adoperati,ma anche da caratteristiche proprie delle strutture, come altezza dal suolo, presenza di crepe o fessure, tipo di infissi e eventuale

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1 Introduzione La pericolosità del gas radon è nota sin dall antichità, esso infatti è stato citato da Lucrezio nel De Rerum Natura (libro VI) come sconosciuta causa di malattie mortali per un significante gruppo di minatori. Anche nel sedicesimo secolo venne rilevata una forte incidenza di malattie gravi a carico del sistema respiratorio nei lavoratori nelle miniere d argento della regione di Schneeberg, in Sassonia; e fu proprio con il nome della regione che cominciò ad identificarsi questa malattia mortale, la quale solo nel 1879 da Hartung e Hesse venne riconosciuta come cancro ai polmoni. La consapevolezza dell impatto sulla salute dell uomo ha evidenziato la necessità di affrontare tele problema con maggior rigore, sono state pertanto intrapresi numerosi studi epidemiologici tra gli anni al fine di mostrare una reale correlazione tra l inalazione di tale gas e l insorgenza di neoplasie a carico dell apparato polmonare. Nel 1988 l Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) confermò la pericolosità del radon, identificandolo come agente cancerogeno di gruppo I (massima evidenza di cancerogenicità). Tale gas rappresenta infatti la principale causa di esposizione a radioattività naturale per l individuo, costituendo pertanto una problematica fondamentale nella valutazione del rischio in ambienti chiusi. Sono state quindi intraprese numerose azioni di sensibilizzazione nei confronti di questa problematica; a livello normativo si sono introdotti per la prima volta in Italia con il D. Lgs. 241 del 2000 dei valori limite per regolamentare la concentrazione del radon in ambienti di lavoro potenzialmente pericolosi. Il radon è infatti esalato dalle rocce della crosta terrestre per cui la sua diffusione nelle luoghi indoor dipende dal suolo su cui gli edifici in questione sono posizionati nonché dai materiali da costruzione 1

2 adoperati,ma anche da caratteristiche proprie delle strutture, come altezza dal suolo, presenza di crepe o fessure, tipo di infissi e eventuale presenza di idonei sistemi di ventilazione. Sono state pertanto introdotte delle linee guida nell ambito dell edilizia al fine di evitare l accesso di tale gas negli ambienti, nonché per facilitare eventuali interventi di riduzione e rimozione dello stesso. Questo lavoro di tesi si colloca nell ambito di un progetto sulla radioattività naturale finanziato dall Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e finalizzato ad effettuare misure della concentrazione del gas radon in abitazioni dislocate nel territorio della penisola sorrentina. Tale progetto ha visto il coinvolgimento di 89 case in ciascuna delle quali sono stati posizionati due dosimetri, uno nella zona giorno ed uno in quella notte al fine di effettuare un monitoraggio annuale (6+6 mesi) della concentrazione del gas nei diversi locali e quindi stimare la dose di esposizione per abitante; è stato inoltre allegato a ciascuna casa un questionario per avere informazioni circa le caratteristiche dell abitazione in questione e quindi verificare la variabilità delle misure in funzione di diversi parametri. Nella prima parte di tale elaborato di tesi (capitoli 1 e 2) dopo un introduzione sulla radioattività in generale,si affronta l argomento radon da un punto di vista teorico, descrivendo le caratteristiche di tale gas, gli effetti biologici che esso ha sull individuo e introducendo i due diversi approcci (dosimetrico ed epidemiologico) usati per stimare il rischio legato ad un esposizione prolungata ad esso, dopodiché sono introdotti i riferimenti normativi che regolamentano i valori di concentrazione di tale gas in taluni luoghi di lavoro strutturalmente pericolosi. Sono ancora introdotte le principali fonti di esalazione di esso e le modalità di diffusione dello stesso nei luoghi indoor, nonché i sistemi di rimedio da adottare. Nella seconda parte (capitoli 3 e 4) si introducono le principali tecniche di misura della concentrazione del gas radon, soffermandosi sulla metodica da 2

3 noi utilizzata, pertanto si descrive il lavoro sperimentale condotto nell ambito di tale tesi, con particolare attenzione a tutte le fasi del processo di misura, dall assemblaggio dei dosimetri LR115, alla descrizione del metodo di lettura di tipo ottico messo a punto nel Laboratorio di Radioattività LaRa del dipartimento di Scienze Fisiche dell Università Federico II di Napoli presso cui è stato svolto tale lavoro di tesi. Dopo la fase di acquisizione e elaborazione dei dati si è giunti alla stima della concentrazione del gas per abitazione e da essa si è poi ricavata la dose di esposizione per abitante in ciascuna casa. 3

4 Capitolo I Il radon: origine e caratteristiche In questo capitolo si introducono i concetti base nell ambito della radioattività e si analizzano le caratteristiche del gas radon, nonché i due diversi approcci usati per stimare il rischio connesso all esposizione prolungata ad esso. 1.1 Struttura dell atomo L atomo è costituito da Z elettroni, orbitanti attorno al nucleo, contenente al proprio interno A nucleoni (Z protoni, A- Z neutroni). Z è detto numero atomico, A numero di massa :, dove X è un elemento chimico qualsiasi. I nuclei che hanno stesso numero atomico, Z, ma diverso numero di neutroni sono detti isotopi. Il protone a carica positiva, l elettrone negativa e il neutrone è appunto neutro; inoltre protone e neutrone hanno massa pari ad un unità di massa atomica, 1 u, dove u è uguale a 1.66 *10 kg, mentre l elettrone ha massa più piccola, circa u [1]. Il nucleo è una parte molto piccola dell atomo in cui sono racchiuse particelle cariche positivamente e particelle neutre, la stabilità del nucleo è causata dall esistenza di una forza che si oppone a quella di repulsione di Coulomb, la forza forte. Tale forza forte, detta anche nucleare, esiste per piccole distanze di separazione tra le particelle, minori di 2 fermi, dove un fermi è uguale a 10 m; essa inoltre agisce sui nucleoni, ovvero neutroni e protoni, mentre 4

