Laboratorio di
FISICA NUCLEARE
IL RADON
Andrea Pellicciotti
SIS – Torino – 2° anno
Le fonti della radioattività presente sulla terra
possono essere divise principalmente in due grandi
famiglie:
Fonti artificiali e fonti naturali.
Le fonti artificiali (o tecnologiche) sono
principalmente quelle utilizzate in medicina
(radiografie, TAC ed altri esami medici oppure i
traccianti) e nelle industrie. Il contributo
principale alla dose assorbita da ciascun individuo
viene dato però dalla radioattività naturale, con
un'incidenza di circa l'80% della dose totale.
Circa il 45% è dovuto al radon, il 15% dai materiali
da costruzione e il 13% dalla radiazione cosmica.
Il decadimento radioattivo dell’Uranio
Il decadimento radioattivo dell’Uranio
Come è stato già illustrato in precedenza, il processo di
decadimento dal radon-222 al piombo-210 produce una
catena di isotopi radioattivi solidi chiamati anche "figli
del radon". L'effetto dannoso legato al radon è
essenzialmente dovuto all’inalazione dei suoi prodotti di
decadimento a vita breve (polonio-218, piombo-214,
bismuto-214 e polonio-214) che sono i più significativi
dal punto di vista sanitario. Questi elementi hanno un
tempo di dimezzamento breve (entro trenta minuti) ed,
essendo solidi, una volta formati possono aderire alle
particelle di aerosol sospese nell’atmosfera, mentre una
piccola parte di essi rimane in forma libera.
LA RADIOATTIVITA’
La radioattività o decadimento radioattivo, è un insieme
di processi tramite i quali dei nuclei atomici instabili
(nuclidi)
emettono
particelle
subatomiche per
raggiungere uno stato più stabile.
Ogni atomo è formato da un nucleo contenente protoni
e neutroni, e da un certo numero di elettroni che gli
orbitano intorno. Essendo tutti carichi positivamente i
protoni tendono a respingersi per via della forza di
Coulomb e, se non ci fossero altre forze a tenerli uniti,
i nuclei non sarebbero stabili.
In effetti i nuclei atomici sono tenuti coesi dalla
cosiddetta forza nucleare forte. Questa forza
richiede anche la presenza dei neutroni per
manifestarsi. Quando le forze all'interno del nucleo
non sono bilanciate (ovvero il nucleo è instabile) questo
tende spontaneamente a raggiungere uno stato stabile
attraverso l'emissione di una o più particelle.
Storicamente (in seguito agli studi di Marie Curie) i
decadimenti nucleari sono stati raggruppati in tre
classi principali:
Decadimento alfa
Decadimento beta
Decadimento gamma
Mentre il decadimento alfa ed il decadimento beta
cambiano il numero di protoni nel nucleo e quindi il
numero di elettroni che vi orbitano attorno
(cambiando così la natura chimica dell'atomo stesso),
il decadimento gamma avviene fra stati eccitati dello
stesso nucleo e comporta solo la perdita di energia.
Le radiazioni alfa, per la loro
natura, sono poco penetranti
e
possono
essere
completamente bloccate da
un semplice foglio di carta
Il potere di penetrazione delle 3 radiazioni
LA RADIAZIONE ALFA
Il decadimento alfa è uno dei processi per cui atomi instabili
(e dunque radioattivi) si trasformano in atomi di un altro
elemento, che possono a loro volta essere radioattivi oppure
stabili.
Più precisamente, il decadimento alfa avviene tramite
l'emissione di una particella, detta appunto particella alfa,
composta da due protoni e due neutroni da parte dell'isotopo
di un elemento con elevato numero atomico. Perdendo due
protoni l'elemento indietreggia di due posizioni nella tavola
periodica degli elementi. Le ragioni di tale fenomeno sono da
ricercare nella tendenza di tutti i sistemi fisici a cercare
condizioni di energia più stabile: la stabilità dei nuclei
atomici degli elementi transuranici è uno dei campi di ricerca
più attivi della fisica nucleare.
Come molti processi quantistici, anche il decadimento alfa è
descritto da regole statistiche: la percentuale di atomi che, in un
certo intervallo di tempo, subisce il decadimento, è una costante.
Per dare un'unità di misura standard, si indica solitamente il
tempo in cui metà degli atomi di un certo isotopo di un elemento
decadono. Tale periodo prende il nome di emivita dell'isotopo.
Esistono isotopi con emivita brevissima, poche frazioni di
secondo, ed altri con emivita di migliaia di anni. Un altro
parametro utilizzato è la vita media di un elemento. Sostanze
contenenti isotopi che decadono con decadimento alfa vengono
prodotte come scorie nella reazione di fissione nucleare,
caratteristica dei reattori a fissione.
