LA RADIOATTIVITA' E LE RADIAZIONI IONIZZANTI

RADIOATTIVITA' NATURALE E ARTIFICIALE

Radioattività naturale

Nella radioattività naturale si distinguono una componente di origine terrestre e una componente di origine extra-terrestre. La prima è dovuta ai radionuclidi cosiddetti primordiali presenti in varie quantità nei materiali inorganici della crosta terrestre (rocce, minerali) fin dalla sua formazione. La seconda è costituita da raggi cosmici. Quando ci si riferisce a queste sorgenti, si parla di fondo naturale di radiazioni.

Radioattivita' naturale terrestre

I principali radionuclidi primordiali sono il K-40, il Rb-87 e gli elementi delle sue serie radioattive dell'U-238 e del Th-232. Si tende in genere ad ignorare la serie dell'U-235, per la modesta abbondanza relativa al capostipite, anche se ciò può non essere giustificato in termini dosimetrici.

La concentrazione dei radionuclidi naturali nel suolo e nelle rocce varia fortemente da luogo a luogo in dipendenza della conformazione geologica delle diverse aree. In generale le rocce ignee e i graniti contengono U-238 in concentrazioni più elevate delle rocce sedimentarie come il calcare e il gesso. Alcune rocce sedimentarie di origine marina possono però contenere U-238 in concentrazione assai elevata.

L'uranio, come anche il torio, è più abbondante nelle rocce acide che in quelle basiche.Tipici valori di concentrazioni di attività nel suolo sono compresi tra 100 e 700 Bq.kg-1 per il K-40, tra 10 e 50 Bq.kg-1 per i radionuclidi delle serie radioattive dell'U-238 e del Th-232.

Radioattività naturale in aria

Nell'aria, la radiazione naturale è dovuta principalmente alla presenza di radon e toron, cioè di gas (7,5 volte più pesanti dell'aria) appartenenti alle famiglie dell'uranio e del torio. Il decadimento dell'uranio-238 porta infatti alla formazione di Ra-226 che, emettendo una particella alfa, decade in Rn-222, cioè radon; nella famiglia del torio, il decadimento del Ra-224 porta alla formazione del Rn-220, un gas chiamato toron. Il radon-222 è 20 volte più importante del radon-220. Il contributo maggiore alla dose assorbita deriva dai figli del radon piuttosto che dal gesso e principalmente dalla sua inalazione in luoghi chiusi.

Radon

Il radon può essere emanato dalle rocce, dai suoli e da materiali da costruzione di origine naturale (come alcuni tufi, pozzolane, lave, graniti, scisti, etc.) o artificiale (ad es. fosfogessi) o, in percentuale molto minore, dalle acque; infatti è solubile in acqua fredda (e quindi viene trasportato nelle acque profonde ), ma poichè la sua solubilità decresce rapidamente con l'aumentare della temperatura, può essere rilasciato quando l'acqua si riscalda. Il radon emanato viene rapidamente disperso all'aperto, dove lo si trova in concentrazioni generalmente basse; quando invece è presente al chiuso (diffuso dal suolo o dai materiali da costruzione), a causa del diminuito ricambio di aria esso tende a concentrarsi. E' proprio la ridotta ventilazione negli edifici , a seguito dei programmi di conservazione energetica iniziati negli anni '70, che ha risvegliato l'attenzione degli addetti ai lavori al problema del radon negli ambienti chiusi. Esso, infatti, è ritenuto cancerogeno per l'uomo, come riconosciuto ormai da diversi anni dall'Organizzazione Mondiale della Sanità.

Radon nelle case

I livelli di concentrazione nell'aria sono fortemente variabili a seconda delle condizioni ambientali. Sulla base degli esiti di una recente campagna nazionale, promossa e coordinata dall'ANPA e dall'Istituto Superiore di Sanità, il valore medio della concentrazione del radon in aria nelle abitazioni italiane (Calabria e Sicilia escluse perchè non hanno partecipato alla campagna) è risultato di 77 Bq m-3. Le percentuali di case con concentrazioni superiori a 200 Bqm-3 e a 400 Bq m-3 sono risultate rispettivamente pari il 5% e l'1%. Un livello di 200 Bq m-3 implica una dose efficace pari a 3 mSv/anno.

