Rischi alla salute dovuti alle sostanze radioattive, alle onde elettromagnetiche e al radon. Claudio Cazzato Fisico Medico

Transcript

1 Rischi alla salute dovuti alle sostanze radioattive, alle onde elettromagnetiche e al radon Claudio Cazzato Fisico Medico

2 Gli atomi R atomo = R nucleo M nucleo = 4000 M atomo 10-8 cm sfere da un metro a distanza di 100 chilometri!! cm Il nucleo e composto da Protoni e neutroni interagenti tramite le forze nucleari Le energie in gioco sono decine di milioni di volte piu elevate delle energie chimiche (elettroni)

3

4 Radioattività naturale La radioattività è una componente naturale dell'ambiente in cui viviamo ed ha accompagnato lo sviluppo dell'ecosistema terrestre e del genere umano fin dalla sua origine. Le radiazioni naturali presenti ovunque nell'ambiente, sono originate da tre componenti fondamentali: raggi cosmici, costituiti da radiazioni emesse dai corpi stellari, che raggiungono la terra. L'intensità dei raggi cosmici che può raggiungere l'uomo dipende dall'altitudine sul livello del mare e varia moderatamente con la latitudine;

5 Radioattività naturale radioisotopi cosmogenici, prodotti dalla interazione dei raggi cosmici con l'atmosfera e con la superficie terrestre (principalmente C-14); radioisotopi naturali già presenti all'epoca di formazione radioisotopi naturali già presenti all'epoca di formazione del sistema solare, che lentamente decadono con l'invecchiamento della terra (radioisotopi primordiali). Questi radioisotopi sono ubiquitari, cioè presenti in ogni materia, vivente e non vivente. La loro concentrazione varia molto con le caratteristiche geomorfologiche dei terreni. Particolare menzione merita il gas radon perché è presente ovunque e dà il maggior contributo alla dose da sorgenti naturali.

6

7 Radioattività naturale La dose media mondiale individuale è stimata pari a 2,4 msv/anno La media nazionale è 3,1 msv/anno. Significati incrementi alle dosi possono derivare dai voli. L intensità di dose efficace cresce al crescere delle quote di volo; si passa da un valore medio dell ordine di 0,003 msv/h a 8000 m sul livello del mare a circa 0,013 msv/h a m.

8 Radioattività da sorgenti artificiali Pratiche mediche: 1 msv/anno Emissioni nucleari in aria, uso televisori e computer: 1 msv/anno Energia nucleare da fissione per la popolazione più esposta: 0,01 msv/anno

9 Le radiazioni ionizzanti Ionizzare un atomo significa strappare uno o più elettroni dalla loro orbita intorno al nucleo: l atomo non è più neutro ma diventa carico positivamente e si chiama ione. Il comportamento chimico dello ione è diverso da quello di un atomo neutro e questo altera il materiale (ad es. una cellula) di cui lo ione fa parte. Ci sono modi diversi per ionizzare un atomo: in tutti i casi si tratta di colpire l atomo con un proiettile, quello che cambia è la natura del proiettile (o, più correttamente, della radiazione)

10 Zoologia delle radiazioni ionizzanti Le radiazioni in grado di ionizzare un atomo sono molte ma raggruppabili in tre categorie: 1) Particelle con carica elettrica (elettroni, protoni, ioni in genere) 2) Particelle senza carica elettrica (neutroni) 3) Radiazione elettromagnetica (raggi X, raggi gamma)

11 RAGGI ALFA Costituzione: sono particelle costituite da nuclei di elio (2 neutroni e 2 protoni) e hanno doppia carica positiva. Sorgente: nuclidi radioattivi. Energia: generalmente superiore a 4 MeV. Velocità: mila km/s.

12 RAGGI ALFA Potere penetrante: debolissimo (100 volte meno dei raggi beta), 2-8 cm di aria, non oltre 0,05 mm di alluminio, non oltre lo strato basale dell'epidermide, non oltre un foglio di carta. Una particella alfa di 3 MeV percorre nell'aria ca. 2,8 cm. Occorre un'energia molto elevata (7,5 MeV) perché possano penetrare entro la pelle.

13 RAGGI ALFA Potere ionizzante: molto elevato (mille volte maggiore dei beta). Una particella alfa di 3 MeV produce nell'aria 4000 coppie di ioni/mm. Pericolosità: le particelle alfa sono dannose solo se emesse entro il corpo umano. In tal caso possono creare gravi danni per la grande forza di ionizzazione posseduta.

14

15

16

17

18

19 Origine e natura Il radon è un gas nobile radioattivo, scoperto durante i primi studi sulla radioattività all'inizio del secolo scorso. Il termine "radon" fu introdotto per la prima volta da Schimt nel 1918 per indicare l'elemento con massa atomica 222 (222Rn), cioè il gas associato all'uranio-238 (238U). Nell'uso preciso, il termine radon è venuto ad indicare l'elemento con numero atomico 86. Questo elemento ha 26 isotopi che vanno da 199Rn a 226Rn, tre dei quali si riscontrano in natura.

20 Proprietà chimiche e fisiche Chimicamente, il radon è un gas nobile. Come tale, è incolore, inodore e chimicamente quasi inerte. Sebbene il radon non sia chimicamente attivo, è interessante notare che esso non è un gas totalmente "inerte".

21 Proprietà chimiche e fisiche Paragonato agli altri gas nobili, il radon è il più pesante e possiede il più alto punto di fusione, punto di ebollizione, temperatura critica e pressione critica.

22 Solubilita Il radon è moderatamente solubile in acqua e, quindi, può essere assorbito dall'acqua che fluisce attraverso la roccia o la sabbia contenente radon. La sua solubilità dipende dalla temperatura dell'acqua: più è fredda l'acqua, maggiore è la solubilità del radon.

