Laboratorio di FISICA NUCLEARE IL RADON Andrea Pellicciotti SIS – Torino – 2° anno

Fonti artificiali e fonti naturali. 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