Study of a discriminative technique between radon and thoron in radout detector

Radon is a gaseous alpha emitter radionuclide deriving from the primordial radioactive nuclides present on Earth. It is one of the most relevant pollution sources for indoor environments and its abundance has been proven to determine a higher incidence of lung tumours: in fact, radon is the second cause of lung tumour after smoke. Although only 222Rn isotope is commonly considered in radon pollution surveys, there is another isotope, 220Rn, also called Thoron, that is relevant and dangerous for human health. In this thesis work these two radon isotopes discrimination is investigated using a solid-state nuclear track detector (SSNTD) based passive detector named Radout used by Miam company in its routine service of Radon dosimetry. Experimental exposures to 220Rn and 222Rn were performed and the CR-39 SSNTDs, placed in the Radout detector, were chemically etched by a sodium hydroxide warm aqueous solution and analysed by the automatic track detector reader Politrack. The analysis of track morphological parameters performed by Politrack allows to identify a critical parameter for the discrimination of the two radon isotopes: the recalculated reduced etch rate. In order to represent the observed trend of the frequency distribution of this parameter, a computational model was elaborated. The model is composed by two steps. The first step is a time-independent Monte Carlo simulation of the two decay chains considering only alpha-emitter nuclides and it is implemented through TRIM, a subroutine of the well-known SRIM program developed by Ziegler and Biersack. The second step is a track final shape elaboration and it is based on the idea of spherical wave propagation of the etchant along particle trajectory during etching of CR-39, hypothesized by Membrey and Fromm, and on the dependence between track etch rate and ionization parametrized by Dӧrschel and Caresana.

Il radon è un radionuclide gassoso alfa emettitore che deriva dai radionuclidi primordiali ancora presenti sulla Terra. È una delle fonti di inquinamento più rilevanti per gli ambienti domestici ed è stato provato che la sua abbondanza è collegata a una maggiore incidenza di casi tumore al polmone. Infatti, il radon è la seconda causa di tumore al polmone dopo il fumo di sigaretta. Sebbene spesso sia considerato solo l’isotopo 222Rn quando si tratta la ricerca dell’inquinamento del radon, c’è anche un altro isotopo, il 220Rn, anche chiamato Thoron che è rilevante e pericoloso per la salute. In questo lavoro di tesi si è cercato un modo per discriminare questi due isotopi del radon attraverso un dosimetro chiamato Radout, basato su un rivelatore di tracce nucleari, utilizzato dall’azienda Miam S.r.l. nel suo servizio di dosimetria radon. Sono state eseguite delle esposizioni sperimentali agli isotopi 220Rn e 222Rn e i rivelatori di tracce CR-39, contenuti nel dosimetro Radout, sono poi stati trattati in una soluzione di soda caustica e analizzati con il Politrack, un lettore automatico per i rivelatori di tracce. L’analisi dei parametri morfologici realizzata dal Politrack ha permesso di identificare un parametro critico per la discriminazione dei due isotopi del radon: la velocità di erosione ridotta ricalcolata. Per dare ragione del comportamento osservato della frequenza di distribuzione di questo parametro è stato elaborato un modello computazionale. Il modello è sviluppato in due fasi. La prima fase è una simulazione Monte Carlo tempo-indipendente delle catene di decadimento dei due isotopi, che considera solo i nuclidi alfa emettitori ed è implementata attraverso TRIM, un’applicazione inclusa nel noto programma SRIM di Ziegler e Biersack. La seconda fase è un’elaborazione della forma finale della traccia basata sull’idea di Membrey e Fromm di propagazione di un fronte d’onda sferico lungo la traiettoria della traccia durante il trattamento chimico del CR-39 e sulla dipendenza tra velocità di erosione della traccia e ionizzazione parametrizzata da Dӧrschel e Caresana.