Cum să măsurați corect o sursă radioactivă cu activitate scăzută cu un contor Geiger. Măsuri, metodologie și instrumentele necesare.
Măsurarea unei surse radioactive cu activitate scăzută cu un contor Geiger reprezintă una dintre cele mai interesante provocări pentru orice entuziast sau profesionist din sector. In aceste conditii, Într-adevăr, numărul de particule Gamma sau fotoni interceptați de detector poate fi foarte mic, făcând măsurarea deosebit de sensibilă la fluctuațiile statistice normale.
Măsuri, metodologie și instrumente necesare pentru a obține măsurători fiabile
Un utilizator neexperimentat ar putea interpreta aceste oscilații ca pe o defecțiune a instrumentului, dar în realitatea fizică acesta este un comportament complet normal. Pentru a obține date fiabile, nu este suficient să porniți contorul Geiger și să citiți valoarea afișată pe afișaj: este necesar să se adopte o metodologie corectă de măsurare și să se înțeleagă natura probabilistică a dezintegrarii radioactive.
Deoarece măsurătorile contorului Geiger fluctuează continuu?
Fizica nucleară ne învață că dezintegrarea radioactivă este un fenomen aleatoriu. Atomii unei substanțe radioactive nu se descompun la intervale regulate, dar urmează o distribuție statistică cunoscută sub numele de distribuție Poisson.
În consecință, chiar păstrând contorul Geiger perfect nemișcat și în aceleași condiții de măsurare, numărul de numărări detectate va varia continuu.
De exemplu, În timpul unei măsurători de 60 de secunde, este posibil să înregistrați 30 de numărări, în timp ce în minutul următor numărătorii ar putea fi 42. Această variabilitate nu reprezintă un defect al instrumentului, ci consecinţa firească a aleatoriei dezintegrarii radioactive.
Înțelegerea acestui fenomen este primul pas pentru a interpreta corect orice măsurătoare radiometrică.
Rolul timpului de achiziție și eroarea statistică
Când trebuie măsurate surse slab radioactive, Timpul de achiziție este de o importanță fundamentală.
De fapt, eroarea statistică a unei măsurători scade pe măsură ce numărul total de impulsuri numărate crește. Cu alte cuvinte, cu atât este mai mare numărul de evenimente acumulate, cu atât rezultatul final va fi mai fiabil.
Exemplu practic
- 100 de numărări → eroare statistică aproximativ ±10%
- 1.000 numără → eroare statistică aproximativ ±3%
Din acest motiv, în cele mai critice măsurători se recomandă utilizarea funcţiei DESCARATOR o Numărări totale, prezente în contoarele Geiger profesionale, prin stabilirea unor timpi lungi de achiziţie, de exemplu:
- 300 de secunde;
- 600 de secunde;
- 3600 de secunde.
Numai prin acumularea unui număr mare de evenimente este posibilă reducerea incertitudinii statistice și obținerea unor rezultate cu adevărat semnificative.
Efectuarea mai multor măsurători consecutive crește fiabilitatea
A te baza pe o singură măsură poate induce în eroare.
Fluctuațiile statistice normale pot produce de fapt valori ocazional mai mari sau mai mici decât media. Din acest motiv, în cele mai importante măsurători este de bună practică să se efectueze cel puțin trei achiziții consecutive cu același timp de integrare.
Calcularea mediei valorilor obținute și evaluarea oricăror rezultate clar anormale, se obţine o dată mai robustă care este mai reprezentativă pentru activitatea reală a sursei.
Această procedură este utilizată în mod obișnuit în domeniul metrologiei.
Păstrați geometria de măsurare neschimbată
Pentru a compara corect măsurătorile efectuate la momente diferite, este esențial să păstrați constantă geometria măsurătorilor.
Prin urmare, este important să se păstreze:
- aceeași distanță între sursă și sondă;
- aceeași orientare ca și detectorul;
- aceeași suprafață expusă;
- aceleasi conditii de functionare.
În cazul surselor punctuale, în special pentru radiațiile gamma, distanța dintre sondă și sursă poate influența semnificativ rezultatul.
Radiația beta cu energie scăzută este și mai critică, deoarece sunt ușor absorbite din aer. Chiar și mici modificări ale distanței pot schimba semnificativ numărul de particule detectate.
Măsurați fundalul natural: punctul de referință indispensabil
Contorul Geiger măsoară întotdeauna suma radioactivității sursei și a mediului natural.
Acesta din urmă este generat în principal de:
- razele cosmice;
- Radonul prezent în aer;
- materiale de constructii;
- radioactivitatea naturală a solului.
Prin urmare, înainte de a efectua orice măsurătoare, este recomandabil să se detecteze mediul de fundal folosind același timp de achiziție care va fi ulterior utilizat pentru sursă..
De exemplu:
- fundal natural: 25 CPM;
- sursa + jos: 45 CPM;
Creșterea datorată exclusiv sursei va fi așadar egală cu 20 CPM.
Fără această operațiune, o sursă de activitate scăzută ar putea fi dificil de distins de fundalul natural.
Avantajul sondelor de înaltă sensibilitate
Alegerea sondei poate influența semnificativ calitatea măsurării.
Tuburile Geiger mici tradiționale au o suprafață sensibilă limitată și necesită timpi mai lungi de achiziție pentru a obține rezultate semnificative.
Sonde profesionale tip clătite, ca KJV 7317, în schimb au:
- suprafață sensibilă mare;
- fereastra subtire mica;
- eficiență ridicată de detectare.
Aceste caracteristici fac posibilă interceptarea unui număr mai mare de particule și detectarea mai eficientă chiar și a radiațiilor Beta cu energie scăzută pe care tuburile Geiger tradiționale le-ar putea măsura cu mai puțină sensibilitate..
Un număr mai mare de numărări înseamnă, de asemenea, o eroare statistică mai mică și timpi de măsurare mai scurti.
CPM o µSv/h? Ce unitate să folosiți?
Pentru evaluarea surselor de activitate scăzută este, în general, de preferat să se utilizeze valorile exprimate în:
- CPM (Numărări pe minut);
- CPS (Numărări pe secundă).
CPM-urile reprezintă de fapt datele măsurate efectiv de detector.
Valoarea exprimată în µSv/h derivă dintr-o conversie matematică efectuată de software-ul instrumentului pe baza unor factori de calibrare specifici.
Deoarece acești coeficienți pot varia în funcție de energia radiației și de tipul de izotop prezent, valoarea CPM este adesea cel mai obiectiv și mai fiabil parametru pentru compararea diferitelor surse.
Concluzii
Măsurarea corectă a unei surse radioactive cu activitate scăzută necesită răbdare, metoda și o bună cunoaștere a principiilor fundamentale ale radiometriei.
Utilizarea timpilor de achiziție adecvati, măsura preventivă a fondului natural, repetarea achizițiilor și utilizarea sondelor foarte sensibile permit obținerea unor rezultate precise și repetabile.
Chiar și cel mai bun contor Geiger nu poate înlocui o metodologie corectă de măsurare.
Din acest motiv, în măsurătorile surselor slab radioactive, răbdarea și tehnica sunt adesea mai importante decât performanța declarată de instrumentul folosit.