Valutazione del rischio radiogeno nel decapaggio di metallo contaminato con materiali radioattivi

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1 Valutazone del rscho radogeno nel decapaggo d metallo contamnato con materal radoattv Donzella A. (*), Formsano P. ( ), Grolett E. ( ), Zenon A. (*) (*) INFN e Dp. d Ingegnera Meccanca, Unverstà d Bresca, Va Branze 38, Bresca, antonetta.donzella@bs.nfn.t ( ) INFN e Dp. d Fsaca, Unverstà d Padova, Va Marzolo 8, Padova ( ) INFN e Dp. d Fsca Nucleare e Teorca, Unverstà d Pava, Va Bass 6, Pava Rassunto La probabltà che materale radoattvo possa rtrovars ne materal metallc non è trascurable; s rende necessaro, pertanto, valutare l rscho per lavorator che ne venssero a contatto, nelle vare fas della lavorazone. Nel presente lavoro vene valutato l rscho radogeno da rraggamento per l personale che effettua l decapaggo n bagno d HCl d cols (n accao d denstà 7,85 g/cm 3, a cu vene sottratto lo 0,6% n peso nel processo d decapaggo) suppost contamnat successvamente alla fusone e prma della loro defntva lavorazone. Al fne d valutare l rraggamento d oggett d dmenson nusual, s sono predsposte smulazon montecarlo con MCNP4c. I rsultat mostrano che le dos effcac potenzalmente rcevute per rradazone esterna sono nferor a lmt d dose per la popolazone, qualora venssero manpolat 1-5 cols. Le dos dventano confrontabl con dett lmt qualora pezz contamnat sano tutt quell che vengono manpolat n un turno. Il nuclde pù mportante è l Co-60, mentre per gl altr radonucld le dos stmate sono proporzonalmente mnor. Cò vale anche per lvell d clearance propost dalla Unone europea. La sola eccezone rguarda l caso dell Am-214, per cu la contamnazone nterna può non essere trascurable e deve essere verfcata caso per caso. Comunque, l rscho d esposzone per soggett che sostno a pù d 50 m da pezz contamnat è trascurable. A) PREMESSA Non è nfrequente che materale radoattvo contamn prodott metallc ncdentalmente (1, 2). A lvello nternazonale, noltre, s sta valutando la possbltà d rutlzzare metall provenent dallo smantellamento degl mpant nuclear (3, 4, 5, 6, 7). Ambedue le stuazon rendono necessaro valutare l rscho radogeno per lavorator che, nelle vare fas della lavorazone, venssero a contatto con metallo contamnato con radonucld. Nel presente lavoro vene valutato l rscho per l personale addetto al decapaggo del metallo (lamne d accao arrotolate sotto forma d cols). B) MATERIALI E METODI Gl scenar da consderare per la valutazone del rscho radogeno s possono rferre a due tpologe: esposzone esterna da oggett metallc; contamnazone nterna con materale radoattvo rlascato dal metallo. In entramb cas, la quantfcazone del rscho è fortemente dpendente dalle caratterstche della sorgente, coè dal radonuclde che potrebbe contamnare l metallo e dalla sua attvtà specfca (concentrazone). I radonucld potenzalmente convolt sono molteplc, a causa dell ampo utlzzo d sostanze radoattve nella socetà moderna. Dalla letteratura emerge che, n var ncdent d fusone, l materale prodotto è rsultato abbastanza unformemente contamnato con contamnazone non rmovble (1, 8, 9). 