Il Rischio Nucleare e Radiologico Corso Regionale NBCR Livello 2
Ing.
Capire la radioattività L’atomo e la struttura della materia Gli isotopi Energie in gioco e radioattività Disintegrazioni e decadimenti Caratteristiche delle particelle
Struttura della materia Atomo: particella minima di un elemento L’atomo è la più piccola parte delle materia che ne conserva ancora tutte le caratteristiche chimiche.
Molecola: aggregato di atomi
. Neutroni . Protoni . Elettroni
Protone
Carica + 1
Neutrone Carica nulla Elettrone
Carica - 1
Massa 1 Massa 1 Massa trascurabile
1 1
Elettrone Protone
Nucleo VS Atomo Se l’atomo le dimensioni di un campo di calcio, allora il nucleo, posizionato nel centro, avrebbe le dimensioni di una pallina da ping-pong.
2 2 2
Elettroni Protoni Neutroni
Z
x
A
A = Numero di massa (protoni + neutroni) X = Simbolo sostanza Z = Numero atomico (protoni) INDIVIDUIAMO LA SOSTANZA
He 2
14
7
4
Li
3
C 6 Tavola Periodica
12
14
diverso
C 6 6 PROTONI 6 ELETTRONI 6 NEUTRONI
C uguale uguale uguale diverso
6 6 PROTONI 6 ELETTRONI 8 NEUTRONI
1 Protone 0 Neutroni
IDROGENO
NON Radioattivo
1 Protone 1 Neutroni
DEUTERIO
NON Radioattivo
1 Protone 2 Neutroni
TRIZIO
RADIOATTIVO
Rischi della radioattività
•
•
•
•
Naturale Ambiente Attività varie
Convenzionale Uso medico Uso industriale Produzione di energia Sorgenti orfane Non convenzionale Uso bellico Uso terroristico
RadioattivitĂ naturale Ambiente Rocce (es. granito) Raggi cosmici non schermati Cibi (latte, acqua, sali minerali)
RadioattivitĂ naturale AttivitĂ umane Voli aerei Scorie nucleari (deposito) Lavori per categorie esposte
RadioattivitĂ uso convenzionale Uso convenzionale Radiografie, tomografie, Radio e Curie terapie Esami industriali Produzione di energia: centrali elettriche, trasporto del combustibile e delle scorie Mezzi a propulsione nucleare
RadioattivitĂ uso convenzionale
Incidenti a centrali elettronucleari italiane attualmente in fase di disattivazione
Incidenti oltre frontiera comportanti ricadute radioattive sul suolo nazionale
RadioattivitĂ uso convenzionale Incidenti a natanti a propulsione nucleare, inclusi i sommergibili, che incrociano in prossimitĂ delle coste italiane Incidenti in centri di ricerca, stabilimenti, o luoghi in cui comunque si detengono o si impiegano sostanze radioattive
RadioattivitĂ uso convenzionale Caduta di satelliti con sistemi nucleari a bordo
Eventi incidentali derivanti da attivitĂ non conosciute a priori
Radioattività uso NON convenzionale Bombe e missili nucleari Proiettili a Uranio impoverito Bombe “sporche”
Le radiazioni
Radioattività
Si intende la capacità di emettere radiazioni in modo spontaneo Radiazioni elettromagnetiche Radiazioni corpuscolari È diffusa in molto materiali naturali È stata scoperta in diversi periodi dai fisici Beckerel, Curie e Roentgen Può comportare la trasformazione della materia NON può essere modificata!!
Radioattività nucleare
Ha origine dall'interno del nucleo dell'atomo Sono radiazioni più o meno ionizzanti Ovvero possono far sì che la materia da loro colpita si ionizzi Si definiscono 4 famiglie radioattive Con un capostipite (elemento pesante) Un figlio ultimo non più radioattivo Si definiscono 3 tipi di Decadimenti
Particelle (alfa) Particelle (beta) Raggi (gamma)
2 PROTONI 2 NEUTRONI
La radiazione è composta da 2 protoni e 2 neutroni che fuoriescono dal nucleo di un atomo pesante: essa ha la stessa composizione di un nucleo di elio (He)
1 ELETTRONE (simile)
La radiazione è una particella simile ad un elettrone; essa fuoriesce da un nucleo, dove si è formata a seguito della trasformazione di un neutrone in un protone
La radiazione è un'onda elettromagnetica simile alla luce e alle onde radio, da cui differisce per l'altissima frequenza e per il fatto che esce dal nucleo di un atomo che sta cedendo parte della sua energia
Radiazione alfa, beta o gamma
Elettrone (ione negativo)
Atomo con un elettrone in meno (ione positivo)
Radiazione
Potere ionizzante
Potere penetrante in aria
Percorso in aria
altissimo
bassissimo
qualche cm
alto
basso
qualche mt
bassissimo
altissimo
qualche Km
A differenza di altre forme di energia, entro certi limiti, il corpo umano non riesce a percepire mediante i propri sensi la presenza di energia nucleare
GRANDEZZE DI SORGENTE GRANDEZZE DI CAMPO GRANDEZZE DI DOSE NON CONFONDERSI!!
