limitare i danni Il pericolo può essere NON immediatamente rilevabile oppure può essere NON valutabile in tutta la sua portata NUCLEO NBCR

Transcript

1 INTERVENTI NBCR Il pericolo può essere NON immediatamente rilevabile oppure può essere NON valutabile in tutta la sua portata Prevenire = informare conoscere + i rischi formare per limitare i danni 1

2 RISCHIO NUCLEARE : indice degli argomenti BREVE RASSEGNA STORICA MODELLO ATOMICO: gli isotopi, gli ioni e la radiazione EM RADIAZIONI IONIZZANTI: il decadimento radioattivo REAZIONI NUCLEARI: la fissione e la fusione RADIOATTIVITÀ: la misura e le reti di rilevamento ENERGIA NUCLEARE: l impiego civile - bellico - terroristico ESPLOSIONE NUCLEARE: gli effetti ambientali INCIDENTI NUCLEARI: la scala INES EFFETTI SULL ORGANISMO: i danni da esposizione 2

3 RISCHIO NUCLEARE : breve rassegna storica E.Rutherford 1911: modello atomico planetario M.Planck 1900: teoria del quanto di azione A. Einstein 1905: fotone (quanto del campo EM) ad una radiazione di frequenza V è associato un fotone di energia E N. Bohr 1913: quantizzazione energia delle orbite ad ogni orbita corrisponde un definito valore dell'energia dell'elettrone L.deBroglie 1923: teoria ondulatoria della materia l elettrone di un atomo non é più una particella che ruota su un'orbita ben definita attorno al nucleo, ma elettricità delocalizzata in un'onda che fornisce la probabilità di trovare l'elettrone in un certo posto attorno al nucleo La fisica nucleare comprende lo studio della struttura del nucleo atomico, l'analisi dei suoi livelli energetici, l'interpretazione dei possibili processi di interazione tra nuclei e altre particelle subatomiche o radiazioni (reazioni nucleari) e soprattutto la ricerca di una teoria soddisfacente delle forze nucleari.fra tutte le esperienze usate per formulare la teoria della struttura atomica, ve ne sono alcune che hanno avuto maggior influenza nel rivelare le sue principali caratteristiche. Vi sono stati fondamentalmente tre stadi principali: la scoperta della natura elettrica della materia e della natura dell'elettricità stessa (1900); la scoperta che l'atomo è costituito da un nucleo circondato da elettroni (1911); la scoperta delle leggi meccaniche che governano il comportamento degli elettroni nell'atomo (1925). Albert Einstein enunciò nel 1905 la teoria secondo la quale è possibile trasformare in grande quantità di energia piccole quantità di materia secondo la seguente formula: E=mc², in cui E è la quantità di energia ottenuta sotto forma di calore, m la massa della materia impiegata e c una costante pari alla velocità della luce che è pari a circa Km/sec. 3

4 RISCHIO NUCLEARE : breve rassegna storica 5:29:45 16 luglio 1945 deserto di alamogordo (new mexico) Enrico Fermi Il fenomeno della radioattività può essere anche indotto: può essere creato artificialmente bombardando nuclei di atomi con particelle pesanti. F. Joliot e i Curie scoprirono la radioattività artificiale, ma Enrico Fermi, studioso italiano, intuì per primo l'importanza del fenomeno, infatti nel 1942, unitamente ad un'équipe di scienziati americani, pose allo studio e realizzò il progetto di una pila atomica (o reattore nucleare) per l'utilizzo in maniera controllata di questa nuova forma di energia. 4

5 RISCHIO NUCLEARE : il modello atomico elettrone nucleo orbitali Un atomo è costituito da un nucleo estremamente piccolo, carico + attorno al quale ruotano sugli orbitali atomici gli elettroni, che hanno carica elettrica - Il nucleo è costituito dai nucleoni: protoni con carica + e particelle neutre dette neutroni, che si muovono all'interno del nucleo con velocità dell'ordine di km/s. Nel nucleo la forza elettrostatica repulsiva esistente tra i protoni che hanno la stessa carica elettrica viene vinta da una forza [1:1milione] detta nucleare forte, che agisce solamente su distanze dell'ordine delle dimensioni del nucleo. Questa forza tiene uniti i nucleoni. Dentro i nucleoni vi sono delle particelle ancora più piccole chiamate quark. Gli elettroni hanno carica pari a quella dei protoni, ma di segno opposto e massa trascurabile rispetto al nucleo, che è diecimila volte più piccolo dell'atomo, ma contiene il 99,9% dell'intera massa atomica Un atomo neutro ha carica netta nulla: si hanno tanti protoni (+) quanti sono gli elettroni (-). Uno ioneèun atomo con una carica netta diversa da zero. 5

