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Albertone L.
Arpa Piemonte – Dipartimento Tematico Radiazioni – Struttura Semplice Siti Nucleari,
Via Trino 89, 13100 Vercelli (VC), [email protected]
Stima dell’incertezza nella correzione per autoassorbimento in spettrometria gamma
Il controllo degli agenti fisici: ambiente, territorio e nuove tecnologie, Alessandria, 6-7-8 giugno 2016
Attenuazione e
autoassorbimento dei fotoniCoefficienti di attenuazione massici per alcuni ele menti chimici.
XCOM: Photon Cross Sections Database, NIST.
0.01
0.1
1
10
100
1000
10 100 1000 10000
keV
cm2/
g
Al C Ca Cl Fe H K Mg Mn N Na O P S Si Ti Zn
Il controllo degli agenti fisici: ambiente, territorio e nuove tecnologie, Alessandria, 6-7-8 giugno 2016
H C
Zn
( )x
e1,f
E
x
E
E
⋅ρ⋅µ−=ρµ
⋅ρ⋅µ−x0
EeII ⋅ρ⋅µ−⋅=
1w,wi
ii
E,iiE =µ⋅=µ ∑∑
Attenuazione e
autoassorbimento dei fotoni
Il controllo degli agenti fisici: ambiente, territorio e nuove tecnologie, Alessandria, 6-7-8 giugno 2016
( )( )
( )( )x
cE,c
xsE,s
sE,s
cE,c
E,s
E,cE,aut
sE,s
cE,c
e1
e1
,f
,ff ⋅ρ⋅µ−
⋅ρ⋅µ−
−⋅ρ⋅µ−⋅ρ⋅µ
=ρµρµ
=εε
=tw
nfmPt
na E,N
E,autE,sE
E,N ⋅=⋅⋅ε⋅⋅
=
Sorgente di taratura Campione
( ) E,gsE,sE,s ,f ε⋅ρµ=ε ( ) E,gcE,cE,c ,f ε⋅ρµ=ε
( ) ( )( ) ( ) ( )c
2relE,c
2rel
cE,c
xcE,c
E,autrel uu,f
e,ffu
cE,c
ρ+µρµ
−ρµ=
⋅ρ⋅µ−
( ) ( ) ( )[ ] ( )wuatw
nunuau 2rel
22
E,c2
E,t2 ⋅+
⋅+=
( ) ( ) ( ) ( ) ( )E,aut2rel
2relE,s
2relE
2rel
2rel fumuuPuwu ++ε+=
( )( )wuk1
twk0uk2a
2rel
2
2#
⋅−⋅+⋅⋅=
Il controllo degli agenti fisici: ambiente, territorio e nuove tecnologie, Alessandria, 6-7-8 giugno 2016
CampioneHCl 0÷10%
1ww,ww HClO2HE,HClHClE,O2HO2HE,sol =+µ⋅+µ⋅=µ
E,O2H
E,O2HE,HClE,HCl µ
µ−µ=δµ
( ) ( )E,HClHCl
E,HClHClE,solrel w1
wuu
δµ⋅+δµ⋅
=µ
Sorgente di taraturaHCl 1 M
( ) ( )E,HClHClE,O2HE,HClHClE,O2HHClE,sol w1ww1 δµ⋅+⋅µ=µ⋅+µ⋅−=µ
( ) ( ) E,HClHClE,O2HE,sol wuu δµ⋅⋅µ=µ
Caso I - Soluzioni acquose
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
10 100 1000 10000
keV
faut
,E
Caso I - Soluzioni acquose
Il controllo degli agenti fisici: ambiente, territorio e nuove tecnologie, Alessandria, 6-7-8 giugno 2016
( )[ ]E.,autrel21E.,autE.,aut fuk1ff ⋅−⋅= γ−<
( )[ ]E.,autrel21E.,autE.,aut fuk1ff ⋅+⋅= γ−>
Soluzione HCl 0÷10% w HCl=0,050±0,029 ρρρρsol =1,0229±0,0132 g/cm 3
E,autfE1f E,aut ∀≅
Caso I - Soluzioni acquose
Il controllo degli agenti fisici: ambiente, territorio e nuove tecnologie, Alessandria, 6-7-8 giugno 2016
Soluzione HCl 0÷10% w HCl=0,050±0,029 ρρρρsol =1,0229±0,0132 g/cm 3
Correzione per autoassorbimento non necessariaE≥60 keV u rel(faut,E) ≤1%
Effetto composizione chimica trascurabileE≥60 keV u rel(faut,E)≤1%
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
10 100 1000 10000
keV
faut
,E
Caso I - Soluzioni acquose
Il controllo degli agenti fisici: ambiente, territorio e nuove tecnologie, Alessandria, 6-7-8 giugno 2016
Acqua con residuo fisso ≤ 5 g/l w NaHCO3=wCaSO4=0,0025±0,0014
( )( )
∑
∑
δµ⋅+
δµ⋅
=µ
jE,jj
j
2E,jj
2
E,solrel w1
wu
u
keV100E1f E,aut ≥≅
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
10 100 1000 10000
keV
faut
,E
Caso I - Soluzioni acquose
Il controllo degli agenti fisici: ambiente, territorio e nuove tecnologie, Alessandria, 6-7-8 giugno 2016
