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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.

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.

 

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

 

 

Ultimo aggiornamento Martedì 12 Settembre 2017 13:27
 

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