Energia nucleare e nuove tecnologie: riflessioni su sicurezza e ambiente Lezioni Lincee di Fisica Università di Milano Bicocca 20 maggio 2011 RISCHI SANITARI DA FALL OUT RADIOATTIVO Giampiero Tosi
Fall out radioattivo Il termine fall out è stato introdotto nel linguaggio tecnico-scientifico in seguito alla prima esplosione nucleare della storia, avvenuta il 16 luglio 1945 ad Alamogordo, nel deserto del New Mexico. Esso sta ad indicare la caduta sul suolo da zone più o meno alte dell atmosfera di nuclidi radioattivi che, liberi o legati al particolato prodotto nell esplosione, vengono sollevati da correnti d aria in strati più o meno alti dell atmosfera e possono poi ricadere al suolo in zone anche molto distanti dal luogo in cui si sono prodotti.
In seguito, il termine fall out è stato esteso a tutte le ricadute radioattive determinate da incidenti nucleari, come quello verificatosi il 26 aprile 1986 nella centrale elettronucleare di Chernobyl, in Ucraina, e il 20 marzo di quest anno nella centrale di Fukushima, in Giappone.
Chernobyl, 1986 Fukushima, 2011
Gli incidenti di Chernobyl e Fukushima Aumento non controllato di potenza del reattore Interruzione del sistema di raffreddamento Formazione di vapore, di idrogeno e aumento della temperatura Esplosione e incendio Fusione parziale del nocciolo Rilascio di prodotti di fissione
26 aprile 27 aprile 28 aprile 29 aprile 30 aprile 1 maggio
Rappresentazione schematica della fissione frammenti di fissione
Distribuzione delle masse dei frammenti di fissione Sr-90 I-131 Ru-106 Cs-134 Cs-137
Prodotti di fissione più rilevanti dal punto di vista sanitario Radionuclide Tipo di emissione Emivita Stronzio-89 β + γ (molto debole) 51 giorni Stronzio-90 β 28 anni Rutenio-106 β 1 anno Cesio-134 β + γ 2,1 anni Cesio-137 β + γ 30 anni Iodio-131 β + γ 8,04 giorni
Il problema del plutonio 238 92 U 146 239 93 n Np 239 92 146 U 147 239 94 Pu 239 93 145 Np e 146 ν e ν Emi-vita = 24.400 anni Decadimento per emissione α E = 5,096 5,134, 5,146 MeV Tossicità chimica molto elevata: LD 50 = 1 10-8 g/kg di peso
La contaminazione radioattiva - esterna - interna
CONTAMINAZIONE INTERNA DIRETTA INDIRETTA CATENA ALIMENTARE INALAZIONE ASSORBIMENTO CUTANEO INGESTIONE
ATMOSFERA IRRAGGIAMENTO DIRETTO DEPOSIZIONE SUL TERRENO Il trasferimento dalla catena alimentare all uomo VEGETALI INGESTIONE ANIMALI INGESTIONE INGESTIONE LATTE E DERIVATI
Ai fini di una stima del rischio sanitario occorre Valutare la concentrazione in aria di radionuclidi, in particolare di I-131 Valutare la contaminazione superficiale da pulviscolo radioattivo tramite Prelievo di campioni di aria Prelievo di matrici ambientali (acqua, terreno, verdure, latte)
Limiti di concentrazione in aria dello I-131 lavoratori esposti: 700 Bq/mc pubblico: 3 Bq/mc (40000 Bq/anno: limite annuale di introduzione per inalazione ipotizzando un volume medio di respirazione di 1,5 mc/ora di aria/persona)
Effetti biologici dell esposizione a fall out Effetti deterministici: effetti di tipo somatico oppure genetico, che si verificano nell individuo esposto soltanto se la dose è superiore a una soglia, tipica dell effetto. Per dosi superiori alla soglia, la gravità dell effetto è tanto maggiore quanto più alta la dose ( gradualità dell effetto ): a grandi distanze dalla zona di rilascio sono praticamente impossibili, salvo alcuni casi verificatisi in occasione di detonazione di bombe H nel Pacifico. Effetti stocastici: effetti senza soglia di tipo somatico (tumori solidi, leucemie, linfomi) oppure genetico, la cui probabilità di accadimento dipende linearmente dalla dose, la cui gravità è invece indipendente dalla dose (effetti tutto/niente)
Fall out da bomba H Nel 1954 gli Sati Uniti fecero detonare nell atollo di Eniwetok (isole Marshall) una bomba H da 15 Mega Ton. Gli abitanti dell atollo di Rongelap (86 persone) furono esposti direttamente al fall out dell esplosione, poiché il vento spirava nella direzione dell atollo, e vennero evacuati soltanto due giorni dopo l esplosione. Le dosi furono così elevate da causare effetti deterministici immediati: astenia, vomito, ustioni. La stessa situazione si verificò per alcune decine di marinai di un peschereccio giapponese, che si trovava a 80 miglia dal centro del esplosione. 23 di essi morirono entro 7 mesi; il destino degli altri non è noto.
Organi e tessuti bersaglio nel caso di contaminazione interna Radionuclide Organo/tessuto bersaglio Entità del rischio * Cesio Tessuto muscolare Modesta Iodio Tiroide Elevata Rutenio Tessuto osseo Elevata Stronzio Tessuto osseo Molto elevata * a parità di attività
Fattori di peso per i tessuti Tessuto / organo Fattori di peso wt Gonadi 0,20 Midollo osseo rosso 0,12 Colon 0,12 Polmone 0,12 Stomaco 0,12 Vescica 0,5 Mammella 0,5 Fegato 0,5 Esofago 0,5 Tiroide 0,5 Cute 0,01 Superfici ossee 0,01 Altri tessuti 0,05 w
Fattori di ponderazione per le radiazioni Tipo di radiazione Fattori di ponderazione wr Fotoni di tutte le energie 1 Elettroni e muoni di tutte le energia Neutroni con energia: - E < 10 kev 5-10 kev < E < 100 kev 10-100 kev < E < 2 MeV 20-2 MeV < E < 20 MeV 10 - E > 20 MeV 5 Protoni (esclusi i protoni di rinculo) con E > 2 MeV Particelle α, frammenti di fissione, nuclei pesanti 1 5 20
Dose efficace - E (msv) Somma delle dosi equivalenti nei diversi organi o tessuti, ponderata per il tipo di radiazione e per il tipo di tessuto: E = T w R w T H T Nel caso di irradiazione separata dei vari organi e tessuti, il valore della dose efficace consente una stima del richio cancerogeno globale
Probabilità di tumori letali (F) di effetti ereditari gravi (E) (per 10 4 persone/sv) Organo F E Stomaco 100 Colon 85 Polmone 85 Midollo osseo 50 Esofago 30 Vescica 30 Mammella 20 Fegato 15 Ovaio 10 Tiroide 8 Superfici ossee 5 Altri tessuti 50 Gonadi 100 Totale 500
Interventi di prevenzione nel caso di fall out radioattivo Monitoraggio radiometrico dell aria, dell acqua, del latte, dei vegetali e delle carni Eventuale uso di mascherine con filtro in carbone attivo (in grado di adsorbire lo iodio) Eventuali restrizioni alimentari Profilassi con assunzione controllata di ioduro di potassio (per impedire l accumulo di iodio radioattivo nella tiroide)