni radioattivi, e dal fatto che prevede i seguenti passi: - predisporre un campione di materiale su cui eseguire detta misura di emissione di fotoni X, detto campione essendo stratiforme e avente due facce principali, - porre uno o più rivelatori del tipo a semiconduttore o bolometro in corrispondenza di una o due facce principali del campione, detti rivelatori essendo caratterizzati da una superficie tale da ricoprire tutta o gran parte dell'area di dette facce principali; - misurare detta emissione di fotoni X rispettivamente in presenza ed in assenza di detto campione per un intervallo di tempo predeterminato; - determinare uno spettro energetico di detta emissione di fotoni X rispettivamente in presenza ed in assenza di detto campione, tramite misura del numero dei conteggi prodotti da detta emissione; - sottrarre detta misura del numero dei conteggi in assenza di campione da detta misura del numero dei conteggi in presenza di campione, ottenendo una misura utile del numero dei conteggi; - stimare l'efficienza di rivelazione dei raggi X riferita a detti uno o più rivelatori, a detto campione e a detto spettro energetico; - determinare probabilità di decadimento (Branching Ratio -BR) di ciascuna riga di detta emissione di fotoni X; determinare detta radioattività intrinseca come media pesata di detto numero dei conteggi rispetto ai valori di misura dell'efficienza di rivelazione e di probabilità di decadimento in detto intervallo di tempo considerato.
2. 2. Metodo per la rivelazione di radioattività intrinseca di campioni radioattivi come nella rivendicazione 1, in cui detto semiconduttore è silicio planare o germanio planare.
3. 3. Metodo per la rivelazione di radioattività intrinseca di campioni radioattivi come nella rivendicazione 1, in cui detti uno o più rivelatori efficienti nella regione di energia di interesse da 5 keV a 30 keV con una risoluzione energetica <500 eV FWHM.
4. 4. Metodo per la rivelazione di radioattività intrinseca di campioni radioattivi come nella rivendicazione 1, in cui detti uno o più rivelatori sono dotati di superficie ≥ 10 cm<2>.
5. 5. Metodo per la rivelazione di radioattività intrinseca di campioni radioattivi come nella rivendicazione 1, in cui detta media pesata è valutata tramite la relazione: CountSig C oimtBac} i <~>Bq<"> dttndtà Specifica tl .kg. m<■>ε<■>BR dove: - CountSig rappresenta l'integrale dei conteggi relativi ciascuna riga di detta emissione di fotoni X (in presenza del campione); - CountBack rappresenta 1'integrale dei conteggi di fondo (background) nella stessa regione di energia del picco X CountSig (in assenza del campione); - tse tBsono i tempi di misura del campione e quello del fondo; - m è la massa del campione da analizzare; - ε è detta efficienza di rivelazione dei raggi X; - BR è detta probabilità di decadimento.
6. 6. Metodo per la rivelazione di radioattività intrinseca di campioni radioattivi come nella rivendicazione 1, in cui detto tempo predeterminato è nell'intervallo fra 500 secondi e 1 giorno di misura,
7. 7. Apparato adattato per la rivelazione di radioattività intrinseca di campioni radioattivi, caratterizzato dal fatto che è adattato per eseguire una misura di emissione di fotoni X da parte di detti campioni radioattivi, e dal fatto che comprende: - uno o più rivelatori del tipo a semiconduttore o bolometro, detti uno o più rivelatori essendo operativamente affacciati ad una o due facce principali di un campione di materiale su cui eseguire detta misura di emissione di fotoni X, detto campione essendo stratiforme con dette due facce principali, detti uno o più rivelatori essendo caratterizzati da una superficie tale da ricoprire tutta o gran parte dell'area di una o due di dette facce principali; - mezzi adattati per misurare detta emissione di fotoni X rispettivamente in presenza ed in assenza di detto campione per un intervallo di tempo predeterminato; - mezzi adattati per eseguire, per ognuno di detti uno o più isotopi transuranici, in un intervallo di tempo considerato, operazioni atte a: - determinare uno spettro energetico di detta emissione di fotoni X rispettivamente in presenza ed in assenza di detto campione, tramite misura del numero dei conteggi prodotti da detta emissione; - sottrarre detta misura del numero dei conteggi in assenza di campione da detta misura del numero dei conteggi in presenza di campione, ottenendo una misura utile del numero dei conteggi; - stimare l'efficienza di rivelazione dei raggi X riferita a detti uno o più rivelatori, a detto campione e a detto spettro energetico; - determinare probabilità di decadimento (Branching Ratio -BR) di ciascuna riga di detta emissione di fotoni X; determinare detta radioattività intrinseca come media pesata di detto numero dei conteggi rispetto ai valori di misura dell'efficienza di rivelazione e di probabilità di decadimento in detto intervallo di tempo considerato.
8. 8. Apparato per la rivelazione di radioattività intrinseca di campioni radioattivi come nella rivendicazione 7, in cui detto semiconduttore è silicio planare o germanio planare.
9. 9. Apparato per la rivelazione di radioattività intrinseca di campioni radioattivi come nella rivendicazione 7, in cui detti uno o più rivelatori sono efficienti nella regione di energia di interesse da 5 keV a 30 keV con una risoluzione energetica <500 eV FWHM.
10. 10. Apparato per la rivelazione di radioattività intrinseca di campioni radioattivi come nella rivendicazione 7, in cui detti uno o più rivelatori sono dotati di superficie ≥ 10 cm<2>.