6 RISCHIO NUCLEARE : il modello atomico numero atomico Z: numero di protoni presenti nel nucleo, distingue tra loro gli atomi dei diversi elementi chimici N: numero di neutroni presenti nel nucleo massa atomica del nucleo: A = Z+N (somma dei protoni e dei neutroni) Isotopi: atomi che hanno stesso Z ma diverso N. Per identificare i vari isotopi si fa seguire al nome dell'atomo il numero di massa, A. H 1 1 H 2 1 H 3 1 Tutti gli elementi aventi un numero atomico superiore a 92 sono stati ottenuti artificialmente dall'uomo e vengono detti elementi transuranici, essendo l'uranio caratterizzato da Z=92. Tra tutti gli elementi, esistono circa 270 isotopi stabili e più di 2000 isotopi instabili, chiamati anche radioisotopi o radionuclidi, poiché le trasformazioni associate generano emissioni radioattive. 6

7 RISCHIO NUCLEARE : la radiazione elettromagnetica Radiazione: in fisica descrive fenomeni apparentemente assai diversi tra loro, come l'emissione di luce visibile da una lampada, di radioonde da un circuito elettrico, di raggi infrarossi da un corpo incandescente, di raggi X da una macchina radiogena e così via. La caratteristica peculiare comune a tutti questi fenomeni è il trasferimento di energia da un punto a un altro dello spazio senza che vi sia il movimento di corpi macroscopici e senza il supporto di un mezzo materiale. Si distinguono le radiazioni in corpuscolari ed elettromagnetiche, sulla base del loro comportamento prevalente: - le radiazioni corpuscolari sono costituite da particelle sub-atomiche che si spostano con velocità assai elevate, spesso prossime a quelle della luce; - le radiazioni elettromagnetiche si propagano nel vuoto con la velocità della luce e sono classificate in modo differente a seconda della loro energia. La radiazione elettromagnetica è un trasferimento di energia descrivibile come un fenomeno ondulatorio composto da un campo elettrico e uno magnetico correlati e rapidamente oscillanti. Albert Einstein evidenziò nel 1905 che le radiazioni elettromagnetiche si comportano, nell' interazione con la materia ponderabile, come se fossero costituite da particelle quantistiche detti fotoni. L energia della radiazione dipende dalla lunghezza d'onda, la quale può variare dalle onde radio (le meno energetiche) ai raggi gamma, passando per la luce visibile all occhio umano. 7

8 RISCHIO NUCLEARE : le radiazioni ionizzanti Ionizzazione: la radiazione cede energia agli atomi della materia mentre la attraversa, provocando il distacco di alcuni elettroni dalle proprie orbite. Si formano così coppie di ioni Radiazione Velocità Potere penetrante Potere ionizzante Percorso in aria α (nuclei He) km/s bassissimo altissimo qualche cm β (elettroni o positroni) km/s basso alto qualche metro γ (fotoni) km/s altissimo basso qualche km Nel 1896 il fisico H. Becquerel scoprì che alcuni minerali di uranio emettevano radiazioni in grado di impressionare lastre fotografiche; gli studi sul fenomeno vennero continuati dai Curie che nel 1898 riuscirono ad isolare due elementi radioattivi: il polonio e il radio. Nel 1899, Rutherford dimostrò che tutti i composti dell'uranio producevano tre differenti tipi di radiazioni: decadimento alfa: emissione di un nucleo di elio, detto particella alfa; la diminuzione del numero di protoni determina nel nucleo sorgente un cambio sostanziale, formando un altro elemento chimico. decadimento beta: elettroni emessi dal nucleo. decadimento gamma: si presenta quando nel nucleo si hanno dei ri-arrangiamenti nella disposizione dei neutroni e dei protoni verso configurazioni più stabili, in genere subito dopo un decadimento alfa o beta. I raggi gamma sono fotoni altamente energetici, della stessa famiglia dei raggi x e della luce visibile, manifestazioni del campo elettromagnetico. 8

