ARPA Lombardia - Agenzia Regionale per la Protezione dell'Ambiente

Radioattività

​​​​​​​​​​​​​​​​​​RADIOATTIVITÀ E SALUTE

La radioattività è un fenomeno naturale dovuto all’instabilità dei nuclei di alcuni atomi che si trasformano in specie più stabili emettendo radiazioni, dette “radiazioni ionizzanti”. Alcuni di questi atomi, ad esempio l’uranio, sono da sempre presenti in natura e sono detti “primordiali” perché sono stati prodotti nelle stelle quando è nato l’universo; altri, detti “cosmogenici”, sono continuamente prodotti nell’atmosfera per effetto dell’interazione della radiazione cosmica con le molecole d’aria: è questo il caso, ad esempio, del trizio e del carbonio 14.
Con la scoperta della fissione nucleare, nei primi decenni del secolo scorso, l’uomo ha imparato a produrre nuclei radioattivi come ad esempio il cesio 137, lo iodio 131 o il plutonio: si parla in questo caso di radioattività artificiale.

Immagine tratta da http://nuclearsafety.gc.ca/eng/resources/radiation/introduction-to-radiation/types-and-sources-of-radiation.cfm  

Esposizione media alle diverse fonti di radioattività
Immagine tratta da: UNEP (United Nations Environmental Program) – Radiation effects and sources (2016)
Circa tre quarti della radioattività cui siamo esposti deriva da fonti naturali (radon, raggi cosmici, radioattività naturale nella crosta terrestre, nell’acqua e negli alimenti) e circa un quarto da fonti artificiali, principalmente esami e terapie sanitarie (radiografie, TAC, ecc.).

I nuclei radioattivi possono emettere diversi tipi di radiazione: alfa, beta o gamma.
L’effetto sulla salute delle sostanze radioattive è il medesimo, sia che siano di origine naturale che artificiale: per questo motivo è importante monitorare anche la radioattività naturale che per la maggior parte delle persone rappresenta la fonte principale di esposizione alle radiazioni. Si pensi ad esempio al radon, un gas radioattivo naturale, che è tra le principali cause di tumore al polmone.
Le radiazioni interagiscono con la materia cedendo energia agli atomi e alle molecole di cui è composta. Quando colpiscono un organismo vivente, le radiazioni sono in grado di spezzare i legami delle molecole (“ionizzare”) di cui sono composte le cellule, che a loro volta formano organi e tessuti: in questo modo possono causarne la morte in breve tempo (ad esempio per necrosi cellulare, come nel caso delle ustioni da raggi) oppure danni a lungo termine, come l’insorgenza di tumori o malformazioni genetiche sui figli. L’entità del danno è proporzionale alla quantità di radiazione assorbita.
Questi effetti si sono rivelati in tutta la loro drammaticità a Hiroshima e Nagasaki e successivamente a Chernobyl.
Se vuoi puoi approfondire questo argomento.

Immagine tratta da http://www.polimaster.com/support/about_radiation/  

Rappresentazione schematica dei possibili danni prodotti sulle cellule dalla radioattività

  • Radioattività naturale e artificiale

    A partire dagli anni ’40, con l’avvento della tecnologia nucleare, l’uomo ha imparato a produrre sostanze radioattive non esistenti in natura e così è nata la radioattività artificiale (ad esempio il cesio 137, lo iodio 131, il plutonio). In seguito prima ai test nucleari ed alle esplosioni di Hiroshima e Nagasaki, e poi all’uso pacifico dell’energia nucleare ed agli incidenti ad esso correlati (ad esempio quello di Chernobyl o di Fukushima), anche la radioattività artificiale si è diffusa in ambiente.
    Elementi radioattivi naturali sono ad esempio l’uranio, il radio, il torio, il radon; elementi radioattivi prodotti dall’uomo sono ad esempio il plutonio, il tecnezio e l’americio.
    In condizioni normali la radioattività naturale è la principale causa di esposizione dell’uomo alle radiazioni, in particolare attraverso il radon, un gas radioattivo naturale incolore ed inodore, inquinante degli ambienti chiusi (indoor), noto come agente cancerogeno e seconda causa di tumori polmonari dopo il fumo. Suolo, rocce, materiali da costruzione, falde acquifere sono le sorgenti da cui il radon può facilmente fuoriuscire, grazie anche alla elevata mobilità che lo distingue (il radon è anche un gas nobile); all’aperto il radon si disperde e si diluisce, mentre in ambienti chiusi può accumularsi, raggiungendo a volte concentrazioni rilevanti. La problematica del radon indoor è da anni ampiamente studiata e discussa a livello mondiale.
    Anche la radioattività artificiale contribuisce all’esposizione della popolazione. La pericolosità per l’uomo della radioattività naturale e artificiale è la medesima; ciononostante, la radioattività artificiale è soggetta a limiti molto più severi di quelle previsti per la radioattività naturale perché è generata dall’uomo e si ritiene che il suo impatto sull’ambiente e sulla salute debba e possa essere minimizzato attraverso serie misure di prevenzione.
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  • Che cos’è la radioprotezione

