Che cos'è un contatore a scintillazione?
Un contatore a scintillazione è un dispositivo utilizzato per rilevare e misurare le emissioni da elementi radioattivi. La radioattività è un rilascio di particelle o energia da alcuni elementi che contengono troppi neutroni e può essere pericolosa per l'uomo, gli animali e le piante. Il contatore a scintillazione combina un prodotto chimico che crea luce quando viene colpito da emissioni radioattive e un rivelatore per rilevare e contare gli impulsi luminosi.
Molti elementi hanno isotopi, molecole che contengono diversi numeri di neutroni con lo stesso numero di protoni ed elettroni. La maggior parte degli isotopi sono stabili e non succederà nulla nel tempo per cambiare la loro composizione chimica. Un certo numero di isotopi radioattivi, tuttavia, non manterranno in posizione i neutroni e inizieranno a decadere radioattivamente.
Esistono tre tipi principali di decadimento radioattivo e ognuno ha caratteristiche diverse. La radiazione alfa è una particella che combina protoni e neutroni e ha un'energia relativamente bassa, permettendo di essere fermata dall'acqua o da sottili piastre di metallo. Le radiazioni beta sono elettroni ad alta energia rilasciati dall'elemento e possono penetrare nei tessuti del corpo e negli strati di schermatura protettiva. La radiazione gamma non è una particella ma piuttosto un'onda elettromagnetica, simile alla luce, che ha un'energia molto elevata e può essere protetta solo da strati di densa piastra di piombo.
Tutti e tre i tipi causano danni cellulari a piante e animali perché causano il cambiamento delle molecole quando colpite dalle radiazioni. Quando una particella radioattiva o una radiazione gamma colpisce una molecola, rilascerà elettroni nei tessuti circostanti o nell'aria. Se la radiazione colpisce una sostanza chimica che emette un lampo di luce quando viene colpita e la luce può essere rilevata, viene creato un contatore a scintillazione.
Esistono tre tipi di sostanze chimiche a scintillazione solida, chiamate fosfori, utilizzate nei contatori e comprendono sostanze inorganiche, organiche e plastiche. I prodotti chimici inorganici che possono rilasciare luce, chiamati fotoni, quando colpiti dalle radiazioni includono ioduri metallici e solfuro di zinco. I fosfori organici possono includere naftalene, antracene e altri composti correlati al benzene. Le materie plastiche da sole non sono in genere fosfori, ma i prodotti chimici possono essere combinati con una plastica per formare un generatore di fotoni.
I prodotti chimici inorganici sono i migliori rilevatori di radiazioni gamma, i composti organici sono ottimali per le particelle beta e i fosfori incorporati in plastica funzionano bene per il rilevamento dei neutroni. Gli isotopi radioattivi possono decadere utilizzando una varietà di metodi, quindi i rivelatori possono contenere più di un tipo di elemento di rilevamento. Il software di conteggio utilizzato nei rivelatori è fondamentale per determinare la quantità di radiazione, poiché conteggi più elevati indicano che è presente più elemento radioattivo o che il contatore è vicino alla radioattività.
Una volta creati i fotoni di luce, l'altra parte importante è il rivelatore, che vede entrambi i fotoni e li conta. Molti contatori usano un fotomoltiplicatore, che è una serie di elettrodi montati in un tubo a vuoto. Quando un fotone di luce entra nel tubo, è normalmente troppo debole per essere rilevato dai circuiti elettronici nel contatore a scintillazione. Il fotone colpisce il primo elettrodo, a cui è applicata una tensione elettrica.
Quando viene colpito dalla luce, l'elettrodo rilascia più elettroni, che viaggiano verso il secondo elettrodo. Ogni volta che ciò accade, vengono rilasciati più elettroni e il segnale diventa più forte. Dopo diversi passaggi, che si verificano molto rapidamente con gli elettroni che viaggiano alla velocità della luce, il segnale è abbastanza forte da consentire al contatore di rilevarlo e registra la presenza di un fotone di luce e lo conta. Un fotomoltiplicatore è estremamente sensibile e può rilevare con precisione piccoli lampi di luce dal decadimento.
Un altro tipo di contatore a scintillazione è un'unità in fase liquida. Questi contatori possono essere utili nelle analisi di laboratorio, poiché un campione viene posto direttamente in un liquido composto da un fosforo e un solvente. Qualsiasi emissione radioattiva viene rilevata immediatamente dai fosfori che circondano il campione, che vengono quindi conteggiati.
Questa tecnologia può essere utile durante la decontaminazione di una fuoriuscita radioattiva, poiché i test di pulizia possono essere utilizzati per verificare la radioattività. Piccoli campioni di stoffa vengono puliti sulle superfici e quindi inseriti in un contatore a scintillazione liquida. Questo processo può essere ripetuto se necessario fino a quando il contatore mostra che la radioattività è a livelli bassi, chiamata radiazione di fondo.