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A2C - Consulenza tecnica specialistica Radon (Rn-222) Approfondimento: Le radiazioni ionizzanti
Approfondimento: Le radiazioni ionizzanti - radioprotezione Stampa E-mail
Radon (Rn-222)

 

SebbeneRadiazioni le radiazioni ionizzanti (denominate comunemente "radioattività") coinvolgano l'equilibrio e la salute dell'intero sistema mondiale, oggi questo argomento continua ad essere materia di studi e conoscenza limitata ai soli addetti ai lavori. Il comune cittadino, non è sufficientemente informato sull'argomento, e quindi non può attuare misure cautelari o scelte che determino un minor rischio per la propria salute, in vista di eventuali esposizioni:

  • di carattere accidentale (ad esempio: incidente di Cernobyl, incidente di Fukushima),
  • naturale (ad esempio: contaminazioni da gas Radon)
  • di carattere sanitario (ad esempio: risonanza, radioterapia, radiodiagnostica).

Con il termine generico di "radiazione" si intendono fenomeni di trasporto di energia nello spazio.

Spettro onde elettromagneticheTale termine porta ad una infinità di fenomeni notevolmente diversi uno dall'altro, che possono essere ad esempio:

Se l'energia della radiazione incidente sulla materia è sufficiente a ionizzarne gli atomi o le molecole con i quali viene a contatto, la radiazione si chiama "ionizzante"
Tali emissioni, con il loro passaggio, sono caratterizzate dalla capacità di strappare gli elettroni agli atomi, lasciandoli carichi elettricamente, e di distruggere i legami molecolari, generando reazioni imprevedibili. Se la radiazione ionizzante investe un tessuto biologico può creare dei gravissimi danni, agendo sul DNA e impedendo a questo di riprodursi in modo corretto. In particolare, le cellule possono venire danneggiate, con effetti immediati (ustioni, dermatiti) o tardivi (leucemie, tumori, danni nelle generazioni successive).

In natura, le sostanze radioattive sono caratterizzate da una instabilità atomica e/o nucleare, che le fa trasformare in altri elementi chimici (o altri isotopi), rilasciando una notevole quantità di energia sotto forma di raggi alfa, beta o gamma.

 

 

 

Tale emissione di radiazioni è detta decadimento radioattivo ed è la principale fonte di radiazioni ionizzanti sulla terra:

  • I raggi alfa, Emissione particella alfache consistono in una particella di due protoni e due neutroni (similare al nucleo dell'atomo di Elio); sono altamente ionizzanti e a causa della loro carica elettrica; interagiscono fortemente con la materia e quindi vengono facilmente assorbiti dai materiali. Il potere di penetrazione di queste radiazioni è limitato, in quanto le particelle alfa (anche se molto ionizzanti) non possono superare strati di materia superiori ad un foglio di carta. Ma se si sviluppano all'interno di un organismo possono provocare danni gravissimi e irreversibili. Nelle reazioni nucleari dove si sprigionano raggi alfa, si ha una diminuzione di massa atomica di 4 unità (dovuta ai 2 protoni+2 neutroni che abbandonano l'atomo). Ad esempio, una reazione tipo, è quella che porta dal Radio-226 al Radon-222:

 226Ra ->  222Rn + particella alfa

  • raggi beta, emissione particella betache consistono in elettroni o positroni (elettroni con carica positiva), espulsi ad alta energia; l'interazione delle particelle beta con la materia ha generalmente un raggio d'azione dieci volte superiore, e un potere ionizzante pari a un decimo rispetto all'interazione delle particelle alfa. Vengono bloccate completamente da pochi millimetri di alluminio. Un esempio di reazione in cui si ha la produzione di raggi beta, è quella in cui il Cobalto-60 si trasmuta in Nichel-60:

60Co -> 60Ni + particella beta

 

 

 

  • raggi gamma, emissione radiazione gammache consistono in radiazioni elettromagnatiche; sono più penetranti sia della radiazione alfa sia della radiazione beta, ma sono meno ionizzanti. Per ridurre del 50% l'intensità di un raggio gamma occorre una lamina di 1 cm di piombo oppure 6 cm di cemento. I raggi gamma producono effetti simili a quelli dei raggi X come ustioni, forme di cancro e mutazioni genetiche.

