Ομάδα Ραδονίου - Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ

Εξοπλισμός

Οι μετρήσεις ραδονίου πραγματοποιούνται με διάφορα ανιχνευτικά συστήματα, τα οποία συνήθως διακρίνονται σε παθητικά - ανιχνευτές πυρηνικών ιχνών (SSNTDs), θάλαμοι διηλεκτρικού (E-PERM) - και συνεχή, όπως ανιχνευτές πυριτίου ή γερμανίου.

Οι ανιχνευτές Πυρηνικών Ιχνών (Solid State Nuclear tracks Detectors, SSNTDs) είναι πλαστικά υλικά, που χρησιμοποιούνται ευρέως για την ανίχνευση των ισοτόπων του ραδονίου. Τα σωματίδια άλφα που εκπέμπονται κατά την αποδιέγερση του ραδονίου και των θυγατρικών του, προσπίπτουν στην επιφάνεια των πλαστικών και δημιουργούν μικροσκοπικά ίχνη (ατέλειες στην αλυσίδα του πολυμερούς), τα οποία μεγεθύνονται με κατάλληλη επεξεργασία (χημική ή ηλεκτροχημική) ώστε να είναι ορατά με οπτικό μικροσκόπιο.

Στο εργαστήριό μας χρησιμοποιούμε έναν από τους πλέον διαδεδομένους τύπους ανιχνευτών αυτής της ομάδας: τα πλαστικά CR-39 (Pershore Mouldings Ltd).

Πλαστικά CR-39

Πρόκειται για πλαστικά που προκύπτουν από τον πολυμερισμό του οξυ-2, 1-αιθανεδιυλ-δι-2-προπενυλ-εστέρα. Το τελικό προϊόν χαρακτηρίζεται από σκληρότητα, είναι άμορφο, διαφανές, ανθεκτικό σε όλους τους διαλύτες και εξαιρετικά ευαίσθητο σε φθορά από φορτισμένα σωματίδια.

Μετά την έκθεσή τους στην ακτινοβολία, τα πλαστικά CR-39 υποβάλλονται σε επεξεργασία με διάλυμα NaOH 5 Μ, στους 80 C, για 8 ώρες. Η καταμέτρηση των ιχνών γίνεται μέσω ενός αυτόματου οπτικού συστήματος σάρωσης και του υπολογιστικού κώδικα TRACKA ^ã(Κ. Ιωαννίδης, 1995).

Οι ανιχνευτές χρησιμοποιούνται σε διάφορες διατάξεις, οι οποίες έχουν βαθμονομηθεί στο θάλαμο ραδονίου του NRPB (Didcot, Αγγλία). Ανεξάρτητες βαθμονομήσεις γίνονται επίσης σε ειδικό θάλαμο του Εργαστηρίου μας, χρησιμοποιώντας υγρή πηγή ραδίου-226.

TRACKA: Track Analysis software (Λογισμικό Ανάλυσης Ιχνών)

Ο κώδικας TRACKA αναπτύχθηκε για την αυτόματη καταμέτρηση ιχνών στους ανιχνευτές CR-39. Επιλέγοντας ανάλυση οθόνης 640x480, μετατρέπει την εικόνα σε ασπρόμαυρη 8-bit (256 τόνοι). Στη συνέχεια, συσχετίζει τον αριθμό pixels ενός αντιπροσωπευτικού ίχνους με τους διαθέσιμους τόνους του γκρι, αποδίδοντας σε κάθε ίχνος μια μέση τιμή (Μ) των τόνων του γκρι από τους οποίους αποτελείται. Μετά από αυτή τη βαθμονόμηση, η απαρίθμηση των ιχνών επιτυγχάνεται προσδιορίζοντας το άθροισμα των τιμών του γκρι για το σύνολο των ιχνών του οπτικού πεδίου και διαιρώντας με τη μέση τιμή (Μ).

Ανιχνευτές E-PERM

Μιά άλλη κατηγορία παθητικών ανιχνευτών ραδονίου είναι τα "electrets", που διατίθενται με την εμπορική ονομασία E-PERM από την εταιρεία RadElec.

Ανιχνευτές E-PERM: θάλαμοι "S" και "H"

Σχεδιάγραμμα του θαλάμου "H"

Ένας ανιχνευτής E-PERM αποτελείται από ένα μικρό θάλαμο, στο εσωτερικό του οποίου ένα φορτισμένο διηλεκτρικό δημιουργεί ισχυρό ηλεκτροστατικό πεδίο. Τα άτομα ραδονίου διαχέονται στο εσωτερικό του θαλάμου μέσω ειδικού φίλτρου και τα ιόντα που δημιουργούνται από την αποδιέγερση του ραδονίου έλκονται προς τη φορτισμένη διηλεκτρική επιφάνεια, προκαλώντας ελάττωση του φορτίου της. Με κατάλληλη βαθμονόμηση και μετρώντας το δυναμικό της επιφάνειας πριν και μετά την έκθεση, υπολογίζεται η ροή του ραδονίου στο θάλαμο.

Ανιχνευτής Barasol

Μια μονάδα Barasol της εταιρείας ALGADE χρησιμοποιείται για συνεχείς μετρήσεις ραδονίου στο έδαφος, στα πλαίσια μελέτης για την πρόγνωση σεισμών.

Η μονάδα αποτελείται από κυλινδρικό θάλαμο, ύψους 57 cm και διαμέτρου 60 mm, στο εσωτερικό του οποίου βρίσκεται δίοδος πυριτίου που ανιχνεύει σωματίδια άλφα. Τα γεγονότα που ανιχνεύονται καταγράφονται με τη βοήθεια ενός μικρο-επεξεργαστή και αποθηκεύονται σε φορητό ηλεκτρονικό υπολογιστή.

Εκτός από τη συγκέντρωση ραδονίου, το σύστημα BARASOL καταγράφει τις τιμές ατμοσφαιρικής πίεσης και θερμοκρασίας.

Ανιχνευτής CAM-PIPS

Μελέτες ραδονίου στο εργαστήριο διεξάγονται μέσω ενός ανιχνευτή CAM-PIPS (Continuous Air Monitoring - Passivated Implanted Planar Silicon Detector) της Canberra. Πρόκειται για ειδικό τύπο ανιχνευτή πυριτίου που λειτουργεί σε συνθήκες περιβάλλοντος και δεν επηρεάζεται από το φως και την εξωτερική υγρασία. Ο ανιχνευτής διαθέτει παράθυρο αλουμινίου, έχει ενεργό επιφάνεια 300 mm² και τάση λειτουργίας 25 V. Το σήμα του διαμορφώνεται από ειδική μονάδα της Canberra και καταγράφεται σε ηλεκτρονικό υπολογιστή.

Ανιχνευτές γερμανίου υψηλής καθαρότητας

Η συγκέντρωση ραδονίου μπορεί να προσδιοριστεί μέσω της ακτινοβολίας γ που εκπέμπεται από τα θυγατρικά του.

Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιούμε ανιχνευτή γερμανίου (Princeton Gamma-Tech) με διακριτική ικανότητα 1.9 keV (για την ακτίνα των 661.65 keV του Cs-137) και ενδογενή απόδοση 18%. Ο ανιχνευτής βρίσκεται στο εσωτερικό μολύβδινου κυλινδρικού θαλάμου (πάχους 5 cm) προκειμένου να θωρακίζεται από την ακτινοβολία υποβάθρου κατά τη διάρκεια της μέτρησης.