Un contatore a scintillazione è un dispositivo utilizzato per rilevare e misurare le emissioni di elementi radioattivi. La radioattività è un rilascio di particelle o energia da alcuni elementi che contengono troppi neutroni e può essere pericoloso per l’uomo, gli animali e le piante. Il contatore a scintillazione combina una sostanza chimica che crea luce quando viene colpita da emissioni radioattive e un rilevatore per rilevare e contare gli impulsi luminosi.
Molti elementi hanno isotopi, molecole che contengono un numero diverso di neutroni con lo stesso numero di protoni ed elettroni. La maggior parte degli isotopi è stabile e non accadrà nulla per cambiare la loro composizione chimica nel tempo. Un certo numero di isotopi radioattivi, tuttavia, non manterrà i neutroni in posizione e inizierà 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, che le consente di essere fermata dall’acqua o da sottili lastre 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 schermata solo da strati di densa lamina di piombo.
Tutti e tre i tipi causano danni cellulari a piante e animali perché provocano la modifica delle molecole quando vengono 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, è stato creato un contatore a scintillazione.
Esistono tre tipi di sostanze chimiche a scintillazione solida, chiamate fosfori, utilizzate nei contatori e includono inorganiche, organiche e plastiche. Le sostanze chimiche inorganiche che possono rilasciare luce, chiamate fotoni, quando vengono colpite da radiazioni includono ioduri metallici e solfuro di zinco. I fosfori organici possono includere naftalene, antracene e altri composti correlati al benzene. Le materie plastiche di per sé non sono tipicamente fosfori, ma le sostanze chimiche possono essere combinate con una plastica per formare un generatore di fotoni.
Le sostanze chimiche inorganiche sono i migliori rilevatori per le radiazioni gamma, le sostanze organiche sono ottimali per le particelle beta e i fosfori incorporati nella plastica funzionano bene per il rilevamento dei neutroni. Gli isotopi radioattivi possono decadere utilizzando una varietà di metodi, quindi i rilevatori possono contenere più di un tipo di elemento di rilevamento. Il software di conteggio utilizzato nei rilevatori è fondamentale per determinare la quantità di radiazioni, poiché conteggi più elevati indicano la presenza di più elementi radioattivi o il contatore è vicino alla radioattività.
Una volta creati i fotoni di luce, l’altra parte importante è il rivelatore, che vede i fotoni e li conta. Molti contatori utilizzano 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 essere rilevato dal contatore, che registra la presenza di un fotone di luce e lo conta. Un fotomoltiplicatore è estremamente sensibile e può rilevare con precisione lampi di luce molto piccoli dal decadimento.
Un altro tipo di contatore a scintillazione è un’unità in fase liquida. Questi contatori possono essere utili nelle analisi di laboratorio, perché 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 poi contati.
Questa tecnologia può essere utile durante la decontaminazione di una fuoriuscita radioattiva, perché i wipe test possono essere utilizzati per verificare la radioattività. Piccoli campioni di tessuto vengono strofinati sulle superfici e quindi posti in un contatore a scintillazione liquida. Questo processo può essere ripetuto se necessario finché il contatore non mostra che la radioattività è a livelli bassi, chiamati radiazione di fondo.