 

 

 

Altre tipologie di radiazioni ionizzanti sono:

  • raggi X, che consistono in radiazioni elettromagnatiche similari ai raggi gamma, ma di lunghezza d'onda diversa e di origine diversa. 
  • Le emissioni di neutroni; che si sviluppano in alcune reazioni nucleari.
  • raggi cosmici; che consistono in radiazioni  provenienti dallo spazio (dal Sole, da altre stelle, da novae,supernovae, quasar, etc.), che investono interamente il nostro pianeta. La radiazione proveniente dal sole ha ciclicità undecennale, ed è caratterizzata per lo più da protoni ad alta velocità. La radiazione galattica, invece, è costante ed è' costituita in media dal 87% di protoni, 10% di raggi alfa,  2% di elettroni, 1% di nuclei pesanti. Queste radiazioni variano in relazione alla latitudine terrestre.

Tanta più materia è concentrata in un dato spazio tanto più sarà probabile che abbia luogo l'assorbimento di una data particella vagante in quello spazio; sulla base di questo principio, per le schermature antiradiazionischermatura per radiazioni ionizzantisi usano rivestimenti di piombo, che ha una densità elevatissima. Il piombo ha inoltre il vantaggio di essere l'elemento finale del decadimento dell'uranio e della sua famiglia, quindi nuclearmente molto stabile e poco soggetto a trasmutarsi in altri elementi. Fermare completamente emissioni di raggi alfa e beta è molto semplice e richiede pochi millimetri di acciaio o piombo; un efficace schermo contro i fotoni costituenti dei raggi X e gamma deve essere più spesso. Più complesso invece schermare una radiazione neutronica.

Le regole più elementari della radioprotezione sono le seguenti:

  • allontanarsi dalla sorgente di radiazioni, in quanto l'intensità delle radiazioni diminuisce con la distanza;
  • interporre uno o più dispositivi di schermatura tra la sorgente e le persone;
  • ridurre al minimo la durata di esposizione alle radiazioni.

Le fonti, quindi, di radiazioni ionizzanti possono essere:

  • il decadimento radioattivo di sostanze radioattive naturali (ad esempio: Uranio, Radon , Radio);
  • il decadimento radioattivo di sostanze radioattive artificiali (ad esempio: Plutonio impoverito);
  • particolari reazioni nucleari a livello industriale o nei reattori nucleari, o da eventuali ordigni nucleari;
  • i raggi cosmici che investono il nostro pianeta;
  • le macchine radiogene ad uso medico (ad esempio: Raggi X, Radioterapia, etc.).

 

Nel decadimento naturale, l'Uranio (238U e 235U), il Torio (232Th), il Potassio (40K) e il Rubidio (87Rb)  sono glielementi radioattivi primordiali (esistenti fin dalla formazione della terra); dal loro decadimento derivano tutti i principali elementi radioattivi naturali che conosciamo; ovvero questi due progenitori, generano due serie di elementi figli che decadono uno nell'altro fino ad arrivare ad un elemento caratterizzato dalla stabilità nucleare.

In particolare la serie di elementi discendente dal progenitore 238U, che ha un tempo di dimezzamento di 4.500.000.000 anni (il tempo necessario, affinche la metà degli atomi di un determinato isotopo decada in un altro elemento, sprigionando radiazioni ionizzanti) , è composta da:

Schema del decadimento del Radon a partire dall'uranio

Il piombo-206 è stabile e quindi rappresenta la fine della serie del decadimento radioattivo del 238U.

emissione alfaTra questi elementi, il più pericoloso in assoluto per la salute umana è il Radon (222Rn); ciò è dovuto al fatto che essendo gassoso può facilmente spostarsi dal punto di generazione ed addirittura essere inalato all'interno dell'organismo, proseguendo la serie di decadimento dell'Uranio all'interno dei polmoni!