1) LE LAVORAZIONI CONNESSE AL DECAPAGGIO Le lamne d accao vengono arrotolate n cols per facltare l loro trasporto dall mpanto d fusone allo stablmento che effettuerà la loro successva lavorazone. Prma della lavorazone, però, è necessaro decapare l metallo. L attvtà d decapaggo consste nel rpulre la superfce del metallo srotolando l col, facendo passare la lamna n un bagno d HCl e arrotolandola d nuovo. La valutazone delle dos ha comportato l anals del cclo produttvo e delle manson svolte dal personale convolto nella manpolazone del col, defnendo per cascuna d esse le dstanze mede dall oggetto contamnato, temp d permanenza n tale poszone lavoratva e dspostv d protezone ndvduale utlzzat. Le operazon effettuate nelle attvtà d decapaggo s possono suddvdere n: scarco dal mezzo d trasporto; trasporto dello stesso verso l area d stoccaggo provvsora; ndvduazone e recupero del pezzo da lavorare dall area d stoccaggo; predsposzone del pezzo per la lnea d decapaggo (addetto al pulpto d ngresso e a quello d uscta dalla lnea); decapaggo della lamna che vene automatcamente srotolata, fatta scorrere n un bagno d HCl e successvamente ravvolta; predsposzone per l eventuale taglo del col 10_10_Donzella.doc - vers. 27-apr-2006 pag. 1

2 decapato e per l suo confezonamento; carcamento del pezzo sul mezzo d trasporto per l suo trasfermento; rgenerazone dell HCl e trattamento de reflu. Alcune attvtà avvengono senza l dretto ntervento dell uomo, altre rchedono che l operatore manpol l pezzo ovvero che sost ne suo press. I prodott metallc, oggetto della lavorazone (e della presente valutazone), sono lamne d accao d denstà 7,85 g/cm 3, arrotolate a forma d cols; nel processo d decapaggo vene sottratto crca lo 0,6% n peso. 2) SIMULAZIONI MONTECARLO Le dmenson de cols sono confrontabl con quelle della persona che s trova ad operare vcno ad ess ed l loro spessore è tale che l effetto autoschermante non è trascurable. Al fne d valutare l rraggamento da radazon onzzant prodotto da oggett metallc contamnat d dmenson nusual e sml a quelle de cols, s sono predsposte smulazon montecarlo con MCNP4c (10). Le caratterstche del col utlzzato nella smulazone Monte Carlo sono: 1. materale: accao AISI 1040 AISI 1040 con composzone C 0,40%, Fe 98,6%, Mn 0,07%, P 0,01% e S 0,02% e denstà 7,85 g/cm 3 ; 2. geometra: clndro cavo con dametro esterno d 1,9 m, dametro nterno d 0.76 m ed altezza par a 1,4 m; 3. poszone del clndro: n ara o appoggato su pavmento d calcestruzzo profondo 0,5 m. Nella valutazone s è posta l attenzone su seguent radonucld (consderat separatamente): Co-60, Cs-137+ (n equlbro con Ba-137m), Ra-226+ (n equlbro con Rn-222, Po-218, Pb-214, B-214 e Po-214) e Am-241. L attvtà specfca, unformemente dstrbuta per cascuno de 4 nucld, è par a 1.0 kbq/g, corrspondente ad una attvtà totale del col d 26.2 GBq. Le esposzon valutate sono drettamente proporzonal alla attvtà presente nel pezzo da lavorare e, pertanto, rsultat ottenut possono essere faclmente rapportat a concentrazon dverse da quella potzzata. I parametr fsc del decadmento radoattvo sono stat tratt da var autor (11, 12). Nella smulazone la fluenza Φ de foton e l ntenstà H*(10) d equvalente d dose ambentale, sono rlevate nel centro del clndro ed a dverse dstanze rspetto alla sua superfce esterna (contatto, 0.5 m, 1.0 m, 2.0 m, 5.0 m, 10.0 m e 20.0 m) lungo l'asse del clndro e lungo una retta passante per l centro del clndro ed ortogonale all'asse stesso. Maggor dettagl su calcol conness alla smulazone sono rportat n (13). C) RISULTATI E DISCUSSIONE Nella fgura 1, a ttolo d esempo, è mostrata la fluenza spettrale emessa dal col d accao contamnato con 26,2 GBq d Co-60 posto n ara alla dstanza d 1 m dalla superfce