Capire le grandezze
Sorgente
Campo
Rilascio dose
Multipli e sottomultipli Suffi sso
Sim bolo
Giga
G
* 109 Un miliardo
Mega
M
* 106 Un milione di volte
Kilo
k
* 103 Mille volte
centi
c
/ 102 Cento volte
milli
m
/ 103 Mille volte
micro nano
Valo re
Rapporto
/ 106 Un milione di volte / 109 Un miliardo di volte
Più grande
Es.: 1 km in metri??? 1 [km] * 1000 = 1000 [m]
Più piccolo
GRANDEZZE DI SORGENTE L’Attività Il tempo di dimezzamento Costante specifica gamma
Per il nuovo sistema l'unità di misura dell'attività è il Becquerel che si indica con le lettere Bq e rappresenta l'attività di una sorgente in cui si ha 1 disintegrazione per secondo In precedenza l'unità di misura era il Curie [Ci] pari a 37*109 Becquerel [Bq]
I passaggi tra la vecchia e la nuova unitĂ di misura dell'attivitĂ possono essere operati con i seguenti fattori:
1 Ci = 37 miliardi di Bq ( 3,7 x 1010 Bq ) 1 Bq = 0,027 miliardesimi di Ci ( 2,7 x 10-11 Ci )
L’attività è correntemente usata come grandezza atta a misurare il quantitativo di sostanza radioattiva, perciò: - 100 Ci di Co60 corrispondono ad un quantitativo di cobalto 60 la cui attività sia pari a 100 Ci.
L’attività di una sorgente diminuisce nel tempo, in conseguenza del fatto che le disintegrazioni che avvengono nella sorgente al passare del tempo consumano la sostanza radioattiva: si produce infatti una continua diminuzione degli atomi instabili (cioè radioattivi), i quali progressivamente raggiungono l’equilibrio.
Il tempo di dimezzamento è il tempo necessario affinchè l'attività di una sorgente si riduca alla metà di quella iniziale
A = A0 : 2
n
A0 = attivitĂ iniziale della sorgente (giorno di confezionamento) n = numero di tempi dimezzamento trascorsi dal giorno di confezionamento ad oggi A = attivitĂ della sorgente ad oggi
Un’altra grandezza di sorgente utile nei calcoli è la costante gamma specifica (K oppure Γ) che esprime il rateo di esposizione ad un metro di distanza da una sorgente puntiforme.
GRANDEZZE DI CAMPO L’Esposizione ed Intensità di Esposizione Kerma
L’esposizione è definita come la quantità di ionizzazione che una radiazione gamma o X produce in aria. L’unità di misura è il Coulomb/Kg [C/Kg] che equivale alla formazione in aria di circa 8 miliardi di coppie di ioni. La vecchia unità di misura ancora molto usata è il Roentgen [R]
E’ l’esposizione prodotta nell’unità di tempo, cioè la “velocità” con cui si sta producendo la carica in aria. L’unità di misura è il Coulomb/Kg*s [C/Kg*s] ma nella pratica si usano il Roentgen/h e i suoi sottomultipli, cioè il millesimo di Roentgen/h [mR/h] ed il milionesimo di Roentgen/h [μR/h]
Al posto dell’esposizione è sempre più frequentemente utilizzata un’altra grandezza per descrivere il campo (sempre limitatamente al caso di radiazioni X o Gamma): il Kerma in aria (K). Il nome Kerma è formato dalle iniziali della frase inglese “kinetic Energy Released in Matter” che vuol dire “energia cinetica liberata nella materia”
GRANDEZZE DI DOSE Dose assorbita Dose equivalente Dose efficace
Rappresenta la quantità di energia che la radiazione cede alla materia. L’unità di misura è il GRAY (Gy) che equivale al passaggio di 1 Joule di energia per Kilogrammo di materia.