9 RISCHIO NUCLEARE : le reazioni nucleari fissione fusione È possibile rendere radioattivo un elemento stabile alterandone la struttura nucleare. Questo può avvenire con reazioni di fissione o di fusione, il cui scopo primario è liberare e rendere sfruttabile l'energia di legame contenuta nel nucleo (energia nucleare). La fissione nucleare è un processo nel quale un nucleo pesante si spezza in due nuclei più leggeri. In seguito all'urto tra un neutrone e un atomo dell isotopo 235 dell'uranio, quest'ultimo si spezza in due isotopi leggeri di vario tipo, liberando anche neutroni: questi vanno a replicare la fissione in altri atomi di uranio 235 innescando quella che si definisce una reazione a catena. Reazione a catena: i neutroni prodotti in una reazione vanno a loro volta a provocarne altre, in una crescita che può essere controllata (centrali nucleari) o incontrollata (bombe atomiche). I prodotti della fissione sono nuclei più leggeri dotati di grande velocità (8000 km/s). L energia di movimento ad essi associata viene perduta nei numerosi urti con gli altri atomi presenti. Il risultato finale è il riscaldamento di tutto il materiale presente. La fusione è una reazione nucleare nella quale due nuclei leggeri si fondono per formarne uno più pesante. Reazioni di fusione si verificano in natura nel sole e nelle stelle o per l'azione dell'uomo negli ordigni termonucleari (bombe all'idrogeno). Un esempio di reazione termonucleare è quello che coinvolge due isotopi molto importanti dell'idrogeno: deuterio e trizio. 9

10 RISCHIO NUCLEARE : radioattività e radioprotezione LE SORGENTI NATURALI Perché i radioisotopi non si disintegrano completamente fino a diventare nuclei stabili, ma invece sono presenti naturalmente sulla terra? periodi di dimezzamento lunghissimi, come per l'uranio-238 (4,5 miliardi di anni) o per il potassio-40 (1,3 miliardi di anni) rigenerazione, esistono radioisotopi prodotti dal decadimento dei precedenti (ad es. il radio-226 prodotto dalla disintegrazione dell'uranio) raggi cosmici, che bombardando l atmosfera producono costantemente radioisotopi, come il carbonio-14 La radioattività naturale è data da una componente di origine terrestre, dovuta ai radionuclidi presenti nei materiali inorganici della crosta terrestre (rocce e minerali). La concentrazione di materiale radioattivo dipende dalla conformazione geologica delle diverse aree; inoltre numerosi materiali da costruzione emettono quantità relativamente modeste di radiazioni. Anche le acque contengono nuclei radioattivi, a causa sia delle piogge, che trasportano le sostanze radioattive dell'aria, sia delle acque di drenaggio che convogliano nei bacini idrici le sostanze presenti nelle rocce e nel suolo. È pure presente una componente extraterrestre, dovuta essenzialmente ai raggi cosmici, particelle cariche che provengono dalla spazio interstellare e interagiscono con l'atmosfera originando altre particelle secondarie, anche se per la maggior parte i raggi cosmici primari vengono assorbiti nello strato più alto dell'atmosfera. Inoltre alle alte quote il loro flusso è comunque maggiore che sul livello del mare. 10