    Tutti i tipi di radioattività, sia naturale che artificiale, sono un fattore di rischio sia per l’ambiente che per l’uomo ed è per questo che le attività di monitoraggio della radioattività in ambiente e di controllo delle pratiche umane in cui si utilizzano sorgenti radioattive sono tra i compiti fondamentali previsti già dal Trattato Euratom del 1957, uno degli atti istitutivi della moderna Unione Europea. I principi contenuti nel Trattato Euratom sono successivamente stati sviluppati dalla normativa internazionale e nazionale: in tutto il mondo, ed anche in Italia, esistono normative specifiche sulla “radioprotezione”, vale a dire sull’insieme delle attività di controllo e monitoraggio necessarie per garantire la salute delle persone e dell’ambiente rispetto all’utilizzo ed esposizione alle sostanze radioattive. L’esecuzione di alcune di queste attività di monitoraggio e controllo è affidata alle Agenzie per l’Ambiente, che sono presenti in tutte le regioni italiane e che insieme costituiscono il Sistema Nazionale di Protezione Ambientale (SNPA) (www.snpambiente.it).

  • Le radiazioni ionizzanti

    Un atomo è radioattivo quando il suo nucleo non è stabile, non riesce cioè a creare una condizione di equilibrio tra le due forze che agiscono al suo interno: la forza elettrostatica che agisce tra le cariche positive dei protoni (repulsiva) e la forza nucleare che agisce tra protoni e neutroni (attrattiva). Un nucleo instabile tende a trasformarsi in un altro più stabile trasformando alcuni dei suoi protoni in neutroni, o viceversa, modificando così l’equilibrio tra le due forze che agiscono al suo interno. Queste trasformazioni comportano l’espulsione dal nucleo di particelle di diversa natura: elettroni nucleari (radiazioni beta), protoni e neutroni (radiazioni alfa) ed energia elettromagnetica (radiazione gamma). L’ultima è la più penetrante, passa attraverso la materia più dei raggi X (irraggiamento) e viene fermata solo da spessi strati di cemento o piombo. Le prime due agiscono solo a brevissima distanza ma diventano molto pericolose se le sostanze che le emettono vengono inalate o ingerite: in tal caso si parla di contaminazione ed è per evitare quest’ultima che gli “addetti ai lavori” indossano tute e maschere. Approfondisci questo argomento.


    Da: UNEP (United Nations Environmental Program) – Radiation effects and sources (2016)
    Le radiazioni alfa sono fermate dall’aria o da un sottile foglio di carta, quelle beta da un tessuto consistente o dalla pelle, le radiazioni x da materiali consistenti come i metalli e quelle gamma solo da spessi strati di cemento o piombo.

  • Gli isotopi radioattivi

    Di uno stesso elemento chimico possono esistere diversi isotopi, cioè atomi con lo stesso numero di protoni ma diverso numero di neutroni: alcuni di questi isotopi sono stabili (ad esempio il cesio 133 o 133Cs), altri instabili o radioattivi (come il cesio 137 o 137Cs, creato artificialmente). Nel caso dell’idrogeno, sia l’isotopo stabile (1H) che quello radioattivo (3H o trizio), sono entrambi presenti in natura. Alcuni elementi naturali, come l’uranio (U), il radio (Ra) e il radon (Rn), o artificiali come il plutonio (Pu), non hanno isotopi stabili: questo avviene per tutti gli elementi il cui numero di massa (somma del numero di protoni e di neutroni) è maggiore di 210, valore oltre il quale le due forze che agiscono all’interno dei nuclei (elettrostatica – repulsiva – e nucleare – attrattiva) non riescono più ad equilibrarsi. Tutte le specie radioattive esistenti sono rappresentate nella Carta di Segrè, l’analogo della tavola di Mendeleev per i composti chimici (www.nndc.bnl.gov/nudat2/). Nella parte centrale della Carta, detta “valle della stabilità”, si trovano tutti i nuclei stabili. Approfondisci questo argomento.