5 quella di Coulomb solo sui protoni, infatti i nuclei più leggeri sono stabili se contengono numero uguale di protoni e neutroni, mentre quelli più pesanti se N è maggiore di Z. Se aumenta il numero di protoni allora aumenta la forza di repulsione che tende a rompere il nucleo, ma aumentando anche il numero di neutroni si conserva la stabilità, tuttavia questo è possibile fino ad un valore limite, ovvero se il numero atomico Z è pari o maggiore di 83 allora, la forza repulsiva non può più essere compensata dalla forza forte e quindi il nucleo di tali elementi si trova in una condizione di instabilità, pertanto essi decadono emettendo particelle [2]. 1.2 La radioattività Il fenomeno della radioattività fu scoperto accidentalmente nel 1896 da Becquerel, il quale osservò che cristalli di solfato di potassio di uranile emettevano una radiazione capace di annerire una lastra fotografica. Due anni più tardi, i coniugi Curie mostrarono che non soltanto l uranio, ma anche molti dei suoi discendenti avevano la peculiarità di emettere radiazione con capacità penetranti e nel condurre tali studi scoprirono il polonio e il radio. Questa sensazionale scoperta segnò l inizio di studi e ricerche volte alla conoscenza di questo fenomeno. Con il termine radioattività si intende la capacità di trasformazione di un radionuclide padre in un altra specie, detta radionuclide figlio, mediante emissione di radiazioni alfa, beta e gamma. Decadimento alfa. Quando un nucleo decade emettendo una particella α ( He perde due protoni e due neutroni, pertanto il numero di massa A diminuisce di quattro 5

6 e il numero atomico Z di due. Il processo di decadimento si può scrivere come: X dove X è il nucleo padre e Y il figlio. Y He In tale processo la somma dei numeri atomici dei membri di destra deve essere a quella del membro di sinistra e stessa cosa vale per i numeri di massa. Queste alfa, inoltre, sono particelle pesanti con energia variabile dai 4 ai 10 MeV, caratterizzate da uno scarso potere penetrante, al massimo possono attraversare un foglio di carta. Decadimento beta Nel processo che avviene in un decadimento beta si ha la trasformazione di un neutrone in un protone e in un elettrone, il numero di massa resta invariato e quello atomico diminuisce di uno: + (emissione di un elettrone) (emissione di un positrone) Al di fuori del nucleo questo processo non avviene perché il neutrone e l elettrone hanno una massa totale maggiore di quella del protone, nel decadimento β si ha una diminuzione della massa del nucleo, quindi il processo avviene spontaneamente. Dato che in questo processo di decadimento non tornano i conti, allora nel 1930, Pauli ipotizzo l esistenza di un altra particella coinvolta, il neutrino; pertanto nell emissione di positrone è coinvolto il neutrino, in quella dell elettrone l antineutrino. Queste particelle beta percorrono distanze maggiori rispetto alle alfa, tuttavia attraversano al più pochi mm di alluminio e sono caratterizzate da valori energetici variabili entro un vasto spettro. Decadimento gamma Un atomo eccitato può emettere un fotone quando uno dei suoi elettroni passa ad un livello energetico inferiore; molto spesso un nucleo rimane in una condizione di eccitazione anche a seguito di un processo di emissione 6

7 di particelle, per cui può subire un ulteriore decadimento con emissione di fotoni. I raggi gamma hanno energia molto elevata, circa 1 MeV, essa è data dal prodotto della costante di Plank, h, per la frequenza,ν; nello spettro elettromagnetico si collocano oltre i raggi X. In tale processo il numero atomico e quello di massa non subiscono variazioni, il nucleo passa solo ad uno stato energetico inferiore con l emissione di tali fotoni. Le radiazioni gamma, inoltre, sono fortemente penetranti riuscendo ad attraversare anche alcuni cm di piombo. Figura 1.1. Capacità penetranti dei tre tipi di radiazioni. Il decadimento radioattivo è descritto dalla seguente legge: (1.1) Dove λ è la costante di decadimento ed N numero di nuclei radioattivi a un certo istante, da cui si ottiene: (1.2) dove è il numero di atomi all'istante t = 0 ed è il numero di atomi all'istante t. L unità di misura dell attività per un campione radioattivo è il curie (Ci): 7

8 1Ci = decadimenti al secondo. L unità del Sistema Internazionale è il Becquerel (Bq) 1 Bq = 1 decadimento al secondo Si chiama, invece, tempo di dimezzamento oppure emivita il tempo necessario affinché il numero dei nuclei radioattivi sia dimezzato e si indica come: (1.3) Nel caso di catene radioattive esiste il concetto di equilibrio secolare, ovvero l attività del padre è uguale a quella dell ultimo elemento della serie; tale caratteristica è importante poiché molto spesso ciò che si riesce a rilevare è l attività dei figli da cui si può, in tal modo, risalire a quella dei genitori [3]. 1.3 Interazioni radiazioni-materia Si posso distinguere due diversi tipi di radiazioni: ionizzanti e non ionizzati. Le prime, diversamente dalle seconde, interagendo con le strutture biologiche, provocano una ionizzazione negli atomi bersaglio, alterando quindi la struttura preesistente e inducendo mutazioni che possono sfociare in insorgenza di neoplasie. Le radiazioni ionizzanti, in base alla modalità di interazione, possono distinguersi in radiazioni direttamente o indirettamente ionizzanti. Delle radiazioni indirettamente ionizzanti fanno parte i fotoni, essi interagiscono con la materia mediante tre diverse modalità. Effetto fotoelettrico: il fotone che interagisce con l elettrone bersaglio sparisce, rilasciando ad esso un energia cinetica pari alla differenza tra l energia del fotone e quella di strappamento, ovvero l energia di legame all atomo dell elettrone considerato. Tale effetto scompare 8

9 all aumentare dell energia del fotone, per cui il range, in cui esso avviene, è inferiore ad 1 MeV. Effetto Compton: diversamente da quello fotoelettrico, in tal caso il fotone non scompare e, potendo interagire anche con più elettroni, si crea un effetto a cascata; per tale effetto l energie associate ai fotoni si aggirano fino ad massimo 100 MeV. Produzione di coppie: sparisce una certa quantità di energia e si forma una corrispondente quantità di materia; se l energia associata al fotone è maggiore di un valore soglia di 1,022 MeV allora si assiste alla formazione di una coppia elettrone-positrone. Il fenomeno inverso è detto di annichilazione. Nel caso delle radiazioni direttamente ionizzanti, l interazione avviene in maniera diretta ossia mediante il rilascio dell energia alle strutture bersagliate; in questo caso si definisce il Linear Energy Transfer (LET): (1.4) : energia trasferita al mezzo dalla particella : tratto percorso nel mezzo In tabella sono riportati i valori del LET delle principali radiazioni usate in radioterapia 9