I danni,derivanti dalle radiazioni ionizzanti, sono numerosissimi e possono avere insorgenza immediata o tardiva; se le radiazioni colpiscono la cellula nel momento in cui è più vulnerabili, ovvero in cui il DNA è in fase di duplicazione, le strutture del nucleo sono dissolte e gli enzimi che assicurano l'integrità del materiale genetico non possono operare. L'effetto macroscopico più vistoso della radioattività sulle cellule, quindi, è il rallentamento della velocità di riproduzione: e le popolazioni di cellule che si riproducono molto rapidamente sono più vulnerabili di quelle che lo fanno lentamente. In virtù di questo fatto, gli organi più sensibili alle radiazioni sono il midollo osseo ed il sistema linfatico.

A livello dell'intero organismo si nota un precoce invecchiamento correlato alla dose totale di radiazione assorbita; ciò avviene sia con forti dosi istantanee, sia con l'esposizione prolungata a bassi livelli di radioattività; gli organi particolarmente esposti perché superficiali e scarsamente vascolarizzati, e che smaltiscono con difficoltà gli effetti della contaminazione radioattiva, sono:

  • pelle: ustioni, dermatiti, tumori della pelle, perdita dei capelli.
  • gonadi: sterilità, facilità all'aborto, aumento delle malformazioni, soprattutto del sistema nervoso centrale e dei tumori nei figli (leucemie).
  • intestino tenue: occlusioni (derivanti da muco e cellule morte); ulcerazioni.
  • occhio: cataratta.

Come unità di misura per valutare l'attività radiattiva nell'unità di tempo, si utilizza il Becquerel [Bq], che dimensionalmente equivale a [s-1] ed è definito come il numero di decadimenti (da elemento a elemento), di una data quantità di materiale radioattivo, per ogni secondo. Per valutare la concentrazione del decadimento radioattivo in aria si utilizza il Bq/m3, che equivale ad 1 decadimento radioattivo al secondo in 1 metro cubo di ambiente o materiale. In passato veniva utilizzato il "Curie"=[Ci] che è definito come l'attività radioattiva di 1 grammo di Radio-226; 1 Ci = 37.000.000.000 Bq.

Ad esempio, una concentrazione di 100 Bq/m3 significa che 100 atomi si disintegrano ogni secondo in 1 m3 di ambiente in questione. A titolo di esempio, si riporta il contenuto medio di radioattività di alcune sostanze:

  • 25.000.000 Bq =1 kg di Uranio (U238+U234+U235)
  • 10.000.000 Bq =1 kg di rifiuti nucleari vetrificati ad alta intensità dopo 50 anni
  • 1.000.000 Bq =1 kg di rifiuti radioattivi a bassa intensità
  • 2.000 Bq =1 kg di ceneri di carbone
  • 1.000 Bq =1 kg di granito

Ad esempio, in ogni secondo, in 1 kg di granito ci sono sempre 1000 atomi che effettuano la transizione verso altri elementi, emettendo radiazioni ionizzanti.

La grandezza che viene utilizzata come indice del danno dovuto all'esposizione alle radiazioni prende il nome di dose, e si differenzia in:

  • dose assorbita = quantità di energia ceduta per ogni kg di materiale irradiato; si misura in Gray=[Gy]=[J/kg]; ad esempio dire che un corpo di 100 kg è stato irradiato con 100 J di energia, significa dire che ha assorbito una dose di 1 Gray. Tale grandezza è  indipendente dal tipo di radiazione e quindi non ha la possibilità di predire le probabilità e la gravità degli effetti biologici della radiazione; in passato veniva impegato il "rad": 1Gy=100rad.
  • dose equivalente = è uguale alla dose assorbita moltiplicata per un fattore di correzione, che tiene conto della tipologia di radiazione (raggi alfa=20, raggi beta=1, raggi gamma=1, protoni=5). Si misura inSievert=[Sv], che dimensionalmente è uguale al Gray, ma differisce nel significato. Tale grandezza tiene conto della capacità ionizzante della radiazione e quindi è indice della loro gravità; in passato veniva impegato il "rem": 1Sv=100rem.
  • dose efficace = è uguale alla dose equivalente moltiplicata per un fattore di radiosensibilità di ogni tipologia organo umano  (gonadi=0,20 , polmoni-stomaco-colon-midollo=0,12 , esofago-mammella-fegato-tiroide-vescica= 0,05 ,etc.); tale tipologia di dose è stata introdotta poichè a parità di dose equivalete non tutti gli organi hanno le stesse probabilità di sviluppare tumori e leucemie; con tale valore, si ha quindi la possibilità di effettuare stime probabilistiche sulla incidenza dei tumori. Si misura in Sievert=[Sv] ugualmente alla dose equivalente

