UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI MILANO BICOCCA Dipartimento...

Milano, 19 Aprile 2011 1

“Incidente di Fukushima:

Misure di Radioattività Ambientale su Particolato Atmosferico”

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI MILANO BICOCCA

Dipartimento di Fisica “G. OCCHIALINI”

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE

Sezione di Milano Bicocca

Massimiliano CLEMENZA

Laboratorio di Radioattività e Spettrometria di Massa di Milano Bicocca


Laboratorio di Radioattività di Milano Bicocca: Attività di ricerca_

Laboratorio di RadioattivitLaboratorio di Radioattivitàà di Milano Bicoccadi Milano Bicocca

Simulazioni MonteCarlo

(Geant4, MCNP)

Fisica degli Eventi Rari(CUORE: Decadimento Doppio Beta senza neutrini )

Radioecologia