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nUmeN
NUCLEAR METHODS FOR THE ENVIRONMENT
Il progetto NUMEN (2009-2011) è stato un esperimento dedicato principalmente allo
sviluppo e all’applicazione di tecniche fisiche per lo studio del particolato atmosferico:
• tecniche
di analisi con fasci ionici (Ion Beam Analysis, IBA tra cui principalmente PIXE,
PIGE, e PESA)
• tecniche di spettrometria di massa con acceleratori (Accelerator Mass Spectrometry, AMS)
• altre tecniche nucleari e ottiche.
Particolare attenzione è stata rivolta all’applicazione delle metodologie messe a punto nel
corso dell’esperimento all’analisi di particelle di dimensioni sub-micrometriche, le
“nanopolveri”.
Sezione di Firenze, LABEC
Sezione di Genova
Sezione di Milano
R. Naz.: Massimo Chiari
6 Ricercatori, FTE 4.2
R. Loc.: Paolo Prati
3 Ricercatori, FTE 2.6
R. Loc.: Roberta Vecchi
4 Ricercatori, FTE 3.2
ATTIVITÀ E COMPLETAMENTO MILESTONE
Attività / workpackage
Sezioni coinvolte
Firenze
Genova
Milano
Allestimento camera di scattering per misure
IBA in vuoto su campioni di aerosol
Linea di preparazione campioni di aerosol per
misure di 14C-AMS con separazione EC/OC
Metodi ottici per la misura di “black carbon” in
campioni di aerosol
Uso innovativo di tecniche IBA per l’analisi di
campioni di aerosol
Applicazioni delle metodologie sviluppate
all’analisi di campioni reali
Tutte le milestone (9 su 10) sono state ultimate e completate al 100%;
solo una è stata completata all’80% soltanto
CAMERA DI SCATTERING PER MISURE IBA
IN VUOTO SU CAMPIONI DI AEROSOL
EBS (C, N, O)
PESA (H)
Aerosol
sample
PIGE (Li, Be, B, F...)
PESA
(Si p-n diode)
Proton beam
PIXE (Na...U)
Remote controlled
multi-sample holder
(Target wheel)
Faraday cup
EBS
(Si p-n diode)
PIGE
(HPGe)
PIXE
(SDD)
PIXE
(Si-Li)
Ion beam
ANALISI PIXE-EBS-PESA SU CAMPIONI DI
AEROSOL RACCOLTI SU TELFON
Ep = 3.60 MeV, i = 8 nA, t = 500 sec
! = 45°
! = 150°
A>1
C
[
O
H
19F(p,p
3-5)
N
19F
S
S
Fe
Na
F
Si
Mg
Cl
Al
K
Ca
Fe
Ca
Cr Mn
Ni Cu Zn
LINEA DI PREPARAZIONE DEI CAMPIONI DI
AEROSOL PER MISURE DI 14C-AMS
PROTOCOLLI PER SEPARAZIONE EC/OC
NELLA PREPARAZIONE DEI CAMPIONI DI
AEROSOL PER MISURE DI 14C-AMS
Componente
Analisi
termoottica
Misura
14
C-AMS
Protocollo prep. campioni
TC
Combustione a 800°C in O2 per 20 min
EC
Lavaggio acqua milliQ (rimozione WSOC);
Combustione a 375°C in O2 per 40 min;
“Flash heating”: combustione a 750°C in He;
Combustione a 800°C in O2 per 20 min
OC
!
! Misura derivata: fm(TC)!TC = fm(EC)!EC + fm(OC)!OC
Area urbana di
Milano:
20% OC da fonti
naturali;
45% OC da
biomass burning
STRUMENTAZIONE PER LA MISURA DI
“BLACK CARBON” CON METODI OTTICI
• Costruzione di un fotometro polare per la determinazione della concentrazione
MILANO
di "Black Carbon" in campioni di aerosol raccolti su filtri in Teflon. Lo strumento è
stato validato mediante confronto con un MAAP.
• Costruzione di uno strumento per la misura di BC attraverso la misura della luce
GENOVA
trasmessa e riflessa ad angoli fissati di un laser. Porta-campioni multiplo per
misurare in automatico fino a 16 filtri. Lo strumento è stato calibrato mediante
confronto con un
Aethalometer e
con misure
termo-ottiche
ANALISI DI AZOTO IN CAPIONI DI AEROSOL
MEDIANTE TECNICA NRA CON DEUTONI
•Misure NRA effettuate con l’acceleratore
Pelletron da 3 MV del CNA, Siviglia
(Spagna)
•Condizioni di misura ottimali: fascio di d da
1.9 MeV; angolo di rivelazione, θ = 150°
Reazione
Q-valore
(MeV)
14
N(d,α0)12C
13.6
14
N(d,α1)12C
9.4
•Tipici MDL per N pari a 0.1 μg/cm2,
corrispondenti a 0.02 μg/m3
(campionamento secondo Direttiva
Europea EN12341)
•Confronto tra misure EBS vs NRA: EBS
fornisce per N concentrazioni circa il 20%
maggiori rispetto a NRA
MISURE PESA SU CAMPIONI DI AEROSOL
CON FASCIO ESTRATTO DI PROTONI
He flow
•È possibile effettuare misure PESA con un fascio
estratto di protoni, per la determinazione di H in
campioni di aerosol raccolti su filtri in Teflon
SDD det.
(PIXE)
Faraday
cup
proton
beam
Si(Li) det.
(PIXE)
Particle det.
(PESA)
•L’accordo tra analisi PESA con
fascio esterno e analisi PESA in
vuoto è soddisfacente
•Misure simultanee PIXE-PESA
effettuate su gran parte dei
campioni della campagna
PATOS2
H
MDL
(μg/m3)
Err
(%)
0.02
5 - 30
PUBBLICAZIONI
PRESENTAZIONI
Internazionali
Nazionali
FORMAZIONE E DISSEMINAZIONE
2 training visit IAEA (Croazia)
1 fellow IAEA (Ghana)
7 ospiti FAI (Belgio, Spagna, UK)
COLLABORAZIONI NAZIONALI E
INTERNAZIONALI
University of Birmingham
Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes
Atmosphériques (LISA), Parigi
Universidad Miguel Hernández, Elche
Centro Nacional de Aceleradores (CNA), Siviglia
Izana Atmospheric Research Centre, Isole Canarie
Dipartimento di Chimica, Univ. Firenze
CNR-IBIMET, Firenze
CNR-ISAC, Bologna
Joint Research Centre (JRC), Ispra
IAEA
ARPA Toscana
Regione Toscana
Regione Liguria
Comune di San Gimignano
BILANCIO FINANZIARIO
Missioni
Inventariabile
Consumo
Totale altri finanziamenti (PRIN2007, Sezione FI, LABEC): 240.7 kEuro