Per dare un'idea del valore delle dosi equivalenti/efficaci, si formulano degli esempi esplicativi (1 mSv "milliSievert" = 0,001 Sv):

  • 0,02 mSv = dose media assorbita da ogni italiano a causa dell'incidente di Cernobyl, nell'anno successivo all'incidente;
  • 0,04 mSv =dose media derivante dall'esposizione (per ogni anno di vita) ai raggi cosmici provenienti dallo spazio;
  • 0,14 mSv = dose assorbita durante una radiografia al torace;
  • 1 mSv = dose assorbita durante una mammografia;
  • 1,1 mSv = dose assorbita durante una radiografia all'addome;
  • 1,5 mSv = dose assorbita durante una colecistografia;
  • 3,1 mSv = dose assorbita durante una urografia al torace;
  • 4,1 mSv = dose assorbita durante una radiografia al tubo digerente;
  • 4 mSv = dose assorbita durante una TAC;
  • 20 mSv = dose assorbita durante una scintigrafia;
  • 40.000 mSv = dose assorbita in radioterapia (la dose è concentrata esclusivamente sul tumore da distruggere).

Secondo dati di letteratura scientifica, la dose letale LD50 (dose che uccide il 50% della popolazione in breve tempo) è tra 2500 e 4500 mSv. Invece, una dose dell'ordine di grandezza di 500 mSv non produce la morte istantaneamente, ma da luogo a fenomeni  degenerativi nel lungo periodo (tumori, leucemie, etc...).

In particolare, sulla base di studi epidemiologici, gli effetti specifici sui tessuti in relazione ad una esposizione di breve durata sono, in termini di dose equivalente:

  • Testicoli:
    • Sterilità temporanea = 150 mSv
    • Sterilità pemanente =  3500 mSv
  • Ovaie :
    • Sterilità pemanente =  2500 - 6000 mSv
  • Occhio (cristallino):
    • Opacizzazione del cristallino = 500 - 2000 mSv
    • Deficit visivo = 5000 mSv
  • Midollo osseo (diminuzione dei globuli rossi, dei globuli bianchi e delle piastrine (tendenze alle emorragie), aumento dei tumori del sangue) :
    • Depressione dell'emopoiesi = 500 mSv
    • Aplasia mortale = 1500 mSv

Una dose istantanea di 1000 mSv comporta vomito e modificazioni della composizione del sangue.

La Legge italiana prescrive che non si debbano superare i seguenti limiti:

  • Per i "lavoratori esposti" (lavoratori impegnati in attività che prevedono l'uso o la manipolazione di radioisotopi) al massimo 20 mSv/anno in più rispetto alla radiazione naturale (pari a circa 2,4 mSv/anno)
  • Per tutti gli altri al massimo 1 mSv/anno in più rispetto alla radiazione naturale (pari a circa 2,4 mSv/anno).

In media una persona che riceve  una dose di 1 mSv per 1 anno, ha 50 probabilità su 1.000.000 di ammalarsi di tumore letale (50/1.000.000= 0,005%).

Nel caso specifico del Radon, è possibile facilmente passare dalla concentrazione di decadimento radioattivo [bq/m3] alla dose efficace [mSv], poichè: 1 bq/m3per 1 anno = 0,02 mSV. Per tale ragione, nel caso del Radon è più comodo esprimere tutti i valori in bq/m3.

