Ramona, un sistema integrato per il monitoraggio remoto di parametri ambientali
V.Roca (roca@na.infn.it), Università Federico II e INFN, Napoli

Ramona è un sistema che consente di monitorare con continuità livelli di radioattività, parametri continui, come temperatura, pressione e umidità ed ogni altra grandezza che un opportuno trasduttore possa convertire in tensione. Esso dispone di due ingressi per grandezze radiometriche. Ad uno di essi può essere collegato un qualunque rivelatore di radiazioni che lavori in regime di impulsi. All’altro una camera appositamente realizzata, parte integrante del progetto,  in cui avviene la rivelazione spettrometrica dei discendenti del radon, che possono agevolmente venire riconosciuti e registrati. 
Un software appositamente progettato consente una semplice gestione del sistema da remoto; la presenza di un’interfaccia ethernet ne rende possibile il pilotaggio in rete e offre la possibilità di realizzare sistemi distribuiti di stazioni di monitoraggio per una grande molteplicità di scopi.

Descrizione

Il sistema è costituito da tre elementi:
1 -  Una camera di raccolta elettrostatica dei prodotti di decadimento ionizzati del radon su di un rivelatore al silicio che consente la spettroscopia alfa di questi isotopi e dei loro discendenti. La camera, del volume di circa un litro, ospita anche tre sensori per la misura di temperatura, pressione e umidità, il preamplificatore del rivelatore ed i circuiti per condizionare i sensori.
2 – Un secondo set di sensori di T, P e U, per misure esterne, con relativo circuito di condizionamento, collegato direttamente al modulo di controllo del sistema.
3 – Il modulo di controllo, a cui sono collegati i primi due elementi, che contiene tutta l’elettronica, sia lineare che digitale, per la gestione del rivelatore e dei sensori, per la memorizzazione locale dei dati, nonché gli alimentatori di alta e bassa tensione. E’ disponibile un ingresso per un rivelatore esterno il cui segnale  può essere acquisito indipendentemente dai segnali provenienti dalla camera.
 L’alimentazione dell’insieme è assicurata da una batteria ricaricabile ospitata anch’essa all’interno del modulo. Questo è dotato di interfaccia ethernet che permette il pilotaggio e l’interrogazione in remoto del sistema e quindi rende naturale e semplice la gestione di una rete di queste stazioni: 
-	inizializzandole   attraverso un apposito pannello di controllo virtuale; 
-	fissando e gestendo cicli di misura alla fine di ognuno dei quali viene memorizzato l’intero set di valori dei parametri monitorati, lo spettro alfa eventualmente acquisito (o le informazioni sintetiche relative alle regioni d’interesse eventualmente predisposte);
-	consentendo in ogni momento il controllo di tutti i parametri misurati

 Il cuore dell’unità è costituito da un microcontrollore che supervisora lo svolgimento di tutte la funzioni: la gestione dell’amplificatore, la conversione A/D, la gestione complessiva dei segnali sia continui che impulsivi, la trasmissione dei dati al server di raccolta

Applicazioni

Questo sistema, nella sua prima versione, è stato utilizzato intensamente sia per il monitoraggio del radon che per la misura dell’emanazione di radon e thoron da materiali porosi, obiettivi per i quali era stato realizzato.
Le sue caratteristiche generali, tuttavia, fanno si che esso si presti in maniera ideale alla realizzazione e alla gestione di un insieme di rivelatori e/o di sensori di qualunque parametro sia possibile trasformare in una tensione elettrica variabile nell’intervallo 0-5 : ciò ne stende l’uso ad altri campi di applicazione, che complessivamente possono essere individuati sulla base di queste considerazioni:

1	come monitor per il radon,Ramona è il più completo di quelli che sono disponibili sul mercato;
2	esso offre, in uno stesso dispositivo, un sistema di acquisizione di grandezze impulsive ed un monitor per parametri lenti che possono essere scelti con grande libertà in base alle varie esigenze;
3	la disponibilità di un’interfaccia ethernet offre la possibilità di gestire facilmente una rete di stazioni. Inoltre è in programma la realizzazione di una sua versione dotata di sistema di comunicazione wireless.