11 RISCHIO NUCLEARE : radioattività e radioprotezione CONTROLLO AMBIENTALE: Europa: Raccomandazione della Commissione Europea dell'8 giugno 2000, n. 2000/473/Euratom Italia: decreto legislativo 17 marzo 1995, n. 230: affida all'anpa (attualmente APAT) il coordinamento tecnico delle reti nazionali di sorveglianza della radioattività ambientale. ATTIVITÀ DI VIGILANZA: D. Lgs. 230/95 APAT deve vigilare su tutte le attività inerenti alle radiazioni ionizzanti: installazioni mediche; impianti nucleari e impatto radiologico nelle vicinanze degli impianti; impiego di radioisotopi e di attrezzature radiogene; trasporto di materiali radioattivi; macchine sperimentali per la fusione presenti nei laboratori di ricerca; detenzione e impiego di materiali fissili quali l'uranio-235 e il plutonio; misure di protezione degli impianti. Obiettivo: valutare le concentrazioni di radionuclidi presenti nell'ambiente e negli alimenti e misurare le dosi ricevute dalla popolazione a seguito dell'esposizione alle radiazioni ionizzanti. Vigilanza APAT: con la sola esclusione delle esposizioni per trattamenti medici. Radioattività di una sostanza: numero di disintegrazioni nucleari al secondo, ad ogni decadimento corrisponde l emissione di radiazioni alfa, beta o gamma. Unità SI di misura: becquerel, 1 Bq = 1 decadimento/sec. Attività specifica: numero di disintegrazioni al secondo che si hanno nell'unità di massa della sostanza. Unità di misura: becquerel su chilogrammo (Bq/kg). 1 grammo di radio emette in un secondo 0,033 joule (unità SI dell'energia). Se l energia è trasferita a un corpo di massa 1 kg, la dose assorbita da tale materia è pari al rapporto tra energia e massa: D=0,033 J/kg. All'unità J/kg è stato attribuito il nome di gray (simbolo Gy). Se la materia irradiata è il corpo umano, grandezze come il bequerel e il gray non possono descrivere completamente la nocività della radiazione. Si definisce allora la dose equivalente e una nuova unità di misura chiamata sievert (simbolo Sv): misura dell'energia assorbita per unità di massa, dove l'energia viene valutata in funzione di un fattore che dipende dalla specificità della radiazione e del tessuto che l'assorbe. Il limite massimo di dose stabilito dalla legge italiana per un individuo della popolazione è 1 millisievert (1mSv)/anno al di sopra della dose naturale di radiazioni. Secondo gli studi sugli effetti a lungo termine, questa dose corrisponde ad una probabilità di sviluppo di un cancro o leucemia mortale pari a 1/

12 RISCHIO NUCLEARE : radioattività e radioprotezione L Agenzia Regionale per la Protezione dell Ambiente esegue periodicamente misure radiometriche in ambito regionale. I dati confluiscono nel sistema di calcolo ARIES che elabora previsioni di diffusione di una eventuale nube radioattiva su scala europea Reti di monitoraggio. Il sistema di controllo della radioattività ambientale italiano si sviluppa attualmente in una serie di reti: le Reti Regionali di Sorveglianza della Radioattività Ambientale e le Reti Nazionali di Sorveglianza della Radioattività Ambientale. Queste ultime comprendono: Rete RESORAD (coordinata dall APAT) dei rilevamenti e delle misure effettuati dagli istituti, enti ed organismi idoneamente attrezzati; Reti APAT di allarme: rete GAMMA (dose gamma in aria), rete REMRAD (particolato atmosferico); Rete di allarme del Ministero dell Interno. A queste vanno aggiunte le reti di sorveglianza locale della radioattività ambientale degli impianti per la produzione di combustibile nucleare, gli impianti per la produzione di energia nucleare, anche se in fase di dismissione, gli impianti di ricerca, gestite dal titolare dell autorizzazione o del nulla osta o dagli esercenti secondo quanto prescritto dall art. 54 del D.Lgs.230/95 e s.m.i. 12

13 RISCHIO NUCLEARE : l energia nucleare - uso civile radiodiagnostica Applicazioni in campo medico: radioterapia. L'esposizione dei tessuti viventi a radiazioni provoca la distruzione cellulare del tessuto irradiato. Un altro settore nel quale vengono adoperati radionuclidi è la cosiddetta radiodiagnostica, con la quale si ottengono informazioni sui processi vascolari e metabolici. Le radiazioni sono uno strumento a basso costo anche per sterilizzare i presidi medici e disinfettare i cibi. Datazione di reperti: una sostanza radioattiva decade con regolarità nel corso del tempo, cioè il numero dei radionuclidi che la costituiscono si riduce nel tempo con un ritmo costante indipendentemente dalle condizioni chimiche o fisiche a cui può essere stata soggetta la sostanza, sin dalla sua formazione. Conoscendo il periodo di dimezzamento T1/2 e le due quantità dell isotopo radioattivo e dell isotopo stabile finale è possibile risalire al tempo trascorso T. Altri impieghi dei radionuclidi: come sensori nei rivelatori di fumo o sono utilizzati come traccianti per la rilevazione di perdite in oleodotti e per l'identificazione di corsi d'acqua sotterranei. 13