10 Particella Carica Energia(MeV) LET(keV/µm) Elettrone γ del Co Protone α Neutrone C 6 10MeV/u MeV/u 14 Tabella 1.1. Valori di LET delle principali radiazioni Nel caso del radon si tratta di interazioni con particelle alfa, quindi direttamente ionizzanti, le quali, attraversando l atomo, lo eccitano o lo ionizzano, a seconda dei valori delle energie in questione. Le particelle alfa sono caratterizzate da un elevata densità di ionizzazione lungo le loro tracce e da percorsi brevi [3] Grandezze dosimetriche La manifestazione di un effetto a seguito dell esposizione di un tessuto biologico ad una determinata radiazione è del tutto individuale, per cui si sono condotti studi al fine di creare una relazione che consentisse di relazionare l effetto con le caratteristiche fisiche della radiazione in questione; si è, quindi, introdotto il concetto di dose assorbita, ovvero l energia assorbita dal mezzo per unità di massa: 10

11 L unità di misura usata è il Gray dove: / La pericolosità di una radiazione è tuttavia, connessa al tipo di radiazione incidente e alla soggettiva radiosensibilità del bersaglio, quindi è stato introdotto il fattore di qualità, Q, che tiene conto del tipo di radiazione, nonché della pericolosità di essa rispetto un campione di riferimento, i fotoni (Q = 1). TIPO DI RADIAZIONE Q Raggi X - γ - Elettroni 1 Neutroni - Protoni 10 Particelle α 20 Tabella 1.2. Fattore di qualità delle radiazioni Si è giunti, quindi, alla definizione di equivalente di dose, H L unità di misura è il Sievert, (Sv). Dalla tabella posso affermare che, a parità di dose assorbita, le particelle alfa producono un danno nei tessuti biologici 20 volte maggiore dei fotoni. L equivalente di dose efficace invece, è la somma degli equivalenti di dose dei vari organi o tessuti, ponderati da opportuni fattori specifici per essi: L unità di misura è il Sievert, (Sv) [3]. 11

12 1.3.2 Effetti biologici sull uomo I danni prodotti dall iterazione con le radiazioni ionizzanti si dividono in: Danni somatici deterministici Danni somatici stocastici Danni genetici stocastici I danni somatici deterministici sono caratterizzati da: variazioni della frequenza e della gravità in funzione della dose valore di soglia per la dose periodo di latenza breve Essi, infatti, si manifestano solo se le dosi di irraggiamento sono superiori a quelle previste e quindi tali da generare una degenerazione dei tessuti biologici interessati; la causa di essi va rintracciata in una esposizione in una irradiazione forte e concentrata nel tempo, come un incidente nucleare o un irradiazione di tipo terapeutico molto elevata. Tra gli effetti a breve termine ricordiamo: sindrome ematologica midollare per dosi tra 1 e 5 Gy sindrome gastrointestinale per dosi tra 6 e 8 Gy sindrome neurologica per dosi tra 20 e 30 Gy I danni somatici stocastici invece: non richiedono il superamento di una dose soglia per la loro comparsa sono di tipo probabilistico la frequenza della comparsa aumenta con la dose hanno lunghi periodi di latenza la loro gravità non dipende dalla dose Gli effetti probabilistici non sempre si manifestano, in quanto riguardano piccole dosi di agenti potenzialmente pericolosi, ma possono essere di volta in volta sommati e provocare danni a lungo termine; in caso di neoplasie il 12

13 danno è determinato da mutazioni del DNA delle cellule esposte alla radiazione, che non riescono ad auto ripararsi. Tra gli effetti ritardati ricordiamo per i danni somatici: carcinogenesi radio indotta formazione cataratta radiodermite cronica accorciamento vita I danni genetici stocastici: si manifestano nella progenie degli individui irraggiati Essi sono causate da effetti della radiazione sulle cellule della riproduzione che danno luogo ad aberrazioni cromosomiche e/o mutazioni genetiche. Tra gli effetti ritardati ricordiamo per i danni genetici: aumento di frequenza di malformazioni aumento di frequenza di aborti aumento mortalità infantile [3]. 1.4 La radioattività ambientale La radioattività ambientale è determinata da tre diversi tipi di radionuclidi: Radionuclidi primordiali Radionuclidi cosmogenici Radionuclidi antropogenici Figura 1.2.Contributi alla radioattività ambientale. 13

14 Della prima categoria fanno parte tutti quei radionuclidi prodotti al tempo della formazione del sistema solare e ancora sopravvissuti, quindi essi avranno una vita media dell ordine di miliardi di anni. Della seconda categoria fanno parte, invece, tutti quei radionuclidi prodotti dai bombardamenti dell atmosfera da parte dei raggi cosmici. Della terza categoria, infine, fanno parte tutti quei radionuclidi prodotti artificialmente dall uomo a vari scopi, essi sono caratterizzati in genere da vita media breve. Nel primo gruppo troviamo il radon, gas nobile costituente circa il 55% di tutta la radioattività ambientale, esso è presente sottoforma di tre diversi isotopi: Rn 219, Rn 220, Rn 222 discendenti rispettivamente dall Uranio 235, Thorio 232, Uranio 238. Questi tre isotopi presentano diversi tempi di dimezzamento; il Rn 219 e il 220 decadono rispettivamente dopo 4 e 55 secondi mentre il Rn 222 ha un tempo di emivita meno breve, di 3.82 giorni, quindi può attraversare spessori di suoli e materiali e pertanto la sua concentrazione in atmosfera può risultare molto elevata, rappresentando una situazione di forte pericolosità [3]. 1.5 Il radon Il radon è un gas nobile, quindi chimicamente inerte, cioè non forma legami di alcun tipo con atomi e molecole dell ambiente circostante, capace pertanto di muoversi nello spazio senza cambiare le proprie caratteristiche chimico- fisiche. Come già detto, esistono tre diversi isotopi del radon: 1. Rn 222, prodotto dal decadimento alfa del Ra226, tempo di emivita 3.82 giorni ed appartenente alla famiglia con capostipite l U

