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.