14 RISCHIO NUCLEARE : l energia nucleare - uso civile le centrali elettro-nucleari di potenza per la produzione di energia 1 kg U kwh - 1 kg carbone 8kWh In ogni fissione si producono in media da due a tre neutroni di energia elevata che si spostano a grande velocità ( km/s) da un atomo di uranio all'altro. La reazione a catena deve essere continuamente controllata, perché il ritmo di fissione dei radioisotopi rimanga costante nel tempo e non aumenti. Questo si ottiene con le barre di controllo e il moderatore. Le barre di controllo (cadmio, boro) sono in grado di assorbire una parte dei neutroni prodotti: se la reazione ha prodotto tre neutroni, due vengono catturati e solo uno va a fissionare un altro nucleo pesante. La sostanza moderatrice, invece, non assorbe i neutroni ma si limita a frenarli (da km/s a 2 km/s), mediante l'ostacolo offerto ai neutroni dai suoi atomi. 14

15 RISCHIO NUCLEARE : l energia nucleare - uso civile modello di funzionamento di una centrale elettro-nucleare Una centrale elettro-nucleare è formata sinteticamente da alcuni componenti: Il reattore nucleare nel quale avviene la fissione controllata, un impianto per trasportare il calore prodotto dal reattore all'acqua che deve essere surriscaldata, la caldaia contenente l'acqua, la turbina a vapore, e l'alternatore che è collegato alla turbina. Nel reattore è montato il moderatore, esso è fatto di grafite, berillio o acqua e serve a rallentare la velocità dei neutroni,liberati dalla fissione. Nei reattori nucleari viene usato un combustibile formato da barre di polvere di ossido di uranio arricchito, lunghe fino a 3,7 metri. La fissione dell'uranio sviluppa grandi quantità di calore all'interno del reattore appositamente racchiuso in una costruzione molto robusta di acciaio e di calcestruzzo. Il calore viene trasportato dal reattore all'esterno per mezzo di un fluido refrigerante (un tempo era usato gas ma oggi è quasi sempre impiegata acqua) che raffredda il reattore e si riscalda. Esso viene costretto a passare in uno scambiatore di calore dove cede calore all'acqua, l'acqua bolle e produce vapore usato per azionare la turbina sul cui asse si trova anche l'alternatore e così si ottiene il prodotto finale: energia elettrica. 15

16 RISCHIO NUCLEARE : l energia nucleare - uso civile gestione e smaltimento delle scorie radioattive Si possono classificare le scorie radioattive in due grandi gruppi: i nuclei risultanti dalle fissioni che hanno periodi di dimezzamento non superiori ai 30 anni e i nuclei che si formano per assorbimento neutronico negli elementi fissili e fertili, il cui tempo di dimezzamento è molto più lungo. L'attuale smaltimento dei rifiuti radioattivi consiste nel seppellire i barili contenenti le scorie a grande profondità, in formazioni geologiche di cui si possa prevedere la stabilità per moltissimi secoli, ma avere la sicurezza totale non è mai possibile. PROPRIETÀ DEL SITO DI STOCCAGGIO: Impermeabilità alle radiazioni Deposito profondo in sito geologico specifico (strato di argilla o granito o salgemma) Assenza rischio sismico e vulcanico Assenza rischio inondazioni e contaminazione falda acquifera Accessibilità e sicurezza Nell Unione Europea ci sono 145 centrali nucleari che necessitano di 2500 t di combustibile all anno. Ogni europeo ha in carico 14 g all anno di scorie radioattive da smaltire (oltre alle testate nucleari). In Italia ci sono m 3 di scorie e migliaia di fusti stoccati. 16

17 RISCHIO NUCLEARE : l energia nucleare - uso bellico 6 agosto 1945 ore 8:15 in Giappone La bomba A è un ordigno atomico a fissione, utilizzato per la prima volta durante la Seconda Guerra Mondiale, su Hiroshima ("Little Boy", circa 13 Kt ) e Nagasaki ("Fat Man", circa 22 Kt), costituito da un nocciolo di materiale radioattivo, generalmente uranio arricchito (U-235 in maggiore percentuale, U-238 in minore percentuale) o plutonio Per impedire fuoriuscite di neutroni, il nocciolo è rivestito da un guscio protettivo di metallo pesante. Little Boy era lunga 3 m, aveva un diametro di 71 cm e pesava kg. Fu fatta detonare a circa 560 m d'altezza ed ogni cosa nel raggio di due chilometri dal centro dell'esplosione fu distrutta. 17

