Alla scoperta del mondo dei rilevatori di radiazioni: tipi, applicazioni ed evoluzione

Un rilevatore di emissioni è uno strumento utilizzato per misurare vari tipi di emissioni, come quelle generate da sostanze con particelle ad alta energia, ad esempio decadimenti in centrali nucleari, raggi cosmici provenienti dallo spazio o reazioni nei superacceleratori di particelle.

I rilevatori sono utili nei luoghi di lavoro con alti livelli di radiazioni o anche nelle abitazioni. Grazie al loro utilizzo, le persone possono monitorare in ogni momento la quantità di emissione presente nell’ambiente.

Dove e quando servono i rilevatori di radiazioni?

Per sapere quali sensori utilizzare è necessario comprendere dove e come verranno impiegati. Diverse applicazioni richiedono tipologie specifiche di sensori, poiché ogni rilevatore è progettato per una funzione particolare. Le applicazioni possono essere suddivise in tre categorie principali: misurazione del flusso di radiazioni, protezione e ricerca.

Le attività di misurazione riguardano situazioni in cui è noto che sono presenti materiali radioattivi che devono essere monitorati. L’obiettivo è conoscere l’intensità del campo radioattivo, i confini della zona di emissione o la diffusione della contaminazione. Sono contesti in cui la presenza di radiazioni è prevista o molto probabile. I requisiti dei rilevatori in questi casi sono particolari e spesso richiedono intervalli di misurazione più elevati o modifiche specifiche per individuare un certo tipo di emissione.

La protezione è simile alla misurazione, ma con uno scopo diverso: nel primo caso si monitora la radioattività, mentre nella protezione si controllano gli effetti delle radiazioni sulle persone. Il dosaggio delle radiazioni è l’esempio più comune. I badge dosimetrici vengono indossati da personale medico, lavoratori nucleari e altri professionisti esposti a radiazioni sul lavoro. L’obiettivo è proteggere dagli effetti nocivi: l’utente viene informato sulla quantità di radiazione ricevuta e sul possibile impatto sulla salute, così da poter modificare orario o modalità di lavoro.

Come si rilevano le radiazioni?

Il rilevamento delle radiazioni viene effettuato tramite diversi strumenti. Il tipo più comune di rilevatore è il tubo Geiger-Müller (GM), noto anche come contatore Geiger.

Oggi, però, è possibile acquistare il miglior rilevatore di radiazioni per uso domestico e monitorare i livelli radioattivi in casa. L’azienda Milerd produce diversi sistemi che aiutano a misurare la radiazione di fondo.

I primi rilevatori di radiazioni

L’origine dei rilevatori risale al XVII secolo, quando venne descritto per la prima volta il fenomeno della termoluminescenza.

Nel XVIII secolo fu inventato l’elettroscopio a foglia d’oro, mentre all’inizio del XIX secolo apparve la fotografia. Ma la vera nascita della scienza delle radiazioni avvenne verso la fine del XIX secolo.

Nel dicembre 1895, la scoperta dei raggi X da parte di Roentgen segnò l’inizio dell’evoluzione dei rilevatori di radiazioni, aprendo la strada allo sviluppo dei sensori moderni. Le scoperte di Becquerel e dei coniugi Curie contribuirono in modo determinante.

Nel 1903 Crookes inventò lo spinthariscope, il primo strumento in grado di rilevare singole particelle.

Tuttavia, gli scienziati tedeschi Hans Wilhelm Geiger e Walter Müller sono considerati i pionieri degli strumenti moderni per il rilevamento delle radiazioni.

Geiger, insieme allo scienziato britannico Ernest Rutherford, introdusse nel 1911 il primo strumento efficiente per individuare particelle alfa. Successivamente, Geiger collaborò con il suo studente Walter Müller per perfezionare il dispositivo.

Rispetto al modello originale, il contatore Geiger-Müller è più affidabile, efficiente, portatile e sensibile. Inoltre, può rilevare diversi tipi di ionizzazione.

Tra gli altri dispositivi di rilevamento precoce vi è la camera di Wilson, inventata da C.T.R. Wilson nel 1911. Questa camera divenne uno strumento di ricerca essenziale, utilizzato in numerose scoperte tra il 1923 e il 1930.

Come sono cambiati i rilevatori nel tempo? La storia dello sviluppo proseguì con la camera a nube continua di Lagsdorf nel 1939. Negli anni ’50 comparvero le camere a bolle, seguite da quelle a streamer negli anni ’60.

L’avvento dei sensori elettronici è legato all’invenzione del transistor nel 1947. La maggior parte dei moderni rilevatori utilizza calorimetri. Oggi, i sistemi avanzati possono misurare anche carica, impulso, spin e altre caratteristiche delle particelle.