Acqua con residuo fisso ≤ 5 g/l w NaHCO3=wCaSO4=0,0025±0,0014
Campione concentrato 1:10
E1f E,aut ∀≅
Caso I - Soluzioni acquose
Il controllo degli agenti fisici: ambiente, territorio e nuove tecnologie, Alessandria, 6-7-8 giugno 2016
Correzione per autoassorbimento non necessaria se c oncentrato 1:10E≥100 keV u rel(faut,E) ≤1%
Effetto composizione chimica trascurabileE≥100 keV u rel(faut,E) ≤1%
Acqua con residuo fisso ≤ 5 g/l w NaHCO3=wCaSO4=0,0025±0,0014
Caso II - Alimenti
Raggruppamento degli alimenti per classi.CREA, Centro di ricerca per gli alimenti e la nutri zione.
Il controllo degli agenti fisici: ambiente, territorio e nuove tecnologie, Alessandria, 6-7-8 giugno 2016
Zucchine
Alimento generico
Alimenti a base d'acqua
LattugaSpinaciLatte bovino
Carne bovina
MieleMais
RisoFrumento tenero
Olio oliva extra vergineBurro
Fagioli secchiAlimenti a base di
carboidrati
Alimenti a base di lipidi
100%
75%
50%
25%
0%
100%75%50%25%0%
0%
25%
50%
75%
100%
Acqua >
< Carboidrati+Proteine
< L i
pidi
C B
A
0.01
0.1
1
10
10 100 1000 10000
keV
cm2/
g
Acqua Carboidrati Proteine Lipidi
Caso II - Alimenti
Coefficienti di attenuazione massici di acqua, carb oidrati, lipidi e proteine.
Il controllo degli agenti fisici: ambiente, territorio e nuove tecnologie, Alessandria, 6-7-8 giugno 2016
Acqua
Lipidi
Carboidrati e proteine
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
10 100 1000 10000
keV
faut
,E
Caso II - Alimenti
Il controllo degli agenti fisici: ambiente, territorio e nuove tecnologie, Alessandria, 6-7-8 giugno 2016
Alimento a base d’acqua w car+pro =0,122±0,070 w lip=0,024±0,014
( ) ( ) ( )E,liplipE,procarprocar
2E,liplip
22E,procarprocar
2
E,alirel ww1
wuwuu
δµ⋅+δµ⋅+
δµ⋅+δµ⋅=µ
++
++
keV50E1f E,aut ≥≅
Caso II - Alimenti
Il controllo degli agenti fisici: ambiente, territorio e nuove tecnologie, Alessandria, 6-7-8 giugno 2016
Correzione per autoassorbimento non necessariaE≥50 keV u rel(faut,E)≤1%
Effetto composizione chimica trascurabileE≥50 keV u rel(faut,E)≤1%
Alimento a base d’acqua w car+pro =0,122±0,070 w lip=0,024±0,014
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
10 100 1000 10000
keV
faut
,E
Caso III - Suoli
Il controllo degli agenti fisici: ambiente, territorio e nuove tecnologie, Alessandria, 6-7-8 giugno 2016
0,011Fe
0,041Ca
0,013K
0,271Si
0,050Al
0,577O
0,016C
0,021H
wElemento
Suolo standard ρρρρ=1,00±0,05 g/cm 3
keV100E1f E,aut ≥≅
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
10 100 1000 10000
keV
faut
,E
Caso III - Suoli
Il controllo degli agenti fisici: ambiente, territorio e nuove tecnologie, Alessandria, 6-7-8 giugno 2016
Suolo standard ρρρρ=1,50±0,15 g/cm 3
( ) ( )( ) ( ) ( )c
2relE,c
2rel
cE,c
xcE,c
E,autrel uu,f
e,ffu
cE,c
ρ+µρµ
−ρµ=
⋅ρ⋅µ−
E1f E,aut ∀≠
Caso III - Suoli
Il controllo degli agenti fisici: ambiente, territorio e nuove tecnologie, Alessandria, 6-7-8 giugno 2016
Correzione per autoassorbimento non necessaria per ρρρρ=1,00±0,10 g/cm 3
E≥100 keV u rel(faut,E)≤2%
Effetto densità per ∆ρ∆ρ∆ρ∆ρ/ρ ρ ρ ρ ≤10% trascurabileE≥100 keV u rel(faut,E)≤2%
Suolo standard
Caso II - Alimenti
Tessitura del suolo.USDA-Natural Resources Conservation Service.
Il controllo degli agenti fisici: ambiente, territorio e nuove tecnologie, Alessandria, 6-7-8 giugno 2016
0.01
0.1
1
10
100
10 100 1000 10000
keV
cm2/
g
Sabbia Feldspati Minerali argillosi
Caso III - Suoli
Il controllo degli agenti fisici: ambiente, territorio e nuove tecnologie, Alessandria, 6-7-8 giugno 2016
(Fe2+,Mg,Fe3+)5Al(Si3Al)O10(OH,O)8Chamosite
(Na,Ca)0.3(Al,Mg)2Si4O10(OH)2·nH2OMontmorillonite
Al2Si2O5(OH)4Kaolinite<0,002 mmArgilla
KAlSi3O8 - NaAlSi3O8 - CaAl2Si2O8Feldspati 0,050÷0,002 mmLimo
SiO2Quartz2,000÷0,050 mmSabbia
FormulaMineraliGranulometriaCostituente
Coefficienti di attenuazione massici dei costituent i principali del suoli.
Argilla
Sabbia
Limo
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
10 100 1000 10000
keV
faut
,E
Caso III - Suoli
Il controllo degli agenti fisici: ambiente, territorio e nuove tecnologie, Alessandria, 6-7-8 giugno 2016
Suolo generico w sabbia =w feldspati =wargilla =0,333±0,192 ρρρρ=1,00±0,10 g/cm 3
( ) ( ) ( )Earg,argE,feldfeld
2Earg,arg
22E,feldfeld
2
E,suolorel ww1
wuwuu
δµ⋅+δµ⋅+
δµ⋅+δµ⋅=µ
E,sabbia
E,sabbiaEarg,Earg,
E,sabbia
E,sabbiaE,feldE,feld ,
µµ−µ
=δµµ
µ−µ=δµ
keV100E1f E,aut ≥≅
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
10 100 1000 10000
keV
faut
,E
Caso III - Suoli
Il controllo degli agenti fisici: ambiente, territorio e nuove tecnologie, Alessandria, 6-7-8 giugno 2016
Suolo generico w sabbia =w feldspati =wargilla =0,333±0,192 ρρρρ=1,50±0,15 g/cm 3
E1f E,aut ∀≠
( ) ( )( ) ( ) ( )c
2relE,c
2rel
cE,c
xcE,c
E,autrel uu,f
e,ffu
cE,c
ρ+µρµ
−ρµ=
⋅ρ⋅µ−
Caso III - Suoli
Il controllo degli agenti fisici: ambiente, territorio e nuove tecnologie, Alessandria, 6-7-8 giugno 2016
Correzione per autoassorbimento non necessaria per ρρρρ=1,00±0,10 g/cm 3
E≥100 keV u rel(faut,E)≤2%
Effetto composizione chimica e densità per ∆ρ∆ρ∆ρ∆ρ/ρ ρ ρ ρ ≤10% trascurabiliE≥100 keV u rel(faut,E)≤2%
Suolo generico w sabbia =w feldspati =wargilla =0,333±0,192
Conclusioni
Il controllo degli agenti fisici: ambiente, territorio e nuove tecnologie, Alessandria, 6-7-8 giugno 2016
Correzione per autoassorbimento non necessaria per ρρρρ=1,00±0,10 g/cm 3
E≥100 keV u rel(faut,E)≤2%
Effetto composizione chimica e densità per ∆ρ∆ρ∆ρ∆ρ/ρ ρ ρ ρ ≤10% trascurabiliE≥100 keV u rel(faut,E)≤2%
Soluzioni acquose, alimenti, suoli