18 RISCHIO NUCLEARE : l energia nucleare - uso bellico La bomba atomica sfrutta la fissione nucleare, mentre la bomba nucleare, o bomba all'idrogeno, sfrutta la fusione nucleare. L'enorme quantità di energia liberata da entrambe queste armi genera un'onda d'urto, calore e radiazione Bomba A. La detonazione può avvenire in due modi: 1) detonazione a blocchi separati (gun-triggered fission bomb) Il nocciolo è formato da uranio arricchito diviso in due masse sub-critiche. La massa critica è la quantità minima di sostanza fissile capace di innescare una reazione a catena ed è estremamente instabile e quindi difficilmente gestibile. Come innesco viene utilizzato esplosivo convenzionale, che scaglia un proiettile di uranio contro un blocco, sempre di uranio, dove è collocata una sorgente di neutroni detta iniziatore (generalmente formata da polonio e berillio). Si ottiene così il raggiungimento di una massa totale definita supercritica. Contemporaneamente, l'urto attiva l'iniziatore che comincia a bombardare tale massa con un numero elevatissimo di neutroni, innescando la reazione a catena. 2) detonazione a implosione Il nocciolo è formato da plutonio-239 in forma di sfera cava rivestita da vari strati di metalli, esplosivo tradizionale e detonatori. Al centro della sfera è collocato l'iniziatore. L'esplosione dei detonatori provoca un'onda d'urto circolare e concentrica, tale da comprimere il plutonio modificandone la concentrazione con conseguente raggiungimento della massa supercritica tale da attivare l'iniziatore; si innesca così la reazione a catena. La bomba H è un ordigno termonucleare, prevede cioè un processo di fusione abbinato a più processi di fissione, ciascuno dei quali fornisce energia allo stadio successivo: il risultato è un'esplosione nucleare dell'ordine di 10 Mt in 600 miliardesimi di secondo. Nel 1968 ha avuto inizio negli USA la produzione della B61, la principale arma termonucleare americana. Questo modello ha dato origine a una vera e propria famiglia di ordigni atomici. 18

19 RISCHIO NUCLEARE : l energia nucleare - terrorismo Le "bombe portatili" sono ordigni atomici di piccole dimensioni la cui testata è formata da un tubo contenente due blocchi di uranio che, se uniti, esplodono. L'utilizzo di queste bombe è prettamente terroristico: sebbene il loro effetto non sia paragonabile a quello di armi nucleari con potenza dell'ordine di megaton, esse conservano una capacità distruttiva assai maggiore rispetto agli esplosivi tradizionali, soprattutto per la grande quantità di radiazioni emesse. Come entrare in possesso di materiale fissile per poter costruire un ordigno nucleare portatile: acquistarlo o rubarlo deviarlo da attività pacifiche (centrali nucleari ) in violazione alle clausole di salvaguardia dell'iaea produrlo in proprio in siti non controllati Un gruppo terroristico potrebbe tentare azioni di sabotaggio contro centrali nucleari, reattori di ricerca, siti di stoccaggio o assalti a convogli durante il trasporto di radioisotopi 19

