Come funzionano i rilevatori Radtrak3®: la tecnologia CR-39 dall'interno
Un piccolo dispositivo, una grande scienza
Chi riceve per la prima volta un rilevatore di radon Radtrak3® rimane di solito sorpreso dalle sue dimensioni: una capsula di plastica nera che sta nel palmo della mano, senza cavi, senza schermo, senza batteria. Non sembra affatto uno strumento di misura. Eppure, all'interno di quella discreta custodia si cela una delle tecnologie di rilevamento nucleare più affidabili al mondo: la pellicola CR-39.
Cosa c'è dentro un Radtrak3®
Il rilevatore Radtrak3®, prodotto da Radonova Laboratories, è un dispositivo di misura passiva di tipo alpha track (rilevatore di tracce alfa). Il suo interno è sorprendentemente semplice e si compone di due elementi fondamentali.
Il primo è la custodia in plastica antistatica: una piccola capsula realizzata con un materiale speciale che consente al gas radon di entrare per diffusione, ma impedisce il passaggio di polvere e dei prodotti di decadimento del radon già presenti nell'aria circostante. Questa custodia agisce come quella che tecnicamente viene definita una camera di diffusione.
Il secondo elemento, e il vero cuore del rilevatore, è la pellicola CR-39: un piccolo foglio trasparente di un polimero chiamato PADC (policarbonato di allil diglicole). È questo componente che registra fisicamente la presenza del radon nell'aria.
Non c'è elettronica, non c'è batteria, non ci sono componenti attivi. Il rilevatore funziona in modo completamente passivo, il che lo rende immune a interferenze elettriche, interruzioni di corrente o manomissioni accidentali.
Il CR-39: una plastica con una storia
Il nome CR-39 deriva da Columbia Resin #39, la trentanovesima formula di resina sviluppata nei laboratori della Pittsburgh Plate Glass Company. Questo materiale fu impiegato per la prima volta durante la Seconda Guerra Mondiale nei serbatoi di carburante dei bombardieri, grazie alla sua trasparenza, resistenza e leggerezza.
Con il tempo fu scoperta una proprietà straordinaria di questo polimero: quando una particella alfa attraversa la sua struttura, rompe i legami molecolari della plastica e lascia una scia di danneggiamento a livello microscopico, invisibile a occhio nudo ma perfettamente rilevabile in laboratorio. Questa caratteristica ha reso il CR-39 il rilevatore di tracce nucleari allo stato solido (SSNTD) più utilizzato al mondo.
Oggi, oltre al rilevamento del radon, il CR-39 viene ancora impiegato nella dosimetria personale delle radiazioni, nella ricerca di fisica nucleare e persino nella produzione di lenti oftalmiche di alta qualità.
Come registra il radon: le tracce alfa
Il processo di rilevamento si basa sulla fisica del decadimento radioattivo e si svolge in quattro fasi.
Tutto inizia quando il gas radon-222 (²²²Rn) presente nell'aria si diffonde lentamente attraverso la custodia del rilevatore. Il filtro della camera di diffusione consente il passaggio del gas ma blocca le particelle solide e i prodotti di decadimento del radon già presenti nell'ambiente.
Una volta all'interno della camera, gli atomi di radon decadono spontaneamente. Nella catena di decadimento del radon-222 vengono emesse particelle alfa ad alta energia (nuclei di elio), sia dal radon stesso che dai suoi figli a vita breve: polonio-218 (²¹⁸Po) e polonio-214 (²¹⁴Po).
Ogni particella alfa che colpisce la pellicola CR-39 rompe i legami chimici del polimero lungo la propria traiettoria, lasciando quello che viene definita una traccia latente: un percorso di danno molecolare invisibile a occhio nudo.
Maggiore è la concentrazione di radon nell'ambiente e più a lungo rimane esposto il rilevatore, più tracce si accumulano sulla pellicola. Questa relazione proporzionale tra tracce ed esposizione è il fondamento di tutto il calcolo successivo.
La lettura in laboratorio: l'incisione chimica
Quando il rilevatore viene inviato al laboratorio al termine del periodo di esposizione (tra 2 e 12 mesi per il Radtrak3®), ha inizio un processo affascinante.