    Carta di Segré

  • Misurare la radioattività

    Per quantificare la radioattività si usano due grandezze:
    - l’attività, che esprime il numero di nuclei instabili che in ogni secondo si trasformano (decadono) emettendo radiazione; l’attività si misura in Becquerel (Bq), una grandezza che esprime il numero di decadimenti radioattivi (e quindi delle emissioni di radioattività) in un secondo (1 Bq = 1 decadimento al secondo)
    - la dose, che misura la quantità di energia ceduta dalla radiazione quando interagisce con la materia e il corpo umano. La dose si misura in Gray (Gy), 1 Gy corrisponde all’assorbimento di una quantità di energia di 1 Joule in 1 chilogrammo di materia. Un’altra unità di misura molto utilizzata è il Sievert (Sv) che permette di misurare la quantità di energia ceduta dalla radiazione quando colpisce il corpo umano tenendo anche conto della pericolosità dei diversi tipi di radiazione (alfa, beta, gamma) e della radiosensibilità dei tessuti e degli organi colpiti.
    Vuoi approfondire?
    La radioattività si può misurare in molti modi diversi. Le misure di attività (Bq) devono essere effettuate in laboratorio e sono differenti in funzione del tipo di radiazione (alfa, beta o gamma) che si vuole misurare. Ad esempio:
    - per la radiazione alfa e gamma: spettrometria ad alta risoluzione con rivelatori a semiconduttore: rivelatori al germanio iperpuro (HPGe) per la radiazione gamma o rivelatori al silicio a barriera superficiale per la radiazione alfa
    - per la radiazione alfa e beta: rivelatori proporzionali a flusso di gas, spettrometria a bassa risoluzione con scintillatori liquidi (LSC)
    Con alcune di queste tecniche è possibile misurare il campione tal quale, altre hanno bisogno di un trattamento chimico preliminare, spesso complicato. Se vuoi maggiori informazioni ARPA Lombardia ha collaborato alla stesura di un manuale nazionale per l’esecuzione di misure di radioattività. Altre informazioni di dettaglio le trovi negli articoli e relazioni contenuti nella sezione Bibliografia.
    In campo le misure più frequenti sono le misure di dose (Sv), cioè le misure della quantità di energia che la radiazione cede al corpo umano quando lo colpisce: questo tipo di misure consente di quantificare immediatamente la pericolosità delle radiazioni ma non è adatta, ad esempio, alla misura della radioattività presente negli alimenti o nell’acqua. Lo strumento storicamente più noto utilizzato per la misura della dose è il contatore Geiger che al giorno d’oggi è stato spesso affiancato (e in molti casi soppiantato) da altri tipi di rivelatori più sensibili. Poiché è uno strumento relativamente semplice, il contatore Geiger ha un costo limitato e può anche essere assemblato in casa utilizzando kit reperibili in internet: è un esercizio certamente utile e divertente, basta ricordare che l’affidabilità di questi strumenti è limitata e che i numeri che restituiscono devono essere verificati.

  • La regolamentazione della radioattività

    La radioprotezione studia gli effetti delle radiazioni sugli organismi viventi ed elabora le strategie più adeguate per limitarli e tenerli sotto controllo, senza necessariamente rinunciare ai benefici che possono derivare dall’uso della radioattività (ad esempio in campo medico).
    Lo studio degli effetti delle radiazioni è condotto da due importanti organismi internazionali, l’UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation www.unscear.org/unscear/en/index.html) e l’ICRP (International Commission on Radiological Protection www.icrp.org/), che rivedono periodicamente gli studi e le conoscenze sui danni prodotti dalle radiazioni.
    Sulla base delle indicazioni sempre aggiornate di questi due organismi viene periodicamente aggiornata la normativa internazionale (https://ec.europa.eu/energy/overview-eu-radiation-protection-legislation_en) e nazionale (link) che disciplina l’utilizzo delle sostanze radioattive.
    Alla base di tutte le leggi sulla radioprotezione ci sono tre principi fondamentali:
    - giustificazione: la scelta di utilizzare la radioattività deve essere motivata dall’impossibilità di trovare una soluzione alternativa, altrettanto valida;
    - ottimizzazione: l’esposizione alle radiazioni deve essere mantenuta al livello più passo ragionevolmente ottenibile, tenuto conto dei fattori economici e sociali (principio ALARA – As Low As Reasonably Achievable);
    - limitazione delle dosi: i valori limite stabiliti dalla legge non devono mai essere superati.
    Le stesse leggi stabiliscono che l’utilizzo di sorgenti radioattive deve essere sottoposto ad un rigido sistema di autorizzazioni.
    Uno dei cardini di questo sistema è rappresentato dalle attività di controllo e monitoraggio necessarie per tutelare la salute delle persone e dell’ambiente. In particolare il Trattato Euratom del 1957, uno degli atti fondativi dell’Unione Europea, dispone che tutti gli Stati membri eseguano il controllo permanente del grado di radioattività dell’ambiente e delle principali derrate alimentari e che i risultati di tali rilevazioni siano regolarmente comunicati alla Commissione Europea. La legislazione nazionale riprende tale obbligo nell’articolo 104 del Decreto Legislativo n. 230 del 1995 e prevede che il complesso dei controlli sia articolato in reti di sorveglianza nazionali e regionali, la cui gestione è affidata alle Regioni ed alle Agenzie per l’Ambiente.