Nella maggior parte dei casi, gli isotopi instabili subiscono
decadimenti dei vari tipi in successione, e pertanto si parla di
catena di decadimento di un isotopo, intendendo la sequenza di
decadimenti che tale atomo percorre. Quasi tutte le catene di
decadimento finiscono con un isotopo del piombo (che è stabile).
Le particelle α emesse dai
radionuclidi posseggono una
energia che varia da 4 a 9
MeV.
Nel caso dell’Uranio 238 essa
è di 4,20 MeV, inferiore alla
soglia di potenziale
coulombiano di 9 MeV. La
meccanica quantistica ha una
spiegazione per questo
effetto tunnel
Fondamentale importanza assume la combinazione
tra fumo di tabacco e esposizione al radon. Per i
fumatori il rischio assoluto di un tumore polmonare
causato dal radon viene considerato 15-20 volte
superiore rispetto al rischio per i non fumatori.
Le più recenti e accurate stime di rischio, che
prendono in esame le esposizioni nelle abitazioni e
sono basate su un insieme di 13 studi europei su un
totale di 7.148 casi di tumore polmonare e di 14.208
controlli, confermano e consolidano le valutazioni dei
decenni precedenti. Il rischio in eccesso rispetto alla
non esposizione viene valutato in circa il 16% per ogni
100 Bq/m3.
Questo vuol dire allora, che, essendo la concentrazione
media italiana pari a 70 Bq/m3 circa l’11% degli oltre
31.000 casi di tumore polmonare che ogni anno si
registrano in Italia sono attribuibili al radon, e per la
grande maggioranza tra i fumatori. Cifra che
rappresenta circa il 2% di tutti i decessi per ogni tipo di
tumore.
“I don’t wanna hear about it!”
L’emanazione del RADON nelle rocce
Solo le particelle D,E,F riescono a fuoriuscire nello spazio poroso
L’emanazione di Radon non dipende in maniera direttamente
proporzionale dal contenuto di Uranio e Radio nelle rocce
Molecole di tessuto ionizzate
LA MISURA DEL RADON
Nei luoghi di lavoro e nelle abitazioni, la stima
dell’esposizione media degli occupanti viene di regola
condotta attraverso misure integrate protratte per
tempi relativamente lunghi. La misura integrata,
infatti, annulla l’effetto delle fluttuazioni, che si
verificano sia nell’arco della giornata che nel corso
delle varie stagioni fornendo un valor medio della
concentrazione di radon utile per la stima della dose,
come previsto dal Decreto Legislativo n.241/00.
A) La misura del radon nell’aria
Il monitoraggio del gas radon in aria viene
effettuato mediante:
Tecniche di misura istantanea e in continuo
Le misure istantanee ed in continuo vengono
eseguite con strumenti che si basano sul
principio della camera a ionizzazione. Con
questi metodi di misura possono essere
individuate le sorgenti del radon indoor,
quali il suolo sottostante l’edificio, i
materiali da costruzione, l’acqua.
Tecniche di misura integrata
La misura integrata nel tempo può essere effettuata con
l’ausilio di dosimetri passivi a rivelatori di tracce nucleari,
basati sull’impiego di film o polimeri sensibili alle radiazioni
alfa ed insensibili ad altri tipi di radiazioni. I dosimetri
utilizzati sono del tipo NRPB/SSI in cui il rivelatore è
costituito da policarbonati, come il CR39. Le
caratteristiche dei rivelatori a tracce sono: basso costo,
semplicità di utilizzo, robustezza e risposta indipendente
dalle condizioni ambientali e sono in grado di fornire un
valore della concentrazione media di radon su lunghi
periodi, da alcuni mesi ad un anno. Pertanto, tali dispositivi
sono gli strumenti che meglio adempiono alle richieste
della nuova normativa.
Il rivelatore passivo a tracce CR-39 é costituito da un polimero
realizzato in lastre di poco spessore, sensibile alle radiazioni alfa
ed insensibile alle altre radiazioni. La rivelazione del radon
avviene attraverso la registrazione delle tracce di particelle alfa
emesse dal radon e dai suoi prodotti di decadimento all’interno
della camera a diffusione. I processi chimici in laboratorio
amplificano le tracce
Misurazioni di Radon in tempi brevi
L'elettrete è un disco di Teflon che mantiene un potenziale
elettrostatico stabile. Quando l'elettrete è posto in una camera
contenente un certo volume di aria, raccoglie gli ioni prodotti dal
decadimento del Radon e il potenziale elettrostatico si riduce in modo
proporzionale alla radioattività presente nella camera. Misurando la
perdita di potenziale durante un certo intervallo di tempo e utilizzando
appropriati fattori di calibrazione si determina la concentrazione
media di Radon nella camera e quindi nell'ambiente
Il contatore Geiger - Mueller