Radioattività naturale nelle acque

Anche le acque contengono una certa quantità di radioattività, dovuta sia alle piogge che trasportano le sostanze radioattive dell'aria, sia alle acque di drenaggio che convogliano nei bacini idrici sostanze radioattive presenti nelle rocce e nel suolo. Significativamente radioattive sono le acque calde solfuree negli impianti termali, per produrre elettricità e per riscaldare gli edifici.

Radioattività naturale presente nel corpo umano

L'organismo delle persone adulte deve ritenersi in equilibrio, tramite la dieta e gli scambi respiratori, con l'ambiente in cui sono presenti numerosi radionuclidi naturali quali:

- H-3, Be7, C-14, originati dall'interazione della radiazione cosmica con l'atmosfera terrestre;

- K-40, 87-Rb, La-138, presenti primordialmente nella litosfera;

- U-238, U-235, Th-232 (capostipiti delle famiglie radioattive naturali) e loro prodotti di decadimento.

Tutti questi nuclidi radioattivi (ed altri non citati data la loro minor importanza) vengono introdotti nell'organismo degli individui in quantità variabile in relazione al luogo di residenza abituale ed alle particolarità della dieta alimentare da essi seguita. Nelle persone adulte di sesso maschile non residenti in regioni del globo con anomalie geologiche significative (regioni a radioattività naturale molto elevata ) l'attività corporea media dei principali radionuclidi naturali può essere stimata in:

- H-3: 0.11 ÷ 0.48 Bq/cm3 di sangue:

- C-14: alcune centinaia ÷ alcune migliaia di Bq (nel 1951 erano presenti nell'organismo delle suddette persone circa 3000 Bq di C-14; tale valore è attualmente cambiato per l'introduzione sia di C-14 generato nelle esplosioni nucleari, sia di CO2 senza C-14 dovuto alla combustione dei combustibili fossili);

- K-40: circa 4500 Bq;

- Rb-87: circa 1000 Bq;

- U-nat : circa 90 mg (l'attività specifica di 1 g di U-nat di recente estrazione è pari a 12.2 kBq di U-238, 12.2kBq di U-234 e 0.57 kBq di U-235);

- Ra-226 (radionuclide appartenente alla famiglia del U-238): da alcuni Bq a qualche decina di Bq accumulati essenzialmente nelle ossa;

- Be-7, La-138, Th-232 ed altri radionuclidi delle famiglie naturali: tracce

Radiazione cosmica

I raggi cosmici provengono, per la maggior parte, dal profondo spazio interstellare e sono costituiti principalmente da particelle cariche positivamente (protoni, alfa, nuclei pesanti), che quando giungono in prossimità della terra, risentono del'azione derivante dal campo magnetico terrestre. C'è anche una componente solare che trae origine dalle esplosioni nucleari sul sole e consiste essenzialmente di protoni. L'interazione di queste particelle di alta energia (raggi cosmici primari) con l'atmosfera terrestre comporta l'emissione di numerosi prodotti secondari, quali ad esempio mesoni (particelle di massa compresa tra l'elettrone ed il protone), elettroni, fotoni, protoni e neutroni che a loro volta possono creare altre particelle secondarie. Per la maggior parte i raggi cosmici primari vengono assorbiti nello strato più alto dell'atmosfera e sulla terra i raggi cosmici secondari sono principalmente costituiti da mesoni, elettroni, fotoni, neutroni e protoni.

Ai poli il contributo di dose dovuto ai raggi cosmici è maggiore rispetto alle zone equatoriali, in quanto il campo magnetico della terra devia la radiazione. Il livello di dose aumenta con l'altitudine, con il ridursi dello spessore d'aria che fa da schermo.

A 10 km d'altitudine, ad esempio, l'esposizione alla radiazione cosmica è mediamente 150 volte più elevata di quella al livello del mare. L'esposizione alla radiazione cosmica è di notevole interesse per gli equipaggi degli aerei sui voli intercontinentali.