Si riportano le caratteristiche tecniche fisico/chimiche del Radon (Rn-222):

Numero atomico 86
Peso atomico 222,01758
Densità a 1 atm e 0°C 9,73 kg/m³
Densità a -62°C (liquido) 4400 kg/m3
Raggio di van der Waals 220 pm
Viscosità dinamica (mu) a c.std 0,0229 kg/m*s
Viscosità cinematica (ni) a c.std 0,0230 m2/s
Punto di fusione 202 K (−71 °C)
Punto di ebollizione 211,3 K (−61,85 °C)
Punto critico 103,85 °C a 6,28 MPa
Entalpia di vaporizzazione 16,4 kJ/mol
Calore di fusione 2,89 kJ/mol
Numero CAS 10043-92-2
Elettronegatività 2,2
Calore specifico 94 J/(kg·K)
Conducibilità termica 0,00364 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione 1037 kJ/mol
Costante di decadimento (labda) 2,09822 10E-6  sec-1
Tempo di dimezzamento (T1/2) 3,8235 giorni
Vita media (tau) 5,5161 giorni
Coeff. diffusione in aria ferma 0,1 cm2/s
Coeff. diffusione in acqua ferma 0,00001 cm2/s
Energia particella alfa emessa 5,49 MeV
Attività in 1 g in cond.std 5,69 E+6 Bq/g
N.Atomi in 1 cm3 in cond.std 2,63937 E+19 n/cm3

 

La legge generale del decadimento radioattivo è:


N(t) = N0 e^(-lambda * t)

dove:
N = numero di atomi
lambda = costante di decadimento [1/s]
t = tempo [s]

decadimento

Inoltre sussitono anche le seguenti relazioni:
Il tempo di dimezzamento: T1/2 [s] = ln2/lambda = 0,693/lambda
La vita media: tau [s] = 1/lambda
L'attività: A [Bq] = lambda * N

Per il Radon (Rn-222):

  • lambda = 2,09822 10E-6 sec-1
  • tau = 476594 s = 5,51 giorni
  • T1/2 = 330350 s = 3,82 giorni

 

ESEMPIO 1:

Se abbiamo 1 g di Radon, significa che, tramite la definizione di mole, abbiamo un numero di atomi pari a:
N = 6.022 + 10^23 /222 = 2,71261 10^21 atomi
La sua attività A sarà pari a:
A = lambda * N = 5,69166 10^15 Bq

 

ESEMPIO 2

Se abbiamo in un ambiente una concentrazione di 300 Bq/m3 allora per ogni m3 si ha un numero di atomi di Radon statisticamente pari a:
N = A / lambda = 300 / 2,09822 10E-6 sec-1 = 142978334 numero di atomi di Rn-222
Attraverso la legge generale del decadimento radioattivo si può prevedere il decadimento di tali atomi, in caso di assenza di nuovi ingressi nell'ambiente:

N(t) = 142978334 e^(-2,09822E-06 * t)

Si può quindi costruire il grafico numero di atomi di Radon/tempo, su una concentrazione iniziale di 300 Bq/m3, per ogni m3::

