ORDINE DEGLI INGEGNERI DELLA PROVINCIA DI ROMA

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1 Valutazione su scala regionale dell impatto ambientale del Radon negli ambienti antropizzati e naturali Michele Guida, Facoltà di Ingegneria Università di Salerno, INFN e C.U.G.RI. miguida@unisa.it RADIOACTIVO Roma, 6 dicembre 2010

2 Parte II: Aspetti tecnici di rivelazione e di intervento Roma, 6 dicembre 2010

3 Fattori che influenzano l accumulo di Radon negli ambienti chiusi UNIVERSITA DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Ingegneria Concentrazione del Radon nel suolo e nei materiali da costruzione (composizione) Propagazione attraverso il suolo e i materiali (permeabilità, porosità) Fattori climatici e meteorologici Convezione (differenza di pressione) Tasso di ventilazione dell'ambiente Tecnologia dell attacco a terra dell edificio Presenza di microlesioni nei pavimenti e di tubature (acqua, gas) Diffusione (differenza di concentrazione)

4 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Ingegneria METODOLOGIA DI INDAGINE RADON INDOOR Individuazione degli ambienti: Tempi di permanenza Aspetti tecnico-edilizi Numero di misure Locali separati di piccole dimensioni (inferiori a 50 m 2 ) : 1 misura per ciascun locale Locali di medie e grandi dimensioni : 1 misura ogni 100 m 2 Tecniche di misura Campionamento a lunga durata ( da 1 mese a 1 anno) Periodo di misura Misura da effettuare nella stagione fredda Ambienti ventilati il meno possibile durante il periodo di misura

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8 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Ingegneria Corso di laurea in Ingegneria civile Misuratore Geiger Gamma Scout Dose gamma di fondo Radiazione cosmica Radiazione terrestre Radioattività naturale contenuta nei materiali da costruzione Obiettivi della misura: Misurare la radioattività naturale da fondo gamma, Rγ, da sottrarre alla concentrazione di Radon misurata con dosimetria passiva ad elettreti; Investigare sul contributo dei materiali da costruzione sulla concentrazione di radiazione gamma indoor.

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14 Rivelatori di tracce nucleari (film LR-115) I dosimetri LR-115 sono costituiti da una piccola cella di diffusione (circa 1 cm) sui bordi della quale sono poste due pellicole di nitrato di cellulosa (LR-115). L esposizione alla radiazione a del dosimetro provoca il danneggiamento fisico della pellicola. M. Guida, Università di Salerno

15 Sviluppo del LR-115 Dopo l esposizione il film viene sviluppato, cioè trattato con un processo chimico o elettrochimico, in modo da rendere maggiormente evidenti le tracce. La forma delle tracce varia a seconda dell angolo di incidenza delle particelle a La profondità delle tracce dipende dall energia con cui impattano le particelle a

16 IL RADON NEL SUOLO: MISURE DI CONCENTRAZIONE La profondita ideale e infatti come detto di circa 1 metro oltre il piano di fondazione degli edifici.

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18 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Civile per l Ambiente ed il Territorio Procedura adottata per le misure eseguite con LR-115

19 Procedura adottata per le misure eseguite con LR-115 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Civile per l Ambiente ed il Territorio

20 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Ingegneria Corso di laurea in Ingegneria civile Strumentazione passiva: Sistema E-PERM della Rad Elec elettrete, disco di Teflon caricato elettrostaticamente; camera di ionizzazione, camera E-PERM, realizzata in plastica conduttiva, di volume noto, nella quale viene inserito l elettrete ; lettore SPER, strumento elettronico per la misurazione del potenziale elettrostatico superficiale dell elettrete. Sistema E-PERM della Rad Elec

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22 Il radon diffonde insieme all aria all interno della camera di raccolta di raccolta. Quando un atomo Rn decade e la particella a emessa ionizza l aria contenuta in essa, il disco di teflon raccoglie gli ioni prodotti e perde una parte della sua carica. Principi di funzionamento La variazione di carica complessiva del disco dopo l esposizione ci dice quanto è stato irraggiato. Camera di raccolta Rn disco di teflon

23 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Ingegneria Corso di laurea in Ingegneria civile Strumentazione passiva : Sistema E-PERM della Rad Elec Elettreti Short Term (ST) e Long Term (LT) COMBINAZIONE CAMERA- ELETTRETE CAMERA S + ELETTRETE ST (SST) CAMERA S + ELETTRETE LT (SLT) CAMERA L + ELETTRETE ST (LST) CAMERA L + ELETTRETE LT (LLT) TEMPI DI ESPOSIZIONE 2 7 giorni giorni giorni 3 12 mesi Camere S in posizione on ed off Camera H e camera L

24 3 V m CF Bq giorno UNIVERSITA DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Ingegneria Corso di laurea in Ingegneria civile Strumentazione passiva : Sistema E-PERM della Rad Elec I F A B Formule di calcolo Fattore di calibrazione (I+F)/2: valore medio di potenziale; A e B: costanti di calcolo, fornite dalla Rac Elec, per diverse configurazioni camera-elettrete; 1/37: legato al fattore di conversione tra Ci e Bq. RnC Bq m I F CF D 3 R C H Concentrazione di Radon in Bq/m 3 D: periodo di esposizione in giorni; R : rateo di fondo gamma in ngy/h (nano Gray/ora); C: costante di calcolo funzione del tipo di configurazione specificare meglio chi sia; H: fattore correttivo per l altitudine;

25 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Ingegneria Procedura adottata per le misure eseguita con il sistema ELEC E-Perm Inizio periodo di esposizione Calibrazione del voltmetro Registrazione del voltaggio iniziale dell elettrete Montaggio del dispositivo camera più elettrete Collocazione del sistema elettrete più camera nel punto stabilito per la misura Registrazione dell ora e della data di inizio esposizione Termine periodo di esposizione rimozione del dispositivo dal punto stabilito per la misura verifica di eventuali danneggiamenti o manipolazioni registrazione del voltaggio finale dell elettrete

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29 Equilibrio secolare In un ambiente in cui la concentrazione di Rn è stabile e dove ogni prodotto di decadimento viene rimosso soltanto dal suo successivo decadimento, si raggiunge uno stato di equilibrio (equilibrio secolare) quando tutti i radionuclidi sono presenti con la stessa attività. Questo avviene in un tempo molto più lungo (almeno 4-5 volte) dei T dei figli (in circa 3 ore tra Rn-222 e i figli a breve T)

30 I discendenti del Radon-222 Prodotto dalla famiglia radioattiva dell 238U : 238U 226Ra 222Rn 222 a Rn 218 a Po 214 Pb 214 Bi 214 a Po T 1/2 =3.82 g T 1/2 =3.05 min T 1/2 =26.8 min T 1/2 =17.9 min T 1/2 =0.1 msec 210 Pb T 1/2 (Po,Pb,Bi) << T 1/2 (Rn) T 1/2 ( 210 Pb) = 22 anni I figli del Rn sono in equilibrio secolare con il Rn fino al 210 Pb

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33 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Ingegneria Campagna di misure: Metodi e strumenti di misura utilizzati Monitoraggio in tempo reale RAD7 Monitoraggio integrato Sistema ELEC E-Perm

34 IL MONITORE RAD7 Il monitore RAD7 è costituito da una cella interna di capienza di 0.7l emisferica, con un rilevatore a stato solido al centro La cella interna è coperta da un materiale conduttore caricato da un potenziale tra 2-4 Kv relativa al rilevatore La progenie di carica positiva, proveniente dal decadimento del 222Rn o dal 220Rn viene attratta dal campo elettrico del rilevatore Quando un atomo delle progenie giunge al rilevatore e successivamente decade, emette una particella alfa, e le particelle alfa hanno il 50% di essere rilevate. Come risultato si ha un segnale elettrico di ampiezza proporzionale all energia della particella alfa Rad7 poi amplificherà il segnale e lo cataloga per energie Lo spettro del RAD7 è una scala delle energie alfa da 0 a 10 MeV, il quale è diviso in 200 canali, ciascuno di 0,05 MeV di ampiezza

35 Lo spettro del RAD MeV Alfa da 216 Po (t 1/2 = 0.15 s) 7.69 MeV Alfa da 214 Po 8.78 MeV Allfa da 212 Po Le energie alfa associate con al 222 Rn e al 220 Rn sono del range di 6-9 Mev. I canali relativi sono raggruppati nelle quattro finestre di energia ( classificate da A-D ).

36 ELETTRETE L elettrete è un disco di teflon caricato elettricamente L apparato strumentale è costituito da un elettrete stabile montato in una camera inducente elettricamente L elettrete serve sia da sorgente del campo elettrico sia da sensore Gli ioni prodotti all interno della camera vengono raccolti dall elettrete La riduzione in carica dell elettrete è legato alla ionizzazione totale durante il periodo di esposizione La riduzione di carica prodotta è misurata da una batteria usata come lettore dell elettrete

37 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Ingegneria Procedura adottata per le misure eseguita con Rad7 Misura in ambiente chiuso: l aria entra direttamente dall ugello presente sul cilindro contenente i granuli di policarbonato. Per ogni sito e per ogni giornata di misura si sono ripetuti i seguenti step: Misura indoor con protocollo Grab Purging di almeno 40 min per pulire lo strumento dall aria acquisita nella misura effettuata Inizio di un nuovo ciclo di misura Ciclo iniziale (5 minuti): aspirazione dell aria Ciclo intermedio (5 minuti): equilibrio, tra il Polonio-218 e il suo progenitore - Radon-222 Quattro cicli (ciascuno 5 minuti): misura della concentrazione di Radon nell aria che ha Precedentemente aspirato.

38 Monitoraggio integrato LR-115 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Civile per l Ambiente ed il Territorio Metodi e strumenti di misura utilizzati Monitoraggio in tempo reale RAD7

39 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Ingegneria Corso di laurea in Ingegneria civile Protocollo di misura Tipologia di misura Strumentazione adottata Misure nel suolo; Rad7 Misure indoor; Misure della radioattività naturale da fondo gamma nei locali dell abitazione Rad7, Dosimetria passiva E-Perm della Rad Elec Misuratore Geiger Gamma-Scout

40 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Civile per l Ambiente ed il Territorio Procedura adottata per le misure eseguite con RAD7

41 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Ingegneria Corso di laurea in Ingegneria civile Misura nel suolo con strumentazione attiva: Rad7 Lo strumento è stato assemblato; Si è verificata la percentuale di umidità presente nello strumento e poichè questa superava il 7% allora si è passati all operazione di purge. si è infissa la sonda nel punto di misura e costipata la porzione di terreno che la circonda; è posizionato all estremità del tubo un manometro e si è collegata la sonda allo strumento; si è avviata la misura selezionando dal menu dello strumento la funzione start;

42 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Ingegneria Corso di laurea in Ingegneria civile Strumentazione attiva: Durridge RAD7 Radon Detector Durridge RAD7 Radon Detector con sonda AMS Layout di misurazione nel suolo Spettrometria alfa

43 Spettrometria alfa su campioni d acqua prelevati in alveo o da sorgente: tecnica di misura con monitore RAD7 + RADH 2 O, Durridge Co., USA CAMPIONE DA ANALIZZARE

44 Setup RAD7 + RADH2O Il RADH2O è un accessorio del RAD7 che permette la misura del radon in acqua Il limite più basso delle rilevazione è 0.3 Bq/L Restituisce un risultato ogni 30 minuti Il sistema RADH2O è basato su uno schema di areazione a circuito chiuso nel quale il volume d aria e il volume d acqua rimangono costanti.

45 Un tubo di essiccante è posizionato prima dell inlet del contatore. Il suo scopo è di assorbire l umidità SISTEMA RADH2O La bottiglia campione è connessa al RAD7 in modalità di circuito chiuso La bottiglia campione ha uno speciale chiusura a due porte

46 AERATORE RADH2O La tecnica consiste nel produrre bolle d aria nell acqua La pompa d aria interna al RAD7 circola l aria in un rate di scorrimento di 1L/min circa nell acqua e estraendo continuamente radon Il radon proveniente dall acqua circola attraverso la colonna di essiccante e poi attraverso la camera del RAD7, poi ritorna al campione d acqua finché non si stabilisce l equilibrio tra il radon in aria e quello in acqua Dopo che l equilibrio aria-acqua è stato raggiunto, la concentrazione di attività del radon del ciclo d aria è misurata dal conteggio delle particelle alfa emesse dai figli del radon nella camera

47 Radon in acqua La concentrazione di Radon in acqua è calcolata dal fattore di distribuzione del radon tra acqua e aria data da Weigl: K= e T La concentrazione di attività presente nel campione d acqua è data da: C water V water = C air V air + k w C air V water Volumi fissati il RAD7 dà direttamente il valore C water La concentrazione di attività nell istante di campionamento è data da: C 0 = C ( t ) e λt dove λ è la costante di decadimento del radon : λ= d -1

48 Acquisizione dati sperimentali sul campo Bacino del fiume Bussento Misura di concentrazione di 222 Rn in alveo tramite sonda Prelievo di campioni d acqua in alveo o da sorgente Sonda Water Probe (Durridge Inc. USA)

49 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Ingegneria Interfaccia Terreno-Edificio Disposizione dell edificio rispetto al terreno Tecnologia dell attacco a terra dell edificio Attacco a terra con Vespaio Contatto diretto tra edificio e terreno Gradiente di temperatura L effetto camino

50 UNIVERSITA ORDINE DEGLI DEGLI INGEGNERI STUDI DELLA PROVINCIA DI SALERNO DI ROMA Facoltà di Ingegneria UNIVERSITA DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Ingegneria Risanamento degli edifici Tecniche di mitigazione Tecniche preventive Passive Attive Tecniche provvisorie Tecniche di rimedio Eliminazione dei fattori che generano depressione Depressurizzazione dell area sottostante l edificio Generazione di una sovrappressione artificiale Espulsione mediante ventilazione del Radon dai piani interrati Isolamento

51 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Ingegneria Concentrazioni maggiori al pianterreno dell edificio La differenza di pressione tra l aria del sottosuolo e quella dei locali a contatto con il suolo è la principale causa di ingresso del Radon. Azioni di tipo attivo Tecniche di rimedio Diluzione del Radon e dei suoi prodotti di decadimento e mediante l uso apparecchiature meccaniche. Depressurizzazione dell area sottostante l edificio mediante creazione di vuoto sanitario Depressurizzazione diretta del sottosuolo con pozzo di raccolta centrale

52 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Ingegneria Depressurizzazione dell area sottostante l edificio mediante creazione di vuoto sanitario Intervento poco invasivo e poco costoso. Consiste nella realizzazione di un nuovo pavimento sopraelevato con intercapedine in cui si raccoglie l aria ricca di Radon. Il Radon penetra attraverso il suolo e si accumula nel vuoto sanitario. Con l inserimento di una canna d aspirazione e di un ventilatore esso può essere espulso.

53 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Ingegneria Depressurizzazione dell area sottostante l edificio mediante creazione di vuoto sanitario

54 Depressurizzazione diretta del sottosuolo con pozzo di raccolta centrale costi limitati, tempi ridotti, abbattimento di Radon indoor dell ottanta per cento Costruzione direttamente in appoggio sul terreno Pozzetto esterno con tubazioni interne Pozzetti vengono interrati all esterno in adiacenza alla muratura perimetrale della costruzione. La profondità di alloggiamento del pozzetto nel terreno è di 80 cm. Realizzazione di un pozzetto di elementi prefabbricati, o in muratura o in plastica, al quale è collegato un sistema aspirante che capta l aria carica di Radon prima che questa possa entrare nell edificio. quattro pozzetti esterni con tubazioni interne ed un pozzetto ubicato al centro del giardino interno alla costruzione.

55 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Ingegneria Depressurizzazione diretta del sottosuolo con pozzo di raccolta centrale

56 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Ingegneria Depressurizzazione diretta del sottosuolo con pozzo di raccolta centrale Pianta piano terra pozzetti di raccolta Pozzetto Pozzetto Pozzetto Pozzetto Pozzetto