Il danno subito dal corpo umano dipende dalla dose di energia assorbita, ma anche dal tipo di reazione di orgine. L’unità di misura è il SIEVERT [Sv] che equivale al passaggio di 1 Joule di energia per Kilogrammo di materia moltiplicato per un coefficiente dipendente dalla radiazione.
De = D * Fattore_R
Tipo di radiazione
Fattore
Fotoni e
1
Elettroni e Particelle
1
Particelle
20
Neutroni Protoni
5 - 20 5
Es.: Dose assorbita pari ad 1mGy Quindi se deriva da radiazione allora la De è uguale a 1mSv Se deriva da particelle allora la De è 20mSv
Dose Assorbita VS Equivalente
ASSORBITA
EQUIVALENTE
A parità di dose equivalente i rischi di effetti sulla salute del corpo umano sono diversi a secondo dell’organo o tessuto colpito. L’unità di misura è il SIEVERT [Sv]. E' pari alla dose equivalente moltiplicata per un coefficiente dipendente dall'organo o tessuto colpito.
Deff = De * Fattore_T Pari Dose efficace corrisponde ad uguale probabilità di subire un danno
Fattori di efficacia Gonadi
0,20
Polmone
0,12
Stomaco
0,12
Tiroide
0,05
Rimanenti organi o tessuti
0,05
Grandezza
Simbolo di grandezza
Unità di misura
Simbolo unità
Significato grandezza
Energia che la radiazione ionizzante cede all’unità di massa della sostanza irradiata
Dose assorbita
Fattore di qualità
Dose equivalente
D
Gray
1 Gy=1J/1kg
Fattore correttivo che dipende dal tipo di radiazione a parità di dose
Q
H=DQ
Sievert
Tiene conto non solo della dose, ma anche delle proprietà della radiazione
Sv
Passaggio da grandezze dosimetriche a protezionistiche Grandezze dosimetriche
Grandezze protezionistiche
Dose assorbita
Dose equivalente
Gy
Sv
Descrivono l'interazione tra radiazione e materia
Tipo di radiazione
Dose efficace Sv
Descrivono il rischio biologico
RADIAZIONI
ARIA
MATERIA
UOMO
Dose di esposizione
Dose assorbita
Equivalente di dose
Coulomb/Kg – C/Kg (R)
Gray – Gy ( Rad )
Sievert – Sv ( Rem )
1 C/Kg = 3870 R
1 GY = 100 Rad
1 Sv = 100 Rem
Unità di misura Nuova (Vecchia)
Semplificazioni operative •
•
•
Una esposizione di 1 R corrisponde numericamente circa ad 1cGy di dose assorbita in materia acquosa (acqua, muscolo ecc.) segue che tale unità è di più comodo utilizzo rispetto al C/kg I VVF vista la loro protezione ordinaria dovrebbero preoccuparsi solo della radiazione g: fattore di ponderazione pari ad 1 quindi dose assorbita pari a dose equivalente L'esposizione dei VVF è sull'intero corpo quindi fattore pari ad 1 e perciò la dose equivalente è pari a quella efficace
Leggi vigenti in materia
Legge 13 maggio 1961, n. 469 “Ordinamento dei servizi antincendio...” Circ. DGPC e SA n. 41/65, n. 69/67, n. 61/68 Circ. n. 15 MI.SA. 3/5/1984 “Istituzione del servizio di dosimetria a termoluminescenza... DLgs n° 230 del 1995: Attuazione delle direttive ... in materia di radiazioni ionizzanti
Definizioni tecnico/legali Intervento: attività umana intesa a prevenire o diminuire l’esposizione degli individui alle radiazioni dalle sorgenti che non fanno parte di una pratica o che sono fuori controllo per effetto di un incidente,... Soccorritore : chi interviene in situazione di emergenza con una “esposizione giustificata in condizioni particolari per soccorrere individui in pericolo, prevenire l’esposizione di un gran numero di persone o salvare un’installazione di valore e che provoca il superamento di uno dei limiti di dose fissati per i lavoratori esposti
Categoria persone
Dose Annua
Intensità Dose Oraria
Soccorritori Volontari
Dose Unica Emergenza
100 mSv (10 Rem)
Soccorritori Lavoratori A
20 mSv (2 Rem )
10 μSv/h
Lavoratori B
6 mSv (0,6 Rem )
3,3 μSv/h
Dosi per anno solare applicabili ai soccorritori Ordinari (tutti i VVF)
Squadre speciali
20mSv
100mSv
Cristallin o
150mSv
300mSv
Pelle
500mSv
1 Sv
Mani
500mSv
1 Sv
Dose efficace
Dose equivalente
I Soccorritori Volontari possono ricevere dosi maggiori dei 100mSv, ma possibilmente inferiori a 500mSv I 20 mSv/anno potranno essere superati nei seguenti casi: a) salvataggio di vite umane o soccorso a persone; b) azioni tese ad evitare l’esposizione di molte persone; c) azioni mirate ad evitare lo sviluppo di catastrofi.