n drezone radale. Le ntenstà relatve de dvers pcch sono n buona approssmazone proporzonal alle probabltà d emssone, almeno ad energe abbastanza elevate (sopra l MeV). A bassa energa domna l assorbmento fotoelettrco nell accao della bobna che rduce progressvamente l ntenstà de pcch. Fgura 1 Co-60, col d accao n ara. Fluenza d foton per untà d ntervallo energetco (de = 10 Kev) Come atteso, a partà d attvtà, l esposzone maggore è dovuta al Co-60. In tabella 1 sono rportat rate d equvalente d dose ambentale dh*(10)/dt n msv/h, attese a contatto e a dverse dstanze -n drezone radale e assale- dal col depostato sul pavmento. Tal valor sono stat utlzzat per calcolare le dos effcac rcevute dal personale che lavora ne press de cols stess. 10_10_Donzella.doc - vers. 27-apr-2006 pag. 2

3 Tabella 1: rateo d equvalente d dose ambentale da un col contamnato da 1 kbq/g d Co-60 e posto sul pavmento d H*(10)/dt, msv/h Drezone 0 m 0,5 m 1 m 2 m 5 m 10 m 20 m Radale Assale Meda tra le due drezon In tabella 2 sono rportat valor d dh*(10)/dt prodott da quattro radosotop alla dstanza d 0,5m per l medesmo col, sa n drezone radale che assale. A ttolo d confronto, nella medesma tabella è rportata anche la percentuale d rraggamento dovuta a radonucld, posto 100% quella del cobalto. I valor ottenut n questo lavoro sono n sostanzale accordo con quanto calcolato per scenar conness al rcclo d metall contamnat dervant dal cclo del combustble nucleare (4). Tabella 2: rateo d equvalente d dose ambentale da un col d accao a 0,5 m d dstanza radosotopo d H*(10)/dt a 0,5 m, msv/h Poszone Percentuale Drezone radale Drezone assale del col ( ) Co In ara Su pavmento 100 Cs In ara Su pavmento 21 Ra-226 (*) In ara Su pavmento 55 Am In ara Su pavmento 0.1 Note: (*) n equlbro con prodott d decadmento, fno al Pb-210 escluso; ( ) rapporto percentuale d H*(10) prodotto dalle dverse sorgent rspetto al Co-60, stessa concentrazone Dalle smulazon emerge che: 1. l esposzone pù elevata s ha quando l col è contamnato con Co-60; 2. non v è sostanzale dfferenza tra l esposzone con l col deposto sul pavmento (cemento normale) rspetto a quando è sospeso n ara; 3. a dstanze maggor d 20 m dal col l esposzone rsulta essere trascurable. 1) VALUTAZIONE DELLA DOSE DA IRRAGGIAMENTO ESTERNO Ovvamente, le valutazon dpendono dalle potes formulate ed n partcolare: radonuclde e sua concentrazone, cclo produttvo, mansone -tempo e dstanza dal pezzo lavorato- e numero d pezz annu complessvamente contamnat. Le valutazon della esposzone esterna de lavorator sono state effettuate consderando le condzon pù cautelatve: col contamnato con 1.0 kbq/g d Co-60. Il calcolo delle dos potenzalmente assorbte dal personale è stato effettuato per un operatore che sost ne press del col per l tempo ed alla dstanza rlevat nella defnzone delle manson svolte dal personale. Nella tabella 3, suddvse per reparto e per manson, sono rportate le dos effcac potenzalmente rcevute dal personale ed mputabl alla lavorazone d 1 col (col. E/pezzo, n msv) e calcolate nel modo seguente: E = N T H& + T H& (1) rm rm dove: 1. N = numero d pezz (col o vergelle) suppost contamnat e manpolat dal lavoratore n cascun turno lavoratvo (es. N=1 per l calcolo su 1 col); 2. T = durata dell attvtà -esma della mansone consderata, n ore; 3. dh /dt= rateo d equvalente d dose ambentale, H*(10), nella poszone dell attvtà -esma, msv/h; 4. T rm = durata per turno d lavoro dell attvtà del resto del turno d lavoro (dversa per cascuna mansone), n ore, essendo T = T + T la durata totale del turno d lavoro (8 ore); rm 5. dh rm /dt = rateo d equvalente d dose ambentale, H*(10), prevsta nella poszone del resto del turno d lavoro, msv/h. 10_10_Donzella.doc - vers. 27-apr-2006 pag. 3