A titolo puramente esemplificativo sono elencate alcune possibili applicazioni generali.

1	Monitoraggio della radioattività naturale in gallerie e ambienti sotterranei
2	Monitoraggio della radioattività e/o della dose da radiazioni in applicazioni  radioprotezionistiche in molteplici ambienti: impianti radiologici, laboratori e ambulatori di medicina nucleare, laboratori industriali dotati di sorgenti radiogene, impianti di irradiazione per sterilizzazione, acceleratori, ….  
3	Monitoraggio della radioattività ambientale di origine artificiale intorno ad impianti sensibili (centrali, depositi, impianti di riciclo,…)

4	Sorveglianza radiometrica all’ingresso di impianti che trattano rottami 

5	Monitoraggio continuo, con risoluzione di pochi secondi, di T,P e U in musei, gallerie d’arte, in genere locali che ospitano beni sensibili a questi parametri

Per quanto riguarda  le applicazioni “originarie” di Ramona, quelle cioè che vertono sulla misura continua del radon,  pur non essendo questa richiesta per le ordinarie misure di verifica delle concentrazioni indoor, si possono agevolmente identificare alcuni caso tipici in cui questa modalità di operazione è senz’altro utile:

1	Monitoraggio della concentrazione di radon nel suolo – La variazione di questa grandezza è da anni indagata per poterla correlare all’attività sismica e/o vulcanica di determinate zone. La conclusioni definitive è dovuta soprattutto all’assenza di dati che siano nello stesso tempo numerosi e prodotti con la necessaria risoluzione temporale. Infatti, con poche eccezioni, il monitoraggio ha riguardato estensioni di territorio non grandi, con pochi punti di misura, ed è stato effettato con tecniche integranti (principalmente rivelatori di tracce) posizionati e letti con frequenza generalmente settimanale. Ramona permette di raggiungere questo risultato, con l’ulteriore vantaggio di  poter gestire i dati in tempo reale. 
2	Monitoraggio dell’aria negli stabilimenti termali, dove la concentrazione dell’isotopo 222 in aria potrebbe variare violentemente in funzione delle varie fasi dell’attività (manipolazione dei fanghi, stato delle aperture, …)
3	Monitoraggio del radon in gallerie e miniere, dove chi lavora è esposto a concentrazioni superiori di due ordini di grandezza ai valori medi.
4	Monitoraggio del radon in laboratori sotterranei (p.es. i LNGS) dove sarebbe interessante valutare il grado d’interferenza tra i segnali prodotti dal radon presente nell’aria e i segnali osservati dagli esperimenti ivi condotti.
5	Studio in laboratorio dell’emanazione del radon (Laboratori di radioattività,, Arpa, Asl) Anche in questo caso la possibilità di separare spettroscopicamente i due isotopi del radon è essenziale, perché in questo tipo di misura sono presenti entrambi e non separarli comporterebbe grandi indeterminazioni sul risultato
6	Strumento di riferimento per altra strumentazione (Lr, Arpa, Asl)
7	Verifica veloce del livello di radon (la risposta è pronta in 20 mi).

Prospettive di sviluppo

 	Di sistemi Ramona è stata  costruita già una prima serie i cui esemplari hanno funzionato e funzionano anche in ambito non specialistico (scuole) e sono stati esposti in vari contesti espositivi. L’uso ha evidenziato alcuni punti di debolezza o ha suggerito delle modifiche che sono state realizzate presso il Servizio Elettronica e Rivelatori del DSF e della Sezione INFN. Questo porterà ad una seconda serie che sarà  disponibile prima dell’estate. L’eventuale sviluppo industriale è subordinato alla realizzazione di uno spin-off o all’intervento di un partner esterno.