15 Figura 1.3. Schema decadimento 2. Rn 220, detto Thoron, prodotto dal decadimento alfa del Ra224, tempo di emivita 55 sec ed appartenente alla famiglia, di cui è capostipite il Th232 Figura 1.4. Schema decadimento 3. Rn 219, detto Actinon, tempo di emivita 4 sec ed appartenente alla famiglia, di cui è capostipite l U

16 Figura 1.5. Schema decadimento Il più interessante è il Rn 222, perché riesce a percorrere lunghe distanze prima di decadere, il Rn 220 e il Rn 219 sono trascurabili, perché, essendo prodotti in rocce in profondità, decadono ancor prima di raggiungere il suolo. CARATTERISTICHE FISICHE RADON 222 Numero atomico 86 Numero di massa 222 Radionuclide padre Ra226 Radionuclidi figli Polonio214 Polonio 218 Energia decadimento α Tempo di emivita 5.5 MeV 3.82 giorni Tabella 1.3. Caratteristiche fisiche del Radon

17 La sua esalazione in atmosfera avviene attraverso diversi processi [4]: Produzione radon 222 all interno dei grani rocciosi, come decadimento del Radio 226. Emanazione nei pori interstiziali, per diffusione di gas nei solidi o per rinculo del nucleo di radon dopo il decadimento, il rapporto tra la quantità di radon che riesce a uscire da matrice solida e quello prodotto dal decadimento del radio è detto: potere di emanazione [5]. Trasporto nell aria. Esalazione in atmosfera. Un altra modalità di trasporto di tale gas può avvenire attraverso le acque. La diffusione del radon, inoltre, è fortemente legata ai cambiamenti meteorologici, intuitivamente si può comprendere come forti venti possano agire positivamente su una diminuzione di tali concentrazioni. Un altro fattore positivo è rappresentato dalle piogge che danno vita al cosiddetto effetto tappo, accumulandosi nei pori, infatti, il gas si unirà a questi liquidi e il meccanismo di diffusione di esso sarà quello in acqua, il cui coefficiente di diffusione è pari a 1/10000 di quello in aria, pertanto l esalazione in atmosfera in tal caso sarà fortemente inibita; solo l evaporazione di tali liquidi con le più alte temperature primaverili compenseranno tale fenomeno. Un'altra dipendenza la si ha con la pressione atmosferica, la bassa pressione degli strati più superficiali può favorire l esalazione del gas in atmosfera, ma altresì tali strati sono più soggetti all effetto tappo rispetto a quelli più profondi, per cui la situazione risulta essere bilanciata. La dipendenza da tali fattori evidenzia un maggior accumulo di radon in atmosfera nei mesi estivi rispetto a quelli invernali, in cui piogge e variazioni da basse a alte pressioni e viceversa favoriscono una dispersione maggiore del gas. 17

18 In relazione ad una dipendenza dalla temperatura è inoltre possibile rilevare forti variazioni giornaliere di tali concentrazioni, è stato verificato, infatti, un aumento significativo dalle ore serali fino alle prime del mattino successivo e una diminuzione nelle ore pomeridiane, infatti le basse temperature notturne favoriscono un addensamento del gas maggiore, impedendone la dispersione. 1.6 Pericolosità radon I rischi legati al radon sono da contaminazione interna, ovvero causati dalla diretta inalazione di tale gas e dei suoi figli. Una volta inalato il radon può essere espirato dall organismo, ma i suoi prodotti di decadimento, Po 214 e Po 218, essendo solidi non possono, quindi rimangono nell apparato bronchiale, dove, dato il tempo di dimezzamento breve, decadono, emettendo particelle alfa. L inalazione di tale gas e dei suoi figli avviene a causa dell iterazione che essi generano con il particolato atmosferico, ovvero particelle solide e liquide sospese in atmosfera per tempi lunghi, esso è, in particolare, costituito da varie sostanze tra cui possiamo distinguere: Aerosol, particelle solide e liquide con diametro al massimo di un micron Foschie, goccioline con diametro di circa 2 µm Fumo, particelle solide trasportate da gas Polveri, particelle con diametro tra 0,25 e 500 µm Esalazioni, particelle con diametro di un µm rilasciate da processi chimici e metallurgici Sabbie, particelle solide con diametro maggiore di 500 µ Dunque il radon ed i suoi figli riescono ad attaccarsi al particolato, aumentando la probabilità di inalazione degli stessi. La frazione di particelle che dall ambiente esterno penetrano in quello interno dipende da: 18

19 Fattore penetrante, p Rate di deposizione delle particelle, K Rate di aria in ingresso, a Tale meccanismo può essere studiato mediante una relazione, in cui concentrazione interna ed esterna sono legate a tali parametri: (1.5) Numerosi studi hanno evidenziato che i nuclei di radon e figli tendono ad attaccarsi particolarmente agli aerosol [6], esiste anche la possibilità che il nucleo si stacchi dal particolato sospeso, depositandosi poi sulle superfici presenti nei luoghi chiusi. 1.7 Effetti biologici del radon L esposizione dell uomo alla radiazione può avvenire mediante due modalità differenti: contaminazione interna, cioè sorgenti direttamente presenti nel nostro organismo, mediante inalazione o ingestione delle stesse; contaminazione esterna, ovvero sorgenti poste nell ambiente. Nel caso del radon, data la possibilità di inalazione di tale gas dobbiamo parlare di contaminazione interna. La membrana polmonare, l epitelio, è multistrato, più precisamente risulta essere costituita da due tessuti sovrapposti: strato interno basale e strato esterno connettivo; dalle cellule basali ha origine la mitosi ossia il processo di divisione e riproduzione cellulare, per tale motivo lo spesso strato di muco e epitelio dell ordine di circa 60 micron ha il compito di proteggere tali cellule basali. 19

20 Figura1.6.Struttura epitelio bronchiale. Esistono tuttavia zone in cui tale spessore è ridotto a circa 20, 30 micron o addirittura a 15 micron in corrispondenza degli alveoli polmonari; è proprio in questi siti che le particelle alfa, le quali, pur essendo caratterizzate da uno scarso potere penetrante, riescono invece a raggiungere gli strati basali. Ricordiamo, inoltre, che le particelle alfa, prodotto di decadimento della progenie del radon, hanno un energia di circa 5-6 MeV, per cui il picco di Bragg, ovvero il punto in cui si registra il massimo rilascio energetico, si ha in corrispondenza del nucleo cellulare, per cui si possono provocare danni a carico della doppia elica del DNA e se le cellule non sono in grado di riparare la catena, attraverso processi enzimatici, allora si hanno mutazioni rilevanti che possono sfociare in formazioni di neoplasie a carico dei polmoni [7]. 1.8 Stima del rischio Il rischio da esposizione al radon può essere valutato mediante due distinte metodologie: approccio dosimetrico oppure epidemiologico. L esposizione individuale è data da una relazione: (1.6) indica la concentrazione di radon nell ambiente considerato, espressa in Bq/m t è il tempo di esposizione espresso in ore 20