4 In tabella 4, a ttolo d confronto sono rportate le dos effcac rcevute da lavorator che manpolno 1 col contamnato con Co-60, Cs-137+, Ra-226+ e Am-241. Poché le dos effcac calcolate sono proporzonal alla concentrazone del radonuclde nel col, a concentrazon C dverse da 1.0 kbq/g, l ntenstà d equvalente d dose ambentale e, pertanto, le dos effcac rcevute da lavorator possono essere faclmente calcolate, come segue: C H &(C) = H &* (2) 3 10 dove dh(c)/dt è l rateo d equvalente d dose ambentale, H*(10), alla nuova concentrazone C, n msv/h; dh*/dt è l rateo d equvalente d dose ambentale, H*(10), prevsto alla concentrazone d 1.0 kbq/g, n msv/h; C è la concentrazone nel col (supposto delle medesme dmenson), n Bq/g. Tabella 3: Dos effcac (msv) da rradazone esterna (Co-60, 1.0 kbq/g) Reparto Mansone N ( ) T rm E/pezzo n/turno h/turno msv Addetto pulpto ngresso Decapaggo cols Addetto pulpto n uscta Reggtore Magazzno ngresso col Grusta Lnea d taglo Addetto alla lnea d taglo Lnea confezonamento Addetto alla lnea rotol Addetto all mballo 12 4 (+) 0.03 Addetto muletto carco laterale 80 5 (++) 0.06 Magazzn estern Addetto muletto carco frontale 80 5 (++) 0.07 col Auto magazznere < (sulla Postazone Grusta gru a cavalletto gru) esterna scarco 8 (a 10 automezz Magazznere m) Nota: ( ) numero d cols che l sngolo lavoratore può lavorare n un turno; (+) sul carrello elevatore ad una dstanza meda da rotol maggore d 10 m (consderando che l scarca); (++) sul carrello elevatore ad una dstanza meda da rotol maggore d 10 m 2) VALUTAZIONE DELLA ESPOSIZIONE INTERNA A fn della valutazone della eventuale contamnazone nterna de lavorator (dose mpegnata), è necessaro consderare che: 1. la possbltà d rlasco d materale radoattvo drettamente dall accao è trascurable, n quanto la contamnazone è non rmovble; 2. lo strato d materale superfcale che medamente vene sottratto dalla lamera durante la fase d decapaggo è par allo 0,6% n peso (crca 157 kg) ed potzzando una concentrazone d 1 kbq/g, l attvtà complessva sottratta al medesmo col è d crca 157 MBq; 3. l attvtà eventualmente rlascata dal col rmane comunque nel bagno d HCl utlzzato per l decapaggo e, per la maggor parte, non s dsperde nell ambente d lavoro, n quanto l cclo d decapaggo avvene n crcuto chuso, per preservare lavorator dalla esposzone all HCl; 4. a cclo chuso sono anche sstem d rgenerazone dell HCl esausto e d crstallzzazone dell H 2 SO 4 esausto; 5. nelle operazon d taglo (lnea d taglo) vengono prodott framment d metallo anche d rdotte dmenson, ma non tal da essere nalabl; 6. la concentrazone d radon gas (Rn-222) n ara dervante dal Ra-226 può essere consderata trascurable vsto l elevato volume d ara degl ambent oggetto della relazone; 7. la valutazone potrebbe essere non trascurable nel caso d Am-241, vsto l mpegno d dose effcace per untà d attvtà ntrodotta d questo radonuclde; 8. per l resto del rottame metallco (d dmenson macroscopche) vale quanto ndcato per l col: coè, n condzon normal, la radoattvtà non è rmovble dal metallo stesso; 9. l personale che può venre a contatto con cols utlzza guant done per manpolare oggett metallc. Sulla base d tal premesse, s può n prma approssmazone affermare che la presenza d materale radoattvo ne cols non costtusce un sgnfcatvo rscho d contamnazone nterna per 10_10_Donzella.doc - vers. 27-apr-2006 pag. 4

