COS È LA RADIOATTIVITÀ?

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1 LA RADIOATTIVITÀ 1

2 COS È LA RADIOATTIVITÀ? È un processo naturale attraverso il quale gli atomi instabili di un elemento emettono energia da parte dei nuclei, trasformandosi in atomi di un diverso elemento o in stati energetici minori dello stesso elemento. 2

3 Numerosi elementi esistenti in natura sono costituiti da atomi i cui nuclei sono energeticamente instabili. Il ritorno alla stabilità avviene con emissione di radiazione corpuscolare (alfa o beta), spesso accompagnata da radiazione elettromagnetica (raggi gamma). I nuclei in questione si dicono radioattivi e la menzionata emissione di radiazione viene detta decadimento radioattivo o radioattività. 3

4 DECADIMENTO RADIOATTIVO Il fenomeno è regolato dalla fondamentale legge del decadimento radioattivo secondo la quale, per ogni radionuclide, deve trascorrere un tempo caratteristico (tempo di dimezzamento) affinché il numero di nuclei radioattivi presenti si dimezzi. Il tempo di dimezzamento può essere compreso tra le frazioni di secondo e i milioni di anni 4

5 LE SORGENTI NATURALI DI RADIAZIONI IONIZZANTI La radioattività è una normale componente dell ambiente. L uomo è stato costantemente esposto alle radiazioni di origine naturale. Queste sono state l unica fonte di irradiazione fino a poco meno di un secolo fa. Ancora oggi la radioattività naturale continua a fornire il maggior contributo alla dose ricevuta dalla popolazione. Nella radioattività naturale si distinguono: componente di origine terrestre: dovuta ai radionuclidi primordiali presenti in varie quantità nei materiali inorganici della crosta terrestre (rocce, minerali) fin dalla sua formazione; componente di origine extraterrestre: costituita dai raggi cosmici. 5

6 RADIONUCLIDI PRIMORDIALI I principali radionuclidi primordiali sono: K-40; Rb-87; elementi delle due serie radioattive dell U-238 e del Th-232. La concentrazione dei radionuclidi naturali nel suolo e nelle rocce varia fortemente da luogo a luogo dipendendo dalla conformazione geologica delle diverse aree. In generale le rocce ignee e i graniti contengono U-238 in concentrazione più elevate delle rocce sedimentarie come calce e gesso. Alcune rocce sedimentarie di origine marina, però, contengono elevate quantità di U-238. L uranio, come del resto anche il torio, è più abbondante in rocce acide rispetto a quelle basiche. 6

7 Nell aria la radiazione naturale è dovuta, principalmente, alla presenza di radon e toron, cioè di gas (7,5 volte più pesanti dell aria) appartenenti alle famiglie dell uranio e del torio. RADON Il radon è un gas inerte, incolore ed inodore che deriva dal decadimento dell uranio ed è presente il alcune rocce della crosta terrestre. Numerosi materiali da costruzione emettono quantità relativamente modeste di radon. Molto più radioattivi sono il granito, la pietra pomice, alcuni prodotti di scarto usati nell'edilizia come il fosfato di gesso e le scorie di altiforni, nonché il tufo e la pozzolana, pure diffusamente utilizzati in edilizia. Tuttavia la principale sorgente di radon si situa quasi sempre nel terreno sottostante le case. I livelli di concentrazione nell'aria sono fortemente variabili a seconda delle condizioni ambientali. 7

8 LA RADIOATTIVITÀ ARTIFICIALE NELL AMBIENTE La presenza di radioisotopi artificiali nell ambiente è dovuta in gran parte ai radionuclidi a vita lunga, introdotti massicciamente durante la guerra fredda dai test nucleari in atmosfera svolti in gran quantità dalle maggiori potenze nucleari e, più recentemente, dall incidente di Chernobyl 8

9 In particolare sono facilmente riscontrabili tracce di prodotti di fissione come il Cesio-137 (emivita anni), lo Stronzio-90 (emivita 28.5 anni) e il Cesio-134 (emivita 2.06 anni). Quest ultimo radioisotopo, presente in misura decisamente inferiore rispetto ai primi due, è da addebitarsi esclusivamente all incidente di Chernobyl. Anche la maggior parte del Cesio-137 (in media più del 90%) è da attribuirsi alla deposizione avutasi in seguito all incidente alla centrale ucraina. Diverso è il discorso per lo Stronzio- 90, per il quale il contributo dell incidente di Chernobyl è stato piuttosto scarso. 9

10 ISOTOPI DEL PLUTONIO Vanno infine ricordati gli isotopi del Plutonio (Pu-240, Pu- 239, Pu-238): benché la loro presenza sia molto bassa e riscontrabile solo in talune matrici (suolo principalmente), la loro rilevanza è legata all elevata radiotossicità e alla lunga emivita (24100 anni per il Pu-239, 6560 anni e 87.7 anni per Pu-240 e Pu-238). La provenienza di questi radioisotopi è diversa: per il Pu-239 e il Pu-240 va fatta risalire ai test nucleari in atmosfera, mentre la presenza di Pu-238 è da addebitarsi essenzialmente ai rientri accidentali sulla Terra, avvenuti dal 1964 al 1971, di 3 satelliti artificiali americani equipaggiati con generatori termoelettrici a radioisotopi (RTG) contenenti appunto Pu