L'interazione della radiazione cosmica con la materia produce un gran numero di radionuclidi detti cosmogenici. Di questi soltanto il C-14, H-3, Na-22 e Na -24 contribuiscono in qualche modo a dosi misurabili: di questi le dosi più elevate le forniscono il C-14 e il H-3 che vengono introdotti nel corpo umano attraverso la catena alimentare.

Dosi dovute a radioattività naturale

Italia irraggiamento gamma:

Concentrazione radon

Europa

Mondo intero

Dosi esterne più elevate possono essere ricevute da popolazioni abitanti in località di alta montagna o in regioni a fondo naturale elevato.

Il fondo naturale sulle spiagge dello stato del Kerala in India, e di Espirito Santo in Brasile, evidenzia valori di esposizione esterna superiori anche un migliaio di volte i valori medi delle zone normali.

 

Radioattività artificiale

Il fenomeno della radioattività può essere indotto artificialmente in nuclei stabili attraverso reazioni nucleari. Si parla di radioattività artificiale per distinguerla da quella naturale. Una reazione nucleare consiste nell'urto di una particella (in genere un protone, un neutrone, una particella o raggio a) con un atomo della materia: la particella incidente viene assorbita, l'atomo colpito passa in uno stadio eccitato o ionizzato ritornando in un tempo più o meno lungo allo stadio fondamentale emettendo "raggi" o particelle e cambiando in genere natura diventando radioattiva.

Sorgenti radioattive artificiali

Applicazioni mediche: - diagnostica - terapia

Applicazioni industriali: - reattori di potenza - altro

Dosi da sorgenti radioattive artificiali

Sorgenti radioattive artificiali e applicazioni di uso comune

Numerosissime sono le sorgenti radioattive naturali e artificiali contenute in strumenti di uso quotidiano impiegate fra le più svariate applicazioni industriali.Tralasciando i reattori di potenza per la produzione di energia elettrica e gli impieghi di tipo medico fra le principali applicazioni possiamo ricordare:

rivelatori di incendio

misuratori di livello

rivelatori di umidità e misuratori di contenuto di acqua

misuratori di spessore

misuratori di densità

apparecchiature gammagrafie per la determinazione di difetti nelle saldature e nelle fusioni

grandi irradiatori per la sterilizzazione di derrate alimentari e prodotti medicali

quadranti di strumentazione

sistemi antistatici

oggetti in ceramica e in vetro contenenti U e Th

leghe contenenti U e Th

materiali dentali

lenti ottiche

 

Principali apparecchiature contenenti sostanze radioattive

Sorgenti artificiali di radiazioni ionizzanti

Sorgenti di radiazioni ionizzanti sono infine le macchine radiogene, apparecchiature nelle quali vengono accelerate particelle elementari cariche, che interagendo su opportuni bersagli producono i fasci di radiazione da utilizzare. L'esempio più noto è quello dei tubi a raggi X, utilizzati nella radiologia medica, ove fasci di raggi X vengono appunto prodotti per interazione degli elettroni accelerati con idonei bersagli di elevato numero atomico.

Un tubo a raggi X non è altro che un piccolo acceleratore di elettroni emessi da un filamento riscaldato e poi accelerati verso l'anodo per mezzo di una differenza di potenziale. Questi elettroni quando arrivano sul bersaglio (l'anodo) danno origine a raggi X di frenamento, di tutte le energie fino a quella degli elettroni incidenti, cui si aggiungono i raggi X caratteristici dell'elemento di cui è costituito l'anodo, di energia ben definita.

Naturalmente, sono macchine radiogene anche gli acceleratori di particelle, ben noti per la loro utilizzazione nella ricerca scientifica. Le macchine radiogene, vengono abitualmente impiegate in un gran numero di applicazioni della vita civile, che non riguardano soltanto le applicazioni mediche e scientifiche, ma anche altri settori, tra i quali principalmente quello industriale.

Reattori di potenza

Il principale utilizzo della radioattività è quello di sfruttare la reazione nucleare di fissione degli atomi di uranio allo scopo di produrre energia elettrica. In Italia il programa nucleare di produzione di energia elettrica è stato bloccato successivamente all'incidente alla centrale nucleare di Chernobyl.

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1. La Scoperta della radioattivita'
2. Le Radiazioni
3. La Radioprotezione
4. L'incidente di Chernobyl