Incisione chimica (etching)
La pellicola CR-39 viene immersa in una soluzione concentrata di idrossido di sodio (NaOH), tipicamente a una concentrazione di 6,25 N e a una temperatura di 80 °C per diverse ore. Questa soluzione alcalina attacca e dissolve il polimero in modo uniforme su tutta la sua superficie. Ma nelle zone in cui le particelle alfa hanno lasciato tracce latenti, la dissoluzione avanza molto più rapidamente, perché i legami molecolari erano già stati spezzati.
Il risultato è la formazione di piccoli crateri conici visibili al microscopio sulla superficie della pellicola. Ogni cratere corrisponde all'impatto di una particella alfa.
Conteggio automatizzato
Una volta incisa la pellicola, viene analizzata tramite uno scanner di immagini ad alta risoluzione collegato a un sistema informatico. Il software identifica, conta e classifica automaticamente le tracce, scartando imperfezioni o artefatti. Il numero di tracce, unito al volume della camera di diffusione e alla durata dell'esposizione, consente di calcolare con precisione la concentrazione media di radon durante il periodo di misurazione, espressa in Bq/m³.
Vi consigliamo questo video di José Luis Gutiérrez Villanueva, specialista in misurazione del radon presso Radonova, in cui viene spiegato il funzionamento dei rilevatori di tracce alfa:
Perché il Radtrak3® e non un altro metodo
La tecnologia a tracce alfa su CR-39 presenta vantaggi specifici che la rendono particolarmente adatta alla misurazione del radon in abitazioni e luoghi di lavoro.
Funzionando in modo completamente passivo, il Radtrak3® non necessita di corrente elettrica né di batteria. Si posiziona e si dimentica. Non è influenzato nemmeno dalla radiazione gamma né dall'umidità ambientale, poiché il CR-39 è selettivo alle particelle alfa e risulta inerte di fronte ad altre forme di radiazione. Questa robustezza lo rende un rilevatore eccezionalmente affidabile in qualsiasi ambiente.
La sua capacità di misurazione a lungo termine rappresenta un altro vantaggio fondamentale. Il Radtrak3® può registrare tracce per periodi da 2 a 12 mesi, consentendo di ottenere una vera media annuale della concentrazione di radon, che è esattamente ciò che richiedono le normative spagnole. L'intervallo di misura va da 15 Bq/m³ a 25.000 Bq/m³ su periodi di 3 mesi, coprendo tanto i livelli bassi quanto le situazioni di alta concentrazione.
Radonova Laboratories è accreditata secondo la norma ISO/IEC 17025 e partecipa regolarmente a interconfronti internazionali, garantendo la tracciabilità e l'affidabilità di ogni risultato. E poiché il dispositivo non contiene componenti elettronici, il suo costo di produzione è contenuto, il che consente di realizzare campagne di misurazione su larga scala a un costo accessibile.
L'importanza della misurazione a lungo termine
La concentrazione di radon in un ambiente interno varia considerevolmente nel corso della giornata, della settimana e delle stagioni. Fattori come la ventilazione, la temperatura esterna, la pressione atmosferica e l'utilizzo dell'edificio influenzano direttamente i livelli rilevati.
Per questa ragione, sia la normativa spagnola (Real Decreto 1029/2022) che la Istruzione IS-47 del CSN stabiliscono che la stima della media annuale deve basarsi su misurazioni della durata di almeno 3 mesi. Un rilevatore come il Radtrak3®, in grado di misurare per un anno intero, offre il quadro più fedele possibile dell'esposizione reale.
Un rilevatore passivo a tracce alfa come il Radtrak3® non misura la concentrazione di radon in tempo reale. Registra l'esposizione cumulata durante tutto il periodo di misurazione, ed è in laboratorio che viene calcolato il valore medio. Questa è precisamente la sua forza: fornisce un dato rappresentativo che non dipende da picchi puntuali né da condizioni momentanee.
In sintesi
All'interno di un Radtrak3® si trova, essenzialmente, un piccolo foglio di plastica CR-39 protetto da una custodia che funge da camera di diffusione. Le particelle alfa emesse dal radon e dai suoi prodotti di decadimento lasciano tracce microscopiche nella plastica, che vengono poi rivelate tramite incisione chimica e contate automaticamente in laboratorio. Il risultato è una misurazione precisa, affidabile e rappresentativa della concentrazione media di radon a lungo termine.
È una tecnologia con oltre mezzo secolo di sviluppo, validata da decenni di ricerca scientifica e milioni di misurazioni in tutto il mondo. Semplice nel concetto, rigorosa nell'esecuzione.
Riferimenti:
Radonova - El detector de radón CR-39: características y curiosidades