11 Gli isotopi immessi nell ambiente in seguito a queste pratiche sono svariati: ricordiamo tra gli altri lo Iodio-131, lo Iodio-125, il Tecnezio-99 metastabile, il Tallio-201, lo Stronzio-89, il Gallio-67, l Indio-111, eccetera. Riguardo all effettiva rilevanza ambientale di questi inquinanti tuttavia, occorre sottolineare che, nonostante i quantitativi considerevoli utilizzati, l accumulo nell ambiente di questi radioisotopi è limitato dalla loro assai breve emivita (variabile da pochi a qualche decina di giorni). 11

12 LA PENETRAZIONE DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI NELLA MATERIA Le radiazioni ionizzanti propagandosi nello spazio possono incontrare materia vivente e non, con la quale interagiscono. I meccanismi di interazione sono diversi a seconda del tipo di radiazione, della sua energia e delle caratteristiche del materiale attraversato. Ne segue una diversa capacità di penetrazione dei vari tipi di radiazioni nei vari materiali. E' utile menzionare che materiali isolanti come la plastiche, quando sono colpiti da radiazioni densamente ionizzanti come le particelle alfa, diventano nel tempo fragili e polverulenti (danno da radiazioni nei materiali). Anche le particelle beta e gli elettroni hanno una modesta capacità di penetrazione nella materia, ma i loro percorsi sono comunque assai maggiori di quelli delle particelle cariche pesanti. Elettroni da 1 MeV sono arrestati in 4 metri di 12 aria o in 4 mm di acqua.

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14 EFFETTI SULL'UOMO DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI I danni prodotti dalle radiazioni ionizzanti sull'uomo possono essere distinti in tre categorie principali: a. danni somatici deterministici; b. danni somatici stocastici; c. danni genetici stocastici. Si dicono: somatici i danni che si manifestano nell'individuo irradiato; genetici quelli che si manifestano nella sua progenie. 14

15 Danni somatici deterministici Per danni deterministici s'intendono quelli in cui la frequenza e la gravità variano con la dose e per i quali è individuabile una dose-soglia. In particolare, i danni deterministici hanno in comune le seguenti caratteristiche: a. compaiono soltanto al superamento di una dose-soglia caratteristica di ogni effetto; b. il superamento della dose-soglia comporta l'insorgenza dell'effetto in tutti gli irradiati, sia pure nell'ambito della variabilità individuale; il valore della dose-soglia è anche in funzione della distribuzione temporale della dose (in caso di esposizioni protratte la soglia si eleva secondo un "fattore di protrazione"); c. il periodo dì latenza è solitamente breve (qualche giorno o qualche settimana); in alcuni casi l'insorgenza è tardiva (qualche mese, alcuni anni); d. la gravità delle manifestazioni cliniche aumenta con l'aumentare della dose. 15

16 Soglia di dose Tessuto ed effetto Equivalente di dose totale ricevuto in una singola breve esposizione (Sv) Equivalente di dose totale ricevuto per esposizioni fortemente frazionato o protratte (Sv) Dose annuale se ricevuta per esposizioni fortemente frazionato o protratte per molti anni (Sv) Testicoli Sterilità temporanea Sterilità permanente Ovaie Sterilità 0,15 NA (a) 0,4 3,5 NA 2,0 2,5-6,0 6,0 > 0,2 Cristallino 0,5-2, 0 5,0 > 0,1 Opacità osservabili (b) 0,5-2,0 5,0 > 0,1 5,0 > 8,0 > 0,15 Deficit visivo (cataratta) 5,0 > 8,0 > 0, 15 Midollo osseo Depressione dell'emopoiesi Aplasia mortale 0,5 NA > 0,4 1,5 NA > 1 16

17 Danni somatici stocastici I danni somatici stocastici comprendono le leucemie e i tumori solidi. In questa patologia soltanto la probabilità d'accadimento, e non la gravità, è in funzione della dose ed è cautelativamente esclusa l'esistenza di una dose-soglia. Danni di questo tipo hanno in particolare le seguenti caratteristiche: a. non richiedono il superamento di un valore-soglia di dose per la loro comparsa (ipotesi cautelativa ammessa per gli scopi preventivi della radioprotezione); b. sono a carattere probabilistico; c. sono distribuiti casualmente nella popolazione esposta; d. sono dimostrati dalla sperimentazione radiobiologica e dall'evidenza epidemiologica (associazione causale statistica); e. la frequenza di comparsa è maggiore se le dosi sono elevate; f. si manifestano dopo anni, talora decenni, dall'irradiazione; g. non mostrano gradualità di manifestazione con la dose ricevuta, quale che sia la dose; h. Sono indistinguibili dai tumori indotti da altri cancerogeni. 17