giorni secondi N.atomi Rn-222
0 0 142978334
1 86400 119272036
2 172800 99496323
3 259200 82999492
4 345600 69237891
5 432000 57758012
6 518400 48181535
7 604800 40192871
8 691200 33528756
9 777600 27969573
10 864000 23332122
11 950400 19463576
12 1036800 16236448
13 1123200 13544390
14 1209600 11298683
15 1296000 9425323
16 1382400 7862572
17 1468800 6558931
18 1555200 5471437
19 1641600 4564254
20 1728000 3807485
21 1814400 3176191
22 1900800 2649568
23 1987200 2210260
24 2073600 1843792
25 2160000 1538085
26 2246400 1283065
27 2332800 1070328
28 2419200 892864
29 2505600 744824
30 2592000 621330
31 2678400 518311
32 2764800 432373
33 2851200 360684
34 2937600 300882
35 3024000 250995
36 3110400 209379
37 3196800 174663
38 3283200 145703
39 3369600 121545
40 3456000 101393
41 3542400 84581
42 3628800 70557
43 3715200 58859
44 3801600 49100
45 3888000 40959
46 3974400 34168
47 4060800 28503
48 4147200 23777
49 4233600 19835
50 4320000 16546
51 4406400 13803
52 4492800 11514
53 4579200 9605
54 4665600 8012
55 4752000 6684
56 4838400 5576
57 4924800 4651
58 5011200 3880
59 5097600 3237
60 5184000 2700
61 5270400 2252
62 5356800 1879
63 5443200 1567
64 5529600 1308
65 5616000 1091
66 5702400 910
67 5788800 759
68 5875200 633
69 5961600 528
70 6048000 441
71 6134400 368
72 6220800 307
73 6307200 256
74 6393600 213
75 6480000 178
76 6566400 148
77 6652800 124
78 6739200 103
79 6825600 86
80 6912000 72
81 6998400 60
82 7084800 50
83 7171200 42
84 7257600 35
85 7344000 29
86 7430400 24
87 7516800 20
88 7603200 17
89 7689600 14
90 7776000 12
91 7862400 10
92 7948800 8
93 8035200 7
94 8121600 6
95 8208000 5
96 8294400 4
97 8380800 3
98 8467200 3
99 8553600 2
100 8640000 2

Ciò può essere riportato in grafico:

stima

 

 

 

Inoltre, per quanto riguarda specificamente il Radon (222Rn), che rappresenta il maggior rischio per l'uomo tra le radiazioni ionizzanti, l'Agenzia per la Protezione dell'Ambiente Americana (EPA), ha eseguito uno studio comparativo tra il livello di concentrazione di Radon all'interno dell'abitazione e la probabilità di contrarre un tumore polmonare[1]. Tale studio è stato effettuato differenziando il campione di pazienti tra fumatori e non fumatori, poichè tale elemento risulta estremamente aggravante:

relazione tra casi di tumore e concentrazione di radon

Uno studio analogo, con i medesimi risultati, è stato effettuato dall'Istituto Superiore di Sanità e dal Dipartimento di Epidemiologia ASL RM-E di Roma.

Il meccanismo principale dell'ingresso del Radon all'interno di un edificio, oltre alla componente connessa al vento, è l'effetto camino. Ovvero, quando in un ambiente si hanno due zone a differente temperatura, si crea una differenza di pressione che provoca uno spostamento di gas dalla zona più calda alla zona più fredda; tale meccanismo è regolato dalla formula:

effetto camino

a seconda della intensità della pressione si ha un trasferimento di gas più o meno intenso. Tale effetto è lo stesso che viene utilizzato per favorire lo smaltimento dei gas di combustione mediante i camini.

Ad esempio se nella cantina di una abitazione si ha una temperatura di 1°C ed il terreno ha una temperatura di 25°C (gli strati profondi del terreno mantengono la stessa temperatura sia di inverno sia d'estate) si ha una aspirazione naturale dal terreno verso la cantina, associata ad una differenza di pressione di 1 Pascal. Nell'ipotesi di assenza di ostacoli e perdite di carico, tramite il teorema di Bernoulli, si può stimare che tale flusso di risalita abbia una velocità media di circa 1,2 m/s. Da ciò si può capire il motivo per cui i valori di Radon sono maggiori in inverno!

L'ingresso del Radon all'interno dell'edificio, sarà quindi direttamente proporzionale alla differenza di pressione che si sviluppa tra l'esterno e l'interno della casa; in determinate condizioni di temperatura, avviene quindi una aspirazione di gas verso l'interno della casa. Per tale ragione, per adottare i criteri di mitigazione dal Radon più efficaci, occorre una attenta valutazione delle caratteristiche dei locali e delle consuete temperature che si riscontrano durante l'intero anno.

 

Cosa offrono i tecnici dell’A2C

A2CGrazie al supporto di laboratori certificati, i tecnici dell'A2C eseguono consulenze inerenti:

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 [1] [Fonte: http://www.epa.gov/radon/]

 

 

Ultimo aggiornamento Mercoledì 25 Settembre 2019 13:49
 

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