21 IOF è il fattore occupazione, molto spesso di difficile identificazione e stimato ad un valore di 0,8 nelle case dall UNESCAR [8]e l ICRP [9] Studi dosimetrici In tali studi la valutazione del rischio avviene mediante il calcolo della dose assorbita, per cui bisogna considerare i parametri fisici ambientali (es. concentrazione radon) e quelli fisiologici dell individuo; dopo tale stima si applicano i fattori di qualità e si risale alla dose effettiva. Il fattore di qualità è un peso statistico dato dal rapporto tra la dose effettiva e l esposizione individuale, ad esempio il fattore F stimato nel 1993 è: F = 0.05 / / Esso indica che l esposizione ad una concentrazione unitaria di radon al m3 comporta l assorbimento di una dose pari a 0.05 msv, quindi nota l esposizione si può risalire alla dose. Il secondo step consiste nell associare a ciascuna dose un rischio connesso, tale stima è desunta da studi epidemiologici condotti su individui sopravvissuti ai disastri nucleari di Hiroshima e Nagasaki. La difficoltà in tale approccio sta nella scelta dei fattori di ponderazione da utilizzare per il calcolo della dose effettiva, nonché i fattori di conversione rischio-dose desunti da studi epidemiologici, condotti su esposizioni diverse da quelle alfa (raggi gamma e neutroni). 21

22 1.8.2 Studi epidemiologici Questo tipo di approccio è basato sulla valutazione di un campione di individui e quindi sull analisi delle cause che hanno originato le patologie di cui essi sono affetti, a seguito di una esposizione alle radiazioni. Tale metodologia, diversamente dall approccio dosimetrico è di recente attuazione, pertanto non si possono utilizzare dati epidemiologici di oltre circa 15 anni fa, periodo in cui è stato introdotto per la prima volta questo studio nelle stima della pericolosità del radon indoor. Nella valutazione del radon sono condotti studi epidemiologici su due gruppi di persone: Minatori Popolazione comune Studi su minatori: è chiaro che essi sono particolarmente di interesse nella valutazione del rischio di esposizione radon, infatti, provenendo tale gas dal sottosuolo, le concentrazioni sono particolarmente alte, per estendere i dati ottenuti con questo studio sulla popolazione bisogna effettuare correzioni che tengano conto di due importanti fattori: 1 Fattore correttivo A: il campione è costituito esclusivamente da individui di sesso maschile, di corporatura robusta, mentre la popolazione è varia 2 Fattore correttivo B: differenze significative tra la composizione dell aria delle miniere e quella delle abitazioni. Da tre studi condotti dall ICRP e dall U.S. Committee on Biological Effects of Ionizing Radiation (BEIR) si sono stabiliti i seguenti fattori di rischio: Rf = 0.7*10 (ICPR 1987) Rf = 1.1*10 ( (NCR 1988) Rf = 0,87* 10 ( (ICRP 1993) 22

23 Tale fattore indica il rischio connesso ad una esposizione di durata 70 anni ad una concentrazione di 1 Bq/m. Il campione usato nei tre studi precedenti è differente, infatti l ICRP 1987 studia un gruppo di 400 individui malati su un milione, l NCR1988 analizza un campione eterogeneo della popolazione americana, l ICRP 1993 una popolazione mista di diverse etnie: cinesi, giapponesi, americani, inglesi, portoricani ed in tale studio il fattore correttivo A non è pari ad 1 ma bensì ad 0.8. Studi sulla popolazione: le difficoltà sorte nell estensione alla popolazione comune dei dati relativi a studi sui minatori, hanno evidenziato la reale necessità di condurre ricerche epidemiologiche anche su tale campione. Questi studi sono ancora in fase di elaborazione, infatti la difficoltà di tale metodo sta nel risalire alla valutazione di esposizione di questi individui negli anni precedenti a quelli in cui si sta effettuando la ricerca, pertanto si stanno mettendo a punto ricerche retrospettive come quella sul polonio 210, depositato su superfici di vetro, nota tale stima si può attraverso essa risalire alla valutazione della dose personale assorbita [10]. 23

24 Capitolo II Rifermenti normativi In questo capitolo si indicheranno le principali sorgenti di radon e la modalità di diffusione dello stesso nei luoghi chiusi. Si introducono, inoltre, la normativa che regolamenta i valori delle concentrazioni di gas radon nei luoghi di lavoro e nelle abitazioni, nonché i sistemi di rimedio da adottare nel caso di superamento di tali limiti. Si descriveranno, infine, le raccomandazioni emanate nell ambito del Nazionale Radon. 2.1 Effetti biologici del radon Sin dall antichità si poté notare la pericolosità del gas radon, infatti esso è citato perfino nel De Rerum Natura (libro VI) come sconosciuta causa di malattie mortali per un significante gruppo di minatori. Anche nel sedicesimo secolo venne rilevata una forte incidenza di malattie gravi a carico del sistema respiratorio nei lavoratori nelle miniere d argento della regione di Schneeberg, in Sassonia; e fu proprio con il nome della regione che cominciò ad identificarsi questa malattia mortale, la quale solo nel 1879 da Hartung e Hesse venne riconosciuta come cancro ai polmoni [11]. Nel 1901 a seguito di una misurazione si rilevò una significativa concentrazione di gas radon nelle miniere di Schneeberg e di altre regioni, pertanto si cominciò a ipotizzare una correlazione tra questo gas e il tumore polmonare, poi confermata da studi successivi condotti su animali. Si evidenziò, quindi, la necessità di imporre dei limiti per tutelare l incolumità dei minatori e nel 1967 il Congresso Federale degli USA propose delle raccomandazioni in questi pericolosi luoghi di lavoro. Nel 1988 l Organizzazione Mondiale della Sanità confermò la pericolosità del radon, identificandolo come agente cancerogeno di gruppo I (massima 24