  • Lo sapevi che...?

    La radiosensibilità degli organismi viventi (cioè la loro suscettibilità a subire danni a seguito dell’esposizione a radiazioni) è proporzionale al loro livello evolutivo ed alla loro complessità: i mammiferi sono gli organismi più evoluti e quindi più sensibili ai danni prodotti dalle radiazioni; le dosi di radiazione necessarie per uccidere un virus sono da 10 a 1000 volte superiori a quelle che possono uccidere un uomo.


    Radiosensibilità: dosi letali per i diversi organismi viventi
    Da: UNEP (United Nations Environmental Program) – Radiation effects and sources (2016)

    La Terra è calda grazie agli elementi radioattivi racchiusi al suo interno che con i loro decadimenti producono il calore che contribuisce a rendere il pianeta l’ambiente ospitale che conosciamo. Una recente ricerca dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare ha rivelato, grazie allo studio dei geoneutrini, come buona parte del calore sprigionato dalle viscere della Terra derivi dal decadimento radioattivo dell’uranio-238 e del torio-232 presenti nel mantello, uno strato spesso 2000 km al di sotto della crosta terrestre (www.lngs.infn.it/en/news-fisica/geoneutrini-en).


GLOSSARIO RADIOATTIVITÁ

  • Decadimento radioattivo: trasformazione di una particella elementare o di un nucleo atomico in uno o più oggetti differenti.
  • Dose: quantità di energia dissipata dalla radiazione per unità di peso della materia da essa investita. Si misura in Gray (Gy) 1 Gy= 1 J/kg.
  • Radioattività: emissione dall’interno del nucleo di particelle o gruppi di particelle nucleari, cioè protoni e neutroni, oppure di elettroni prodotti da una reazione nucleare avvenuta nel nucleo. In molti casi, inoltre, il verificarsi di reazioni nucleari libera energia e pertanto la radiazione che esce dal nucleo non è fatta di particelle, ma costituita da onde elettromagnetiche come quelle della luce.
  • Radionuclide o isotopo: specie nucleare, instabile che decade emettendo energia sottoforma di particelle e/o radiazioni.
  • Tempo di dimezzamento di un nucleo radioattivo: è il tempo che deve trascorrere prima che la quantità di radioattività presente in un certo istante si riduca alla metà del valore iniziale.
  • Becquerel [Bq]: unità di misura del Sistema Internazionale per misurare l’attività di un radionuclide ovvero il numero di decadimenti che avvengono in 1 secondo in un materiale.
  • Sievert [Sv]: unità di misura del Sistema Internazionale per quantificare gli effetti biologici derivanti dalle radiazioni; in particolare 1 Sv è pari ad 1 joule di energia assorbita da 1 kg di massa. Si ottiene moltiplicando l’unità di misura fisica della radioattività per coefficienti che tengono conto della radiotossicità del singolo radionuclide.
  • MAR – Minima attività rivelabile: rappresenta il limite strumentale di rivelazione ovvero la minima quantità di radioattività che la catena di misura è in grado di misurare. Il valore della MAR è legata a diversi fattori tra cui la quantità di eventi radioattivi che si verificano, l’energia di emissione dei vari radionuclidi, l’efficienza dello strumento alle diverse energie, il fondo ambientale, il rumore strumentale ed il tempo utilizzato per effettuare la misura. La MAR è dunque un valore variabile per ogni misura effettuata e per ciascun radionuclide misurato.