20 RISCHIO NUCLEARE : l esplosione nucleare L'energia si trasferisce all'ambiente circostante in varie forme: radiazione termica onda d'urto fungo atomico radiazione nucleare impulso EM radiazione residua FALL - OUT Effetti ambientali, per una esplosione pari a 1 Mt. Onda termica (35% dell'energia prodotta): si forma una palla di fuoco, la cui energia luminosa provoca un lampo di luce tale da provocare cecità temporanea e danni permanenti alla capacità visiva. La quantità di calore sviluppata porta la temperatura a valori dell'ordine di milioni di gradi Celsius, con conseguenze concentriche: vaporizzazione immediata di ogni cosa nel raggio di 10 km dall'epicentro, ustioni di terzo e quarto grado nel raggio di km, di secondo grado nel raggio di km, di primo grado nel raggio di km, sviluppo di incendi nel raggio di 15 km. Nel caso di un'esplosione in superficie, in corrispondenza dell'epicentro si ha rimozione del suolo e degli altri materiali presenti: si forma quindi un cratere le cui dimensioni variano a seconda dell'altezza alla quale l'ordigno viene fatto esplodere. Onda d'urto (50% dell'energia prodotta): l'enorme pressione generata dall'esplosione produce, dopo una frazione di secondo, un'onda d'urto (un muro d'aria fortemente compressa) con velocità elevatissima, che a sua volta provoca la distruzione di ogni cosa nel raggio di 1500 metri, danni enormi agli edifici, morte di chiunque si trovi nel raggio di 10 km. Dopo appena 1,8 secondi dall'esplosione, il fronte dell'onda d'urto ha coperto una distanza di 800 m. Fungo Atomico: l'elevata temperatura provoca la formazione di masse gassose sotto pressione, tali da formare una palla di fuoco che si estende per centinaia di metri attorno all'epicentro dell'esplosione, con emissione di raggi UV, IR, calore e luce visibile. Essa possiede una velocità ascensionale di circa 170 km/h e trascina con sé i residui della bomba e detriti vari. Si forma così la "nuvola radioattiva", che raggiunge la sua altezza massima dopo pochi secondi, si stabilizza, e continua a crescere in larghezza, prendendo la caratteristica forma a fungo. Gli strati esterni risucchiano aria, provocando un ciclone capace di spazzare via tonnellate di materiale dal terreno sottostante. I venti violenti propagano incendi su vasta scala. Onda radioattiva (15% dell'energia prodotta): raggi gamma e neutroni. Nel caso di una bomba N, l'irraggiamento supera i 100 km. A questo si associa l'effetto NIGA (Neutron Induced Gamma Activity): se la sfera primaria, cioè la zona dove avvengono le reazioni nucleari, entra in contatto con il suolo, lo irraggia con neutroni rendendolo fortemente radioattivo. Effetto EMP (Electro Magnetic Pulse): l'enorme quantità di radiazioni genera un immediato campo elettromagnetico, tale da annullare su vasta scala qualsiasi sistema elettrico o elettronico non schermato. Effetto Fall-out (due ore circa dopo l'esplosione): ricaduta in tempi differenti di materiale radioattivo, sollevato in quota dall'esplosione. I detriti aspirati dal fungo atomico vengono a contatto con i prodotti di fissione, e diventano a loro volta radioattivi. Essendo composti da sostanze di natura diversa, ricadono al suolo sotto forma di polvere e ceneri con velocità direttamente proporzionale alle rispettive masse. Si parla quindi di fall-out primario con ricaduta veloce e di fallout secondario con ricaduta da sei a trenta ore dopo l'esplosione. La pericolosità del fall-out (ovvero la sua radioattività) è massima nella fase iniziale e diminuisce poi fino a stabilizzarsi. La distribuzione e la durata del fenomeno dipendono anche dalla potenza dei venti in alta quota. Le particelle microscopiche possono giungere sino alla troposfera e ricadere poi con le piogge. Se finiscono scagliate nella stratosfera, e quindi sotto l'influenza dei venti stratosferici, possono restarvi per mesi o anni e compiere più rivoluzioni attorno al globo terrestre (fallout globale). Ricadono solo quando trovano correnti discensionali o transitano sopra le zone polari. I prodotti di ricaduta più comuni e insidiosi sono il cesio- 137 e lo stronzio-90: si ritrovano anche nel pulviscolo radioattivo del fall-out stratosferico e possono contaminare zone immensamente vaste. 20

21 RISCHIO NUCLEARE : incidenti nucleari Categorie di eventi da prevedere e considerare: eventi di origine umana smarrimento di sorgenti radioattive furto azione criminosa che possa portare a danneggiare le sorgenti esplosione da reazione chimica o fisica incontrollata manutenzione di ambienti o impianti incendio (doloso o meno) versamento accidentale di reflui contaminati eventi di origine naturale evento sismico allagamento incendio da innesco naturale (fulmine) 21

22 RISCHIO NUCLEARE : incidenti nucleari Scala Internazionale degli Eventi Nucleari (INES) Obiettivo: rendere omogenea la notifica al pubblico di un evento anomalo. 0 Deviation: senza conseguenze 1/3 Incident: dosi crescenti per i lavoratori esposti 4/7 Accident: conseguenze sempre più gravi all'esterno dell'impianto stesso Scala internazionale degli eventi nucleari approvata nel 1992 dalla IAEA - Agenzia Internazionale per l'energia Atomica (IAEA) 22