25 evidenza di cancerogenicità) e quindi l attenzione si rivolse anche a luoghi chiusi diversi dalle miniere, in cui gli individui trascorrono molte ore al dì, come le abitazioni e i luoghi di lavoro in genere. Per far ciò fu necessario individuare il rischio in funzione dell intensità di esposizione, pertanto in tali anni furono condotti numerosi studi epidemiologici e sempre nel ventennio si effettuarono ricerche su tale gas, individuando anche materiale da costruzione ad elevato contenuto radioattivo. Nella pubblicazione n. 65 del 1993 l ICRP evidenziò la vastità del problema Radon e formulò raccomandazioni in merito [9]. In Italia il DLgs 241/00 che ha recepito la direttiva 29/96/Euratom modificando e/o integrando il precedente DLgs 230/95, ha introdotto il problema radon, regolamentando l esposizione ad esso nei luoghi di lavoro e nelle abitazioni. 2.2 Sorgenti di radon indoor Le principali fonti di radon sono il suolo e i materiali da costruzione; oltre ad esse, però, possono risultare sorgenti di radon anche le acque, tuttavia la concentrazione di radon in esse è stata stimata non raggiungere valori significativi da rappresentare un problema per la salute. Altro discorso, invece, sono le acque termali, infatti in tali stabilimenti si usa acqua direttamente proveniente dal sottosuolo, per giunta utilizzata in luoghi chiusi per molte ore di trattamenti, quindi è possibile che in tali situazioni si raggiungano valori preoccupanti. 25

26 2.2.1 Il suolo La quantità di radon presente nelle rocce è strettamente connessa al contenuto di radio delle stesse, nonché alla permeabilità dello strato roccioso più esterno. Le rocce a seconda della propria natura possono presentare una concentrazione di Uranio e Thorio diverse, ad esempio le rocce sedimentarie hanno una quantità di uranio al proprio interno, nettamente inferiore a quella presente in rocce intrusive acide. ROCCE IGNEE U238 (Bq/kg) Th232 (Bq/kg) Acide (granito) Intermedie (diorite) Mafiche (basalto) Ultrabasiche (durite) Ultramafiche Gabbri Andesiti Sieniti-nefaline Condriti Acondriti Meteoriti ferrosi Crosta superiore Suolo Tabella 2.1.Contenuto di Uranio e Thorio nelle rocce ignee 26

27 ROCCE U238 (Bq/kg) Th232 (Bq/kg) SEDIMENTARIE Calcari 27 7 Rocce carbonatiche 26 8 Arenarie Scisti Crosta superiore Suolo Tabella 2.2 Contenuto di Uranio e Thorio nelle rocce sedimentarie Tuttavia il radon esalato da esse dipende anche dalla capacità di migrazione da tali rocce, che spesso è ostacolata da fenomeni come il confinamento litostatico ovvero strati rocciosi che per le proprie caratteristiche fisiche, quali scarsa porosità oppure spesso strato, creano ostruzione nei confronti della diffusione di gas attraverso esse. Un altro fattore che influenza l esalazione del radon dalle rocce è la temperatura, più è bassa più la migrazione è diminuita. Tenuti presenti tutti questi fattori, si è potuta creare una mappatura del territorio italiano in funzione della concentrazione di radon [12]. 27

28 Figura 2.1. Concentrazioni medie di radon in Italia Materiali da costruzione La quantità di radon esalata dai materiali da costruzione dipende dal potere di emanazione del gas radon e dal tipo di intonaco con cui le superfici sono state trattate. Materiali da Attività specifica (Bq/kg) costruzione artefatti Th 232 Ra 226 Sabbia Laterizi Mattone di gesso 5 7 Mattone di tufo 4 26 Mattone di cemento

29 Sabbione 4 16 Calce Siporex 10 7 Cemento edile Tabella 2.3 Contenuto di radionuclidi nei materiali da costruzione Se poi questi materiali sono strati prelevati da rocce con elevati livelli di radioattività, allora la concentrazione può subire degli aumenti rilevanti. Materiali da Attività specifica (Bq/kg) costruzione di origine Th 232 Ra 226 vulcanica Tufo di Avellino Tufo grigio Tufo giallo Tufo verde Pomici Lava vesuviana Tabella 2.4.Contenuto radionuclidi nei materiali da costruzione di origine vulcanica. Bisogna, inoltre, sottolineare che i materiali da costruzione sono una sorgente del radon 220, di cui non ci si preoccupa dell esalazione dal suolo, dato il suo tempo di emivita breve, 5 s, ma può rappresentare un problema per quanto riguarda i materiali da costruzione, perché è chiaro che in tal caso può essere inspirato ancor prima di decadere. 29

30 2.3 Modalità di penetrazione del radon nelle abitazioni L ingresso del gas radon nelle nostre case è determinato da una serie di fattori che possiamo principalmente distinguere in: 1) Caratteristiche suolo circostante abitazione 2) Concentrazione radon nel suolo circostante abitazione 3) Parametri meteorologici 4) Caratteristiche abitazioni come: altezza dal suolo, materiali usati, presenza di crepe, sistemi di ventilazione presenti, tipi di infissi, intercapedini. Figura 2.2. Possibili ingressi del radon nelle abitazioni. La presenza di aria più calda nelle abitazioni crea una sottopressione che favorisce la penetrazione del radon dal sottosuolo, in particolare nelle cantine e i piani inferiori, tale situazione generata, da un gradiente pressorio, prende il nome di effetto camino. 2.4 Normativa 241/00 Nel 1988 l OMS, a seguito di studi condotti presso l International Agency for Research on Cancer (IARC) [13], ente che si occupa di ricerche nel campo dell oncologia e di prevenzione nei confronti di malattie tumorali, 30

