Radioatividade do Potássio com a válvula SBM-20

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O objetivo deste ensaio é testar a sensibilidade da válvula Geiger-Müller ucraniana SBM-20 para a radioatividade do potássio (1).




Escrito e desenvolvido por Léo Corradini

São quatro ensaios:

- Radiação de fundo (2) 

- Radiação de 114g de cloreto de potássio

- Radiação de 100g de sal light (50% NaCl + 50% KCl)

- Radiação de 100g de sal comum.

Envolvi a válvula Geiger com os sais.

Dessa forma, praticamente toda a superfície da válvula foi exposta à radiação emitida pelo sal.
Essa técnica aumenta muito a sensibilidade do ensaio, mas exige que a válvula esteja fora do aparelho.
Essa é a grande vantagem de projetar nosso próprio contador Geiger.

Outro ponto importante é a forma como a radiação foi quantificada.
Geralmente, os contadores comuns mostram o valor instantâneo da radiação percebida pela válvula.
Assim, o valor é mostrado analogicamente, com um galvanômetro, ou digitalmente em um display usando unidades como; µSv/h, CPM e a antiga mR/h.
Alguns aparelhos também mostram um gráfico com os valores sendo atualizados de tempos em tempos.

Essas formas de medidas são boas quando se necessita de resultados imediatos para controlar contaminações em ambientes e materiais.
Mas, para fazer medições de baixos valores de radiação prefiro totalizar os pulsos gerados pela válvula num longo período de tempo. 

Para esses ensaios, usei a válvula Geiger-Müller modelo SBM-20 que veio deformada.


Os gases usados nas válvulas Geiger-Müller são pouco sensíveis à radiação Gama, porém quando essa radiação atinge o invólucro metálico da válvula desprende elétrons que por sua vez ioniza o gás dentro da válvula causando a avalanche e consequente contagem pela eletrônica.

As radiações Beta e Múons podem ionizar o gás atravessando a carcaça metálica da válvula.

Placa eletrônica geradora da polarização de 400V e condicionadora dos pulsos.




                                       Totalizador de pulsos


Ensaio da amostra de 114g de cloreto de potássio que envolveu a válvula durante o teste.



Teste da radiação de fundo, onde nenhum material em especial foi colocado em contato com a válvula Geiger.

 

Resultados das amostragens em CPM (Contagens Por Minuto) (3):

- Radiação de fundo resultou 39394 contagens em 1562 minutos -> 25,22 CPM

- Radiação do cloreto de potássio resultou 303353 contagens em 660 minutos -> 459,63 CPM 

- Radiação do sal Light resultou 220114 contagens em 900 minutos -> 244,57 CPM 

- Radiação do sal comum resultou 31212 contagens em 1440 minutos -> 21,68 CPM




                        Conclusões:

Os resultados mostram que a sensibilidade dessa válvula à radiação de fundo é melhor que a da válvula americana LND-712.
Isso era esperado porque o volume da válvula SBM-20 é maior que que a da LND-712.

No ensaio do sal comum, ocorreu o que eu costumo chamar de efeito blindagem.

O efeito blindagem acontece quando colocamos um material muito pouco radioativo sobre ou próximo da válvula Geiger. 
Os valores medidos tendem para números mais baixos que os da radiação de fundo.

A grande surpresa ficou por conta da sensibilidade da válvula ucraniana frente a radiação do cloreto potássio e do sal light.
Foi necessário reduzir o tempo de amostragem, sob pena do contador de pulsos de seis dígitos dar overflow. 

Calculando a quantidade de desintegrações do potássio na amostra de KCl:

O cloreto de potássio contém 52,44% de potássio, então 114g de KCl tem 59,78g de potássio. Portanto, ocorrem 59,78 x 30,65 = 1832,26 desintegrações por segundo em 114g de KCl.
Em 660 minutos, 114g de KCl sofrerão 660 x 60 x 1832,26 = 72 557 496 desintegrações.

Isso significa que a válvula SBM-20 detectou 0,42% das emissões do cloreto de potássio.

Sem dúvida, uma excelente válvula para ensaios com a radiação do potássio.
Essa técnica, pode ser interessante para quantificar o potássio.
(1) O potássio é composto por três isótopos, um deles é radioativo:

                Potássio-39 - 93,26 % - estável
                Potássio-40 - 0,0117 % - radioativo
                Potássio-41 - 6,73 % - estável

A meia vida do Potássio-40 é 1,26 bilhão de anos.
Um grama de Potássio produz 30,65 desintegrações por segundo.
Sendo 88,8 % emissão de partículas Beta resultando em Cálcio-40 e 11,2 % de emissão de radiação Gama resultando em Argônio-40.

O Potássio-40 é mais radioativo que o Urânio e o Tório.

                Atividade específica:

               K-40 = 262000 Bq/g
               U-238 = 12348 Bq/g
               Th-232 = 4057 Bq/g

No entanto, a quantidade do isótopo radioativo no Potássio é pequena e seus filhos, diferentemente do Urânio e do Tório, não são radioativos.

(2) A radiação de fundo é o resultado da radioatividade natural do ambiente, ela é composta basicamente pela radiação do radônio e carbono-14 presentes na atmosfera, também por múons produzidos na alta atmosfera e outros elementos radioativos que contaminam todos os materiais a nossa volta.

(3) Para calcular os resultados em CPM basta dividir o valor totalizado no display pelo tempo de ensaio em minutos.
O caráter aleatório do fenômeno da emissão radioativa torna medidas de curta duração um tanto erráticas.
Em função desse comportamento, médias produzidas por totalizações de longa duração dão valores mais consistentes.
Isso é particularmente importante para a medição de níveis baixos de radiação.

Veja também:

https://potassio-40.blogspot.com/2018/09/valvula-geiger-muller-sbm-20.html

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