5 l personale, rspetto alla esposzone esterna, a parte l Am-241 da valutare caso per caso, sulla base del cclo d produzone. Tabella 4: Dos effcac (msv) da rradazone esterna d un col contamnato (var radonucld, 1.0 kbq/g) C0-60 Ra-226+ Cs-137 Am-241 Reparto Mansone dos effcac, msv/1 pezzo Addetto pulpto ngresso E-04 Decapaggo cols Addetto pulpto n uscta E-05 Reggtore E-04 Magazzno ngresso col Grusta E-06 Lnea d taglo Addetto alla lnea d taglo E-04 Lnea confezona-mento rotol Magazzn estern col Postazone esterna scarco automezz Addetto alla lnea E-05 Addetto all mballo E-05 Addetto muletto carco laterale E-05 Addetto muletto carco frontale E-05 Auto magazznere E-05 Grusta gru a cavalletto E-05 Magazznere E-05 3) RISCHI PER IL PERSONALE È da rlevare che nelle smulazon utlzzate per la presente valutazone, s è potzzato l nuclde maggormente percoloso Co-60- e per una attvtà specfca elevata, e coè 1.0 kbq/g. In tal condzon le dos effcac potenzalmente rcevute per rradazone esterna (tabella 3) sono nferor a lmt d dose effcace per la popolazone (1 msv/anno) se n un anno vengono manpolat al massmo 10 cols. La dose dventa confrontable con lmt qualora pezz contamnat sano tutt quell che vengono manpolat n un turno. Per gl altr radonucld le dos stmate sono proporzonalmente mnor (tabella 4). Eccetto che per l caso dell Am-241, le dos mpegnate sono pressoché trascurabl, rspetto alla esposzone esterna. Il rscho d esposzone per soggett che sostno a pù d 50 m da pezz contamnat è ampamente nferore a 1.0 msv/anno. D) CONCLUSIONI La presenza accdentale d radoattvtà ne rottam metallc destnat alla fusone è, purtroppo, una realtà che non può essere esclusa, ancorché l suo accadmento sa poco probable. Non essendo note le caratterstche della eventuale sorgente contamnante (radonuclde e concentrazone) s sono potzzat alcun scenar conservatv. Da rlevare, comunque, che: 1. le potes d calcolo utlzzate nelle smulazon sono suffcentemente cautelatve per affermare che le valutazon d esposzone sono conservatve per radosotop smulat; 2. le dos potranno essere maggor o mnor proporzonalmente al tenore d radoattvtà presente nel pezzo contamnato e al numero d pezz contamnat e manpolat nel corso dell anno. Le valutazon delle dos effcac rcevute dal personale per esposzone esterna e contamnazone nterna, mostrano l rspetto de lmt d dose per la popolazone se cols eventualmente contamnat sono n numero contenuto, per sotop qual Co-60 e Ra-226. Per l Cs- 137 l rspetto de lmt d dose per la popolazone è asscurato anche per concentrazon e/o numero d pezz lavorat superore a quell utlzzat nel presente lavoro. Il caso dell Am-241 va valutato sulla base delle caratterstche dell mpanto d decapaggo. Cò vale anche per lvell d clearance propost dalla Unone europea (3, 4, 14) ed n partcolare quell propost nella parte I del RP 122 (5). Infatt, per cols contamnat con concentrazon nferor a tal lvell, l rspetto de lmt d dose per la popolazone è asscurato anche per contamnazon d Co-60 e Ra-226+, purché l numero d pezz lavorat dal sngolo lavoratore nell arco dell anno non sa elevato. 10_10_Donzella.doc - vers. 27-apr-2006 pag. 5

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