23 RISCHIO NUCLEARE : effetti sull organismo Il rapporto DOSE / EFFETTO è estremamente vario, in funzione di molti parametri: Natura delle radiazioni: Corpuscolari - alfa e beta Elettromagnetiche - raggi gamma e raggi X Modalità di irraggiamento: esterno o interno Estensione della superficie corporea irradiata: irraggiamento globale con 600 Rad è letale per il 100% degli individui. La stessa dose determina solo un modesto eritema cutaneo se viene irradiata su una piccola parte della superficie corporea, come ad es. una mano L'uomo può essere esposto alla radioattività in due modi: per esposizione esterna, che avviene quando l'individuo si trova sulla traiettoria delle radiazioni emesse da una sorgente radioattiva situata all'esterno dell'organismo; si parla, in questo caso, di irradiazione per esposizione interna, che si verifica quando la sorgente radioattiva si trova all'interno dell'organismo, a causa di inalazione per respirazione, e/o ingestione, ovvero per introduzione attraverso una ferita; si parla, in questo caso, di contaminazione interna L'esposizione esterna cessa quando l'individuo si allontana dalla sorgente ovvero vengono interposti opportuni schermi tra sorgente e individuo. Le radiazioni alfa, beta e gamma da esposizione esterna non fanno diventare radioattiva la materia che le assorbe. L'esposizione interna cessa quando i radioisotopi respirati o ingeriti o introdotti attraverso ferite sono completamente rimossi dall'organismo (ad esempio: con l'urina, le feci, ecc.). L'esposizione a dosi più o meno elevate di radiazioni ionizzanti può avere effetti a lungo termine che possono provocare cancro o leucemia. Tali effetti si manifestano in modo aleatorio, che non si può predire in modo certo per ciascuna persona sottoposta alle radiazioni. In questi casi, si parla di probabilità di accadimento, che cresce o diminuisce a seconda dell'entità più o meno rilevante della dose assorbita. La stima di tale probabilità è ricavata dai dati sperimentali (epidemiologia) ottenuti osservando le conseguenze dell'esposizione alle radiazioni su persone o gruppi di persone. 23

24 RISCHIO NUCLEARE : effetti sull organismo rottura dei legami di una catena del DNA creazione di nuovi ponti di collegamento distruzione di parti della molecola la sostituzione del DNA alterato può comportare un errore che introduce modificazioni genetiche Sindrome acuta da radiazioni (SAR), è una patologia grave che si verifica quanto il corpo intero o la maggior parte di esso riceve in modo acuto un'elevata dose di radiazioni. Molti dei sopravvissuti alle bombe atomiche di Hiroshima e Nagasaki nella II guerra mondiale e molti dei vigili del fuoco che sono intervenuti immediatamente dopo l'incidente alla centrale nucleare di Chernobyl nel 1986 sono stati affetti da SAR. La penetrazione delle radiazioni ionizzanti in un organismo vivente produce ioni che a loro volta in un tempo brevissimo (un decimo di nanosecondo) danno luogo a reazioni secondarie al termine delle quali si hanno specie molecolari chimicamente molto reattive e potenzialmente pericolose. Un danno al DNA è un'evenienza abbastanza comune e può dipendere da una molteplicità di eventi fisici e chimici, ma le cellule sia individualmente che come popolazione hanno la capacità di sviluppare meccanismi di riparazione. Talvolta la sostituzione del DNA alterato può comportare un errore che dà luogo a modificazioni genetiche. 24

25 RISCHIO NUCLEARE : riferimenti bibliografici Regione Lombardia - Direzione Generale Sanità: Linee guida regionali per la gestione ospedaliera di persone esposte a irradiazioni e/o contaminazioni acute in relazione ad eventuali emergenze radiologiche DECR. DIR. GEN. SANITÀ N del 25/07/2005 M.Gorbaciov: Il pericolo nucleare - Wall Street Journal, 31 gennaio 2007 G.Bolzoni, G.Fusari: Il rischio da radiazioni ionizzanti - presentazione CRI Codogno F.Tarini: L 'atomica terrorista? - ScienzaePace, Giugno F.Tarini: La difficile valutazione del rischio nucleare - ScienzaePace, Giugno 2006 Direttiva 96/29/EURATOM del Consiglio del 13 Maggio 1996 G.Tozzi: Il rischio nucleare e radiologico - lezione informativa E.Barsanti: gli effetti delle radiazioni sull'organismo - ANPA: Irradiazioni accidentali, linee guida per la prima assistenza clinica Ed PCM Dip. PC Piano Nazionale delle Misure Protettive contro le Emergenze Radiologiche rev.1 marzo Istruttore Nazionale Protezione Civile Alessandro Santolini alessandro.santolini@gmail.com 25