PROGETTI

 

Il Centro Regionale di Radioprotezione (CRR) di ARPA Lombardia ha partecipato negli anni a numerose attività di cooperazione stabile e di progetti sia a livello nazionale che internazionale

Progetto di cooperazione europeo (EC twinning project) con la Polonia (2007)
Il CRR ha partecipato ad un progetto europeo in Polonia volto ad implementare le tecniche di controllo radiometrico sulle acque potabili, ai sensi della vigente regolamentazione europea. Il progetto si è articolato su più missioni in cui sono stati organizzati seminari tecnici per trasferire le conoscenze maturate e le procedure analitiche utilizzate presso ARPA Lombardia.

Progetto di cooperazione europeo (EC twinning project) con l’Estonia (2009)
Il CRR ha coordinato ad un progetto europeo nella Repubblica Estone per migliorare il sistema dei controlli sulle reti idriche e per individuare opportuni metodi per la riduzione della radioattività nelle acque potabili, particolarmente elevata in quella regione. I risultati della cooperazione sono stati riassunti in un report finale e descritti in alcuni articoli pubblicati da riviste internazionali specializzate.

Task nazionale - manuale “Trattamento campioni e metodi di analisi” (20013-2014)
Un gruppo di lavoro promosso dall’ISPRA e dal Ministero dell’Ambiente, coordinato dal CRR di ARPA Lombardia e con la partecipazione di altre ARPA, ha prodotto un manuale per le misure radiometriche completo e aggiornato ad uso dei laboratori impegnati nelle misure radiometriche ambientali.

Task nazionale – “Linee guida per la pianificazione delle campagne di misura della radioattività nelle acque potabili” (2013-2014)
Un gruppo di lavoro promosso dall’ISPRA e dal Ministero dell’Ambiente, coordinato dal CRR di ARPA Lombardia e con la partecipazione di altre ARPA, dl Ministero della Salute e dell’Istituto superiore di Sanità , ha prodotto le linee guida di cui sopra, intese come strumento operativo per l’organizzazione dei controlli.

Task nazionale “Livelli di riferimento, esenzione e allontanamento” (2013-2014)
Il CRR di ARPA Lombardia ha partecipato a un gruppo di lavoro promosso dall’ISPRA e dal Ministero dell’Ambiente, con la partecipazione di altre ARPA e dello stesso ISPRA che ha prodotto un documento tecnico utile ad affrontare il problema della gestione di sottoprodotti e rifiuti contaminati.

Task nazionale “Valutazione di impatti radiologici da NORM” (2013-2014)
Il CRR di ARPA Lombardia ha partecipato a un gruppo di lavoro promosso dall’ISPRA e dal Ministero dell’Ambiente, con la partecipazione di altre ARPA e di ISPRA, dell’ Istituto Superiore di Sanità ed ENI che ha prodotto un documento tecnico utile alla valutazione dell’impatto radioprotezionistico e sanitario dei materiali contenenti sostanze radioattive naturali, eventualmente concentrate dai processi produttivi.

Attività di normazione: UNI
Tecnici del CRR di ARPA Lombardia da anni partecipano alle attività dell’Ente di normazione nazionale coordinando o partecipando gruppi di lavoro che hanno prodotto standard su misure radiometriche di laboratorio (spettrometria gamma, attività alfa e beta totale, radon nelle acque) o in campo (controllo dei carichi di rottami metallici.

Attività di normazione: ISO
Il CRR di ARPA Lombardia collabora attivamente con l’ente internazionale di normazione (ISO) in particolare per quanto riguarda le misure radiometriche sulle acque. Diversi metodi (attività alfa/beta totale, concentrazione radon 222 e radio 226 in acqua) elaborati e proposti dal CRR sono stati accettati ed emanati come standard internazionali ed altri sono attualmente in esame.

Attività di cooperazione internazionale: IAEA
ARPA Lombardia fa parte della rete mondiale di allarme ALMERA coordinata dall’ Agenzia Internazionale dell’Energia Atomica (IAEA) partecipando regolarmente alle sue attività ed esercitazioni. Inoltre collabora ai gruppi di lavoro dedicati alla elaborazione dei documenti tecnici relativi ai metodi rapidi di analisi.

Attività di cooperazione internazionale: Ring of Five
ARPA Lombardia partecipa alle iniziative del Ring of Five, una rete di laboratori europei che esegue misure di radioattività in aria ad altissima sensibilità. All’interno di questa rete sono diffuse le informazioni sull’avvistamento di tracce di radioattività in aria così piccole da essere irrilevanti dal punto di vista della radioprotezione, ma che è necessario valutare in modo coordinato in quanto sono possibili segnali di immissioni anomale di radioattività in ambiente.

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