31 include il gas Radon nel gruppo 1 dei cancerogeni, in cui sono incluse tutte quelle sostanze per cui è stato scientificamente provato un nesso causale tra l esposizione ad esse e l insorgenza di neoplasie. Questo step ha dunque segnato l inizio di un processo di sensibilizzazione al problema radon in varie nazioni; in Europa, nel 1996 è stata emanata la direttiva 29/96 Euratom, recepita in Italia con il Decreto Legislativo n.241 del Per la prima volta, con questo decreto vengono fissati i valori limite che il gas radon non deve superare nei luoghi chiusi, in particolare in quelli lavorativi, investendo dunque i datori di lavoro della responsabilità di garantire la tutela dei propri dipendenti nei confronti di questa problematica. Capo III bis ESPOSIZIONI DA ATTIVITA LAVORATIVE CON PARTICOLARI SORGENTI NATURALI DI RADIAZIONI Articolo 10 bis Campo di applicazione Le disposizioni del presente capo si applicano alle attività lavorative nelle quali la presenza di sorgenti di radiazioni naturali conduce ad un significativo aumento dell esposizione dei lavoratori o di persone del pubblico, che non può essere trascurato dal punto di vista della radioprotezione. Tali attività comprendono: attività lavorative durante le quali i lavoratori e, eventualmente, persone del pubblico sono esposti a prodotti di decadimento del radon o del toron, o a radiazioni gamma o a ogni altra esposizione, in particolari luoghi di lavoro quali tunnel, sottovie, catacombe, grotte e, comunque, in tutti i luoghi di lavoro sotterranei; attività lavorative durante le quali i lavoratori e, eventualmente, persone del pubblico sono esposti a prodotti di decadimento del radon o del toron, o a radiazioni gamma o a ogni altra esposizione in luoghi di lavoro diversi 31

32 da quelli di cui alla lettera a) in zone ben individuate o con caratteristiche determinate; attività lavorative implicanti l uso o lo stoccaggio di materiali abitualmente non considerati radioattivi, ma che contengono radionuclidi naturali e provocano un aumento significativo dell esposizione dei lavoratori e, eventualmente, di persone del pubblico; attività lavorative che comportano la produzione di residui abitualmente non considerati radioattivi, ma che contengono radionuclidi naturali e provocano un aumento significativo dell esposizione di persone del pubblico e, eventualmente, dei lavoratori; Articolo 10 quinquies Livelli di azione Per i luoghi di lavoro di cui all articolo 10bis, comma 1, lettere a) e b), le grandezze misurate non devono superare il livello di azione fissato in allegato I bis. Nel caso in cui le grandezze di cui al comma 1 non superino il livello di azione ma siano superiori all 80 per cento del livello di azione, l esercente assicura nuove misurazioni nel corso dell'anno successivo. Nel caso di superamento del livello di azione di cui all'allegato I bis, l esercente, avvalendosi dell esperto qualificato, pone in essere azioni di rimedio idonee a ridurre le grandezze misurate al di sotto del predetto livello, tenendo conto del principio di ottimizzazione, e procede nuovamente alla misurazione al fine di verificare l'efficacia delle suddette azioni. Le operazioni sono completate entro tre anni dal rilascio della relazione di cui all'articolo 10 ter, comma 4, e sono effettuate con urgenza correlata al superamento del livello di azione. Ove, nonostante l adozione di azioni di rimedio, le grandezze misurate risultino ancora superiori al livello prescritto, l esercente adotta i provvedimenti previsti dal capo VIII, ad esclusione dell'articolo 61, comma 2 e comma 3, lettera g), dell articolo 32

33 69 e dell articolo 79, commi 2 e 3, fintanto che ulteriori azioni di rimedio non riducano le grandezze misurate al di sotto del predetto livello di azione, tenendo conto del principio di ottimizzazione. Le registrazioni delle esposizioni di cui al comma 3 e le relative valutazioni di dose sono effettuate con le modalità indicate nell allegato I bis o nell'allegato IV, ove applicabile. Nel caso in cui il lavoratore sia esposto anche ad altre sorgenti di radiazioni ionizzanti di cui all'articolo 1, comma 1, le dosi dovute ai due diversi tipi di sorgenti sono registrate separatamente, fermi restando gli obblighi di cui agli articoli 72, 73 e 96. L esercente non è tenuto alle azioni di rimedio di cui al comma 3 se dimostra, avvalendosi dell esperto qualificato, che nessun lavoratore è esposto ad una dose superiore a quella indicata nell'allegato I bis; questa disposizione non si applica agli esercenti di asili - nido, di scuola materna o di scuola dell obbligo. Per i luoghi di lavoro di cui all articolo 10 bis, comma 1, lettere c), d) ed e), fermo restando l applicazione dell articolo 23, se dall analisi di cui all articolo 10 ter risulta che la dose ricevuta dai lavoratori o dai gruppi di riferimento della popolazione supera i rispettivi livelli di azione di cui all'allegato I bis, l esercente adotta, entro tre anni, misure volte a ridurre le dosi al di sotto di detti valori e, qualora, nonostante l applicazione di tali misure, l esposizione risulti ancora superiore ai livelli di azione, adotta le misure previste dal capo VIII e dal capo IX, sulla base dei presupposti previsti negli stessi capi. Le registrazioni delle esposizioni di cui al comma 6 e le relative valutazioni di dose sono effettuate con le modalità indicate nell'allegato I bis e nell allegato IV, ove applicabile. Nel caso in cui risulta che l esposizione dei lavoratori o dei gruppi di riferimento della popolazione non supera i livelli di azione di cui all allegato I bis, l esercente esegue un controllo radiometrico, qualora variazioni del processo lavorativo o le condizioni in cui esso si svolge 33

34 possano far presumere una variazione significativa del quadro radiologico Sono quindi definiti particolarmente pericolosi quegli ambienti di lavoro in cui si maneggiano materiali contenenti radionuclidi naturali, oppure si è a diretto contatto con essi, lavorando in ambienti confinati e sotterranei. Definito dunque il campo di applicazione della normativa, vanno effettuate le indagini per verificare la concentrazione reale di Radon in tali luoghi. Le misurazioni devono essere condotte per un periodo di un anno, data la dipendenza di tale gas dai parametri stagionali, dopo la lettura va verificato l eventuale superamento dei limiti legislativi che fissano una soglia massima di 500 Bq/m nei luoghi di lavoro. Se la concentrazione radon assume un valore tra i 400 e i 500 Bq/m, allora vanno ripetute tali misure nell anno successivo e se si dovesse verificare un superamento dei limiti, allora il datore di lavoro deve informare gli organi competenti in materia, quali ASL ed agenzie ARPA (agenzia regionale protezione ambiente), organismi che, avvalendosi dell esperto qualificato, provvederanno alla stima della dose di esposizione che tiene conto anche delle ore di esposizione del lavoratore attraverso la seguente relazione: (2.1) Dove: a F è il fattore di conversione espresso in Svm /Bqh b) T è il tempo di esposizione espresse in h c) Cr è la concentrazione di radon espressa in Bq/m Se il valore della dose è inferiore a 3 msv allora non vanno intrapresi provvedimenti, in caso contrario vanno attuate azioni di rimedio e monitorata nuovamente la situazione nell anno successivo. Le azioni di rimedio attuabili agiscono su due fronti: da un lato va eliminato il radon in eccesso presente, dall altro vanno istallati sistemi per limitare il futuro accesso alla struttura di tale gas, come impianti di 34

35 ventilazione oppure uso di tubi drenanti che, mediante un gradiente di pressorio, favoriscano la fuoriuscita di gas già presente, impedendo altresì, la successiva penetrazione di questo. La scelta di una azione di rimedio piuttosto che un altra è effettuata in base alle caratteristiche dell ambiente lavorativo o abitativo in questione ed è supervisionata dalla competenza di un esperto qualificato, vanno comunque effettuati monitoraggi successivi per verificare l efficacia del sistema di riduzione e\o rimozione radon scelto. Per quanto concerne le abitazioni i valori raccomandati sono: 200 Bq/m per nuove costruzioni 400 Bq/m per costruzioni antiche [14]. Esiste una nuova proposta di legge europea in materia di radioprotezione ancora in fase di elaborazione che prevede l innalzamento del limite massimo di concentrazione radon a 1000 Bq/m nei luoghi di lavoro [15]. 2.5 nazionale radon Nell ambito della Commissione tecnico-scientifica per l elaborazione di proposte di intervento legislativo in materia di inquinamento indoor è stato messo a punto in Italia nel 2002 il Nazionale Radon, ottenendo ampi consensi dal Ministero della Sanità e parere positivo dal Consiglio Superiore di Sanità. Nel 2004 il CCM (Centro Nazionale per la Prevenzione ed il Controllo delle Malattie), di cui fanno parte enti come il Ministero del Lavoro, delle Politiche Sociali, le Regioni e le Province Autonome e gli Enti nazionali competenti, ha approvato il Nazionale Radon, emanando il progetto Avvio del Nazionale Radon per la riduzione del rischio di tumore polmonare in Italia, con coordinamento affidato all Istituto Superiore di Sanità, avvalendosi anche della collaborazione di esperti scientifici di diverse Regioni ed Enti. 35

36 Compito di questo Sottogruppo Scientifico è fra gli altri quello di predisporre adeguamenti normativi in materia di rischi connessi con l esposizione al Radon, incluso linee guida ; pertanto in base a ciò e alle evoluzioni normative in materia tale Sottocomitato Scientifico ha emanato delle raccomandazioni, considerando i seguenti sei punti. 1) Partendo da studi epidemiologici condotti su corti di minatori si sono estrapolati valori di concentrazione massima di radon nelle abitazioni e quindi fissati dei limiti di soglia attraverso interventi normativi nei vari Paesi. 2) L incertezza dei risultati ottenuti a partire da studi condotti su minatori ha fatto nascere l esigenza di condurre studi epidemiologici per valutare in maniera più accurata il nesso tra concentrazione di radon nelle abitazioni e insorgenza di neoplasie polmonari tra gli individui abitanti in tali case 3) I risultati di tali studi epidemiologici hanno rilevato un aumento di tumore ai polmoni al crescere della concentrazione del gas radon nei luoghi chiusi, proporzionale al livello di esposizione. Per un aumento100 Bq/m di radon si è evidenziata un incremento del 13 % di insorgenza di malattia. Si è inoltre attesta una sinergica combinazione negativa tra fumo di sigaretta e radon, aumentando di circa il 25% il rischio per i fumatori e una pericolosità anche ad esposizioni prolungate nel tempo a concentrazioni non superiori a 200 Bq/m. 4) Per questi risultati si stanno conducendo in Italia e all estero ricerche finalizzate non soltanto alla riduzione dei limiti attualmente esistenti, ma anche alla messa a punto e promozione di azioni di rimedio per la rimozione e riduzione delle concentrazioni radon nelle abitazioni e nei luoghi di lavoro. 36

37 5) Proprio per tali motivi sono state introdotti accorgimenti edilizi per le nuove costruzioni, finalizzati alla più semplice applicazioni di sistemi di riduzione di concentrazione, contenendo anche i costi 6) Necessità di attuare quanto prima in Italia una strategia preventiva, eventuali interventi sugli edifici hanno dei costi nettamente superiori rispetto alla possibilità di usare idonei accorgimenti in fase di cantiere. In base a quanto detto quindi, il Sottogruppo Scientifico incaricato di condurre tali studi è giunto all emanazione delle seguenti raccomandazioni: A. Imporre negli strumenti urbanistici degli enti per il controllo del territorio il rispetto di accorgimenti preventivi aventi lo scopo di limitare la diffusione del gas radon negli edifici in fase di costruzione, nonché favorire una più semplice ed economica istallazioni di sistemi per la rimozione di radon in eccesso. B. Attuare accorgimenti di riduzione e/o rimozione radon anche in edifici preesistenti in fase di ristrutturazione [16]. 37

38 Capitolo III Il progetto di ricerca In questo capitolo si introduce il progetto di ricerca di questo lavoro di tesi, descrivendo i vari steps di tale studio. Si motiva, quindi la scelta del rivelatore usato per effettuare questa misurazione, nonché tutti i passi successivi fino alla valutazione della concentrazione del gas Radon e della relativa dose nelle abitazioni coinvolte. 3.1 Il progetto ENVIRAD Il presente lavoro di tesi si colloca nell ambito del progetto ENVIRAD (ENVIronmental RADioactivoty) finalizzato alla misura delle concentrazioni di radon nel suolo e negli ambienti chiusi in collaborazione con istituti di istruzione secondaria della Campania. Il progetto si propone pertanto la costruzione di una rete di scuole nelle quali saranno effettuate misure di monitoraggio del radon nel suolo e nell'aria delle stesse scuole e di altre strutture individuate sul territorio, al fine di contribuire alla costruzione di un archivio regionale di dati sulla radioattività naturale in Campania. Poiché il radon tende a concentrarsi in ogni ambiente chiuso, diventa importante comprendere se anche i livelli di radon presenti nelle abitazioni possono essere correlati a casi di cancro al polmone [7]. La Campania è una regione in cui i livelli di radioattività sono particolarmente alti, in quanto sia il suolo che i materiali utilizzati in edilizia, per la loro origine vulcanica, contengono elevate quantità di 38