Effetti deterministici delle radiazioni Dose Assorbita (irradiazione acuta)
Probabile effetto immediato
Fino a 0,25 Sv
Nessun effetto evidente
Fino a 0,5 Sv
Alterazioni ematiche
Fino a 1 Sv
Nausea, vomito, inappetenza nel 50% dei soggetti
Fino a 2 Sv
Possibile mortalità (in assenza di cure) dell’1% degli irradiati
Fino a 4 Sv
Sindrome acuta da radiazioni (male da raggi)- stadio ematologico; morte del 50% degli individui (in mancanza di cure) entro un mese
30 Sv e oltre
Sindrome acuta da radiazioni - stadio neurologico (o meningoencefalico); morte del 100% degli individui da poche ore a qualche giorno
Le dosi ammesse sono espresse in mSv!!! Sindrome acuta da radiazioni - stadio intestinale; morte del 100% degli individui Fino a 8 Sv entro tre settimane 1000 volte minore del Sv
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.
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");
Danni somatici deterministici c) il periodo dÏ 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.
Di grande importanza radioprotezionistica sono al riguardo i valori-soglia per i danni deterministici a carico di testicoli, ovaie, cristallino e midollo osseo, per l'esposizione singola di breve durata e per l'esposizione protratta e frazionata.
Principi di Radioprotezione Giustificazione di un’attività Ottimizzazione della protezione Limiti individuali di dose e di rischio
Esposizione a radiazioni Natura delle esposizioni alle radiazioni ionizzanti Causa della dose
Durata
Organi colpiti
Esterna
Sigillata, confinata
Irraggiamento
Termina quando la sorgente è rimossa
Tutto il corpo
Interna
Libera nell’ambiente
Contaminazione
Continua dopo l’assunzione
Determinati organi
Dose
Sorgente
Esposizione a radiazioni Per difendersi dalla contaminazione: Usare l'autoprotettore (o le maschere a filtro) Prevenire ogni contatto in aree sospette Usare sempre guanti e vestiario adeguato (dopo aver effettuato l'intervento) Non toccare nulla e non uscire senza aver fatto la decontaminazione
Per difendersi dall'irraggiamento: Mantenere distanze di sicurezza (o schermare) Controllare sempre le intensitĂ di campo e le dosi assorbite Limitare e monitorare i tempi di intervento Organizzare al meglio l'intervento
Si definisce lo spessore di dimezzamento S1/2 come lo spessore di un certo materiale che dimezza l’intensità della radiazione attraversa il materiale stesso.
ď §
che
I = I0 : 2
n
I0 = intensitĂ di esposizione iniziale (a monte dello schermo protettivo)
n = numero di spessori di dimezzamento di cui si compone lo schermo I = intensitĂ di esposizione risultante (a valle dello schermo protettivo)
RADIAZIONI
EMESSE DA
MATERIALE
Co 60
Cs 137
I 131
Ra226
Piombo
1,1 cm
0,9 cm
0,4 cm
1,4 cm
Ferro
1,8 cm
1,5 cm
1,1 cm
2,3 cm
Decontaminazione Salta a...
Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco Rete di rilevamento della radioattivitĂ 1 Centro Nazionale 16 Centri regionali raccolta ed elaborazione dati 1237 Stazioni di telemisura
La soglia di allarme e’ fissata a 10 ΟSv/h
STRUMENTI
IONIZZAZIONE
Camera a ionizzazione
Esposimetri Radiametri
Misure
Bassa Sensibilità
Tubo Geiger-Muller
Misure
Misure
Media Sensibilità
Canberra
Misure n
SCINTILLAZIONE
SEMICONDUTTORI
TERMOLUMINESCENZA
Scintillatore
Dosimetro Rados
Dosimetro
Rivelazione Rivelazione
Alta Sensibilità
Spettrometria
Servizio Dosimetrico Nazionale