18 Danni genetici stocastici Non è stato possibile sinora rilevare con metodi epidemiologici un eccesso di malattie ereditarie nella progenie di soggetti esposti alle radiazioni ionizzanti rispetto alla progenie di soggetti non esposti. Lo studio radioepidemiologico più importante è stato quello sui discendenti dei sopravvissuti di Hiroshima e Nagasaki, nel corso del quale è stato effettuato un confronto tra bambini di cui almeno uno dei genitori era stato irradiato e bambini i cui genitori non erano stati irradiati. Nessuna differenza statisticamente significativa è apparsa tra i due gruppi per quanto concerne lo sviluppo psicofisico, le malformazioni di origine genetica ed alcuni indicatori di natura citogenetica e biochimica. Sebbene non sia stato dimostrato a tutt oggi nella specie umana che le radiazioni ionizzanti possono produrre danni ereditari, studi sperimentali su piante ed animali indicano che tali danni possono di fatto insorgere. 18

19 COME SI ELIMINA? Non è possibile eliminare completamente il radon dai nostri ambienti di vita. Anche all'esterno vi è una seppur relativamente bassa concentrazione di radon (5-10 Bq/m 3 ). Tuttavia è possibile, anzi è raccomandabile, intervenire in quegli ambienti in cui la concentrazione è elevata e causa un inaccettabile rischio per la salute. La scelta del metodo più adatto al singolo edificio dipende da molti fattori e deve essere oggetto di discussione e di accordo tra tutti i soggetti interessati (proprietario, eventuali occupanti, imprese). L'intervento sull'edificio è un compromesso tra efficienza di abbattimento del radon, costi di installazione ed esercizio, accettabilità da parte degli occupanti, facilità di manutenzione, incidenza sulle abitudini di vita, durabilità nel tempo. 19

20 Metodi di prevenzione Vi sono diversi modi per ridurre la concentrazione di radon in un ambiente: Ventilazione; Pressurizzazione dell'edificio; Ventilazione del vespaio; Depressurizzazione del suolo; Azioni di prevenzione per nuove costruzioni. 20

21 Ventilazione Un aumento della ventilazione dell'ambiente favorisce la diluizione del radon presente. La ventilazione può essere di tipo passivo o forzata, con l'ausilio di ventilatori. Tuttavia devono essere valutati i problemi connessi ad esempio con il recupero del calore nei mesi invernali. Il metodo è più adatto per applicazioni in ambienti di lavoro in particolare laddove esista già un impianto. Questa tecnica oltre a risolvere il problema del radon contribuisce a migliorare il complesso della qualità dell'aria. Pressurizzazione dell edificio In questo caso si incrementa la pressione interna dell'edificio, con l'ausilio di un ventilatore, in modo da contrastare la risalita del radon dal suolo. In pratica l'aria immessa spinge il radon fuori dall'edificio. 21

22 Ventilazione del vespaio Questo metodo è utilizzato quando è presente un vespaio al di sotto dell'edificio. Aumentando la ventilazione del vespaio si diluisce il radon presente e di conseguenza meno radon si trasferisce nell'edificio. L'incremento della ventilazione può essere realizzato aumentando il numero delle bocchette di aerazione ed eventualmente applicando un ventilatore. In alcuni casi la semplice pulizia delle bocchette di aerazione già presenti porta ad un abbassamento della concentrazione di radon. 22

23 Depressurizzazione del suolo Questa è tra le tecniche maggiormente consigliate per situazioni di concentrazioni molto elevate. Si tratta di realizzare sotto la superficie dell'edificio un piccolo ambiente per la raccolta del gas radon. Questo "pozzetto" viene collegato ad un piccolo ventilatore. In tal modo si realizza, all'interno del pozzetto, una depressione che raccoglie il radon e lo espelle in aria impedendo che entri all'interno dell'edificio. Il metodo è utilizzato quando è presente un vespaio al di sotto dell'edificio. Aumentando la ventilazione del vespaio si diluisce il radon presente e di conseguenza meno radon si trasferisce nell'edificio. L'incremento della ventilazione può essere realizzato aumentando il numero delle bocchette di aerazione ed eventualmente applicando un ventilatore. 23

24 Azioni di prevenzione per nuove costruzioni In fase di progettazione o di costruzione di un nuovo edificio adottare criteri che riducano l'ingresso del radon dal suolo ha un costo molto contenuto, a volte irrilevante rispetto all'intero costo della costruzione. Nel caso si voglia adottare la tecnica del vespaio o delle intercapedini, è sufficiente tenere presente di realizzare una buona ventilazione naturale per tutta la superficie di contatto suolo - edificio. Nel caso non si adotti il vespaio si devono predisporre, al di sotto della prima gettata, uno o più pozzetti di raccolta, a seconda della superficie dell'edificio, collegati tra loro e collegati con l'esterno dell'edificio. Inoltre si deve stendere, sempre sotto la prima gettata, uno strato di ghiaia di circa 5-10 cm. Infine si deve stendere un foglio di materiale impermeabile al radon. 24