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La radioattività ambientale

Premessa
L'attrezzatura
Le serie storiche
Radioattività in ambienti diversi
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L'attrezzatura

Per osservare la radioattività abbiamo bisogno di uno strumento che, quando viene attraversato da una radiazione ionizzante, sia in grado di evidenziare l'evento. Esistono molti apparecchi per misurare le radiazioni; ad esempio ce ne sono che misurano l'energia rilasciata e quindi sono in grado di dare una misura del danno biologico. Altri che rilevano certi tipi di particelle e non certi altri. e così via.

Il più popolare dei rilevatori è il contatore Geiger. Esso produce una scarica elettrica ogni volta che il volume della parte rivelatrice viene attraversato da una particella ionizzante.

Ad una fiera mercato di materiale elettronico ho comperato, per pochi euro, un piccolo contatore di costruzione russa. Ha un piccolo rilevatore che segnala il passaggio della radiazione ionizzante. Ad ogni passaggio l'apparecchio emette un bip. Nella stanza in cui lavoro emette un po' meno di 20 bip in un minuto.

Si tratta quindi di un'attrezzatura estremamente modesta. Se volessi parlare di misura della radioattività dovrei fare riferimento a strumenti più sofisticati. Quello che posso fare con questo strumento è contare i raggi gamma che lo attraversano (non lo so se sia in grado di rilevare anche i raggi beta, sicuramente non rileva gli alfa). In ogni caso mi aspetto che, in presenza di eventi che aumentano la radioattività ambientale aumentino i conteggi al minuto del contatore.

Va chiarito subito che questo numero non è costante, come potrebbe essere, ad esempio, la misura dell'intensità di corrente elettrica che attraversa una lampadina accesa. I bip non arrivano ad intervalli regolari: in un minuto ne possono arrivare 20, nel minuto successivo solo 12, in quello dopo 30 e così via. Però più lungo è l'intervallo di tempo usato per effettuare i conteggi e più le fluttuazioni dei conteggi tenderanno a mediarsi. Mi spiego meglio:

  1. supponiamo di contare, in un minuto, 16 eventi; nel minuto successivo potrei aspettarmene senza dovermi interrogare sul perché da 4 a 28.
  2. supponiamo, invece di contarne 160 in 10 minuti; nei 10 minuti successivi potrei aspettarmene, sempre senza chiedrmi se sia cambiato qualcosa, da 120 a 200
  3. mentre nel primo caso posso attendermi variazioni del 75% in più o meno, nel secondo, fatto su un tempo più lungo, posso aspettarmi una variabilità (ammesso che in quei dieci minuti di osservazione non sia cambiato il fenomeno) di solo il 20%. Questa variabilità si ridurrebbe al 14% se effettuassi la misura su mezz'ora.
  4. quindi se voglio rilevare se la radioattività odierna è diversa da quella di ieri, quanto maggiore sarà la durata dell'osservazione e tanto più facilmente potrò osservare piccole variazioni del fenomeno (sempre ammesso che in quell'intervallo di tempo di osservazione il fenomeno non sia cambiato)
  5. va ribadito che tutti i conteggi, quelli che faccio io o quelli che fa qualche sofisticatissima attrezzatura sono sempre caratterizzati da un errore. La stima dell'errore è data, grosso modo, dalla radice quadrata del conteggio e l'intervallo di variabilità è dato da circa tre volte questo numero.
  6. per errore si intende di quanto ci si aspetta che per effetto del caso, possa cambiare il conteggio senza che ci si debba chiedere se forse c'è una causa. Differenze di conteggi distanti tra di loro meno tre volte l'errore si possono ritenere dovute al caso. Non mi aspetterei di trovare più di una volta su 100 una differenza tra due osservazioni più grande di tre volte l'errore. Se ciò si dovesse verificare con frequenza maggiore, dovrei cominciare ad indagare sulla possibilità che ci siano delle cause (la prima causa da investigare sarà senza dubbio, se ho sbagliato qualcosa).

Ora, se posso stare un minuto a contare i bip, non ho certamente l'intenzione di starmene là a contarli per 10 o 20 minuti (o un'ora come ho fatto, per necessità, in certi casi). Per risolvere il problema, ho posato un microfono vicino al contatore ed ho registrato in un file wav i suoni nell'intervallo di tempo. Mi sono scritto, poi, un programma che legge il file wav, rileva la presenza dei bip e li conta. Ho potuto, così, registrare i conteggi su periodi di tempo più lunghi ed avere osservazioni meno affette da errori.

Per i motivi sopra esposti oltre al conteggio è stato calcolata anche una stima dell'errore (la radice quadrata del conteggio) che viene riportata nei grafici con una barra verticale di ampiezza variabile e con al centro il valore osservato.

Del maiale si dice che non si butta mai via niente. E così anche delle informazioni. Il passaggio attraverso un contatore Geiger di un raggio gamma è forse l'evento più casuale che si conosca. Pertanto se rileviamo il decimo di secondo, o il centesimo in cui inizia l'evento, a meno di errori sistematici legati alla costruzione dell'apparecchio, dovremmo ottenere delle cifre casuali (come dire ottenute lanciando un dado perfetto a 10 facce; il dado perfetto a 10 facce non esiste, ma se ne può costruire uno a 20 numerate due volte da 1 a 10). I numeri casuali possono avere numerosissime applicazioni, dalla crittografia ai giochi. Ho pensato di riportare le circa 400.000 cifre che ho ricavato. Mi piacerebbe se qualcuno le sottoponesse ai test di casualità e me lo facesse sapere.

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