23 Solubilita Una misura della solubilità del gas in acqua è data dal coefficiente di solubilità, definito come il rapporto della concentrazione del radon in acqua rispetto a quella nell'aria. A 20 C il coefficiente di solubilità è circa 0.25, che significa che il radon è distribuito preferenzialmente in aria piuttosto che in acqua (nel rapporto di 4:1 a 20 C).

24 La concentrazione di Radon Le quantità degli isotopi del radon nell'ambiente dipendono principalmente dalle concentrazioni di 238U, 235U e 232Th (torio-232) nel suolo e nelle rocce.

25 I figli del radon Sebbene il principale modo di eliminazione del gas radon dall'aria sia per decadimento radioattivo, i figli, essendo ioni metallici possono essere inoltre rimossi mediante processi come la deposizione sulle superfici. Nell'aria all'interno di fabbricati questi figli radioattivi possono attaccarsi alle pareti, ai pavimenti, alle persone, o alle particelle nell'aria che vengono inalate.

26 I figli del Radon Anche i prodotti del decadimento del radon non attaccati possono essere inalati e, in seguito, possono venire depositati sul tessuto del polmone. Di conseguenza, i figli del radon sono raramente in equilibrio radioattivo con il radon negli strati più bassi dell'atmosfera (vicino alla superficie terrestre) o negli interni.

27 I figli del Radon Una caratteristica importante dal punto di vista radiologico è il fatto che i quattro discendenti del radon hanno tempi di dimezzamento inferiori a 30 minuti. Una volta inalati, questi figli possono subire il decadimento prima di venire rimossi mediante meccanismi di eliminazione da parte dei polmoni.

28 Alta ionizzazione In particolare le particelle a emesse durante il decadimento sono caratterizzate da un alto trasferimento di energia lineare (radiazione ad alta LET),cioè radiazione con elevata efficacia biologica. A causa del loro breve percorso nel tessuto (40-70 mm), le particelle a vengono bloccate dalla pelle, ma quando vengono emesse da figli inalati esse irradiano le cellule epiteliali, in particolare nella regione bronchiale.

29 Fonte dominante di esposizione A causa della sua ubiquità, il radon è la fonte dominante dell'esposizione umana alle radiazioni ionizzanti.

30 Il radon nella superficie terrestre (suolo, rocce e acqua) I precursori del radon, cioè il radio ed in ultimo l'uranio, sono presenti in tutti i tipi di rocce e suoli. Le loro quantità variano con il sito specifico e con il materiale geologico. L'uranio ha tendenza a concentrarsi; si accumula in magmi che formano graniti ed in scisti formati dai fanghi marini ricchi di materia organica.

31 emanazione del radon Perchè si verifichi un efficiente rilascio di radon negli spazi d'aria del suolo, l'atomo di radon si deve formare nei primi mm della superficie del minerale per i minerali più comuni. Questa distanza è il range di rinculo di un atomo di radon all'istante della sua formazione dal decadimento del radio. I processi mediante i quali gli atomi di radon sfuggono da un dato materiale sono noti come emanazione del radon.

32 Radon indoor La maggior parte delle sorgenti del radon atmosferico outdoor, così come il suolo, l'acqua ed i gas naturali, sono anche fonti del radon indoor. La quantità di aria disponibile per la diluizione in un ambiente confinato è minore di quella disponibile all'esterno. Come conseguenza, i livelli di radon indoor sono tipicamente molto maggiori di quelli trovati outdoor. Essendo il suolo e l'acqua del sottosuolo le maggiori sorgenti di radon, grandi concentrazioni di radon possono esistere in miniere, cave, luoghi di lavoro sotterranei e stazioni termali.

33 Radon indoor Nel caso dei fabbricati, è stata posta enfasi per primo sui materiali da costruzione come fonti di radon. E' stato solo dagli anni '80 che il suolo è stato identificato come sorgente importante, specialmente per le case monofamiliari ed i luoghi di lavoro a livello di superficie. Sulla base di successivi studi dettagliati Nero (1989) ha attribuito essenzialmente tutto l'eccesso di radon indoor rispetto al livello outdoor al contributo del suolo. Si crede che il meccanismo base che porta il gas del suolo nella casa sia la differenza di pressione tra l'ambiente interno e quello esterno.

34 Radon indoor Questo flusso determinato dalla differenza di pressione (movimento da un'area ad alta ad una a bassa pressione) viene aumentato in inverno da un "effetto stack", simile a quello incontrato nel camino: effetto camino. Questo effetto camino è creato dalla continua risalita di aria calda come mostrato in figura 2. Oltre all effetto camino, contributi alla depressurizzazione della casa derivano dagli effetti del vento, dall uso di dispositivi che consumano l aria interna, ecc.

35 FIGURA 2

36 Radon indoor La principale caratteristica dei livelli di radon indoor, comunque, è la loro variabilità. Oltre ai fattori del suolo, è stato dimostrato che le caratteristiche delle costruzioni, come non ermeticità, permeabilità dei pavimenti della cantina, porte tra i solai, materiali da costruzione, microclima (temperatura, vento), fornitura d'acqua, numero di occupanti e abitudini di vita influenzano le concentrazioni di radon indoor.

37 Radon indoor Differenti indagini di vasta portata sul radon nelle case sono state effettuate in molti paesi. Uno dei risultati più sorprendenti è la grande variazione osservata nei livelli da casa a casa. Il valore della concentrazione di radon può ricoprire un intervallo che va da pochi a molte migliaia di Bqm-3 ed in alcuni casi estremi, sono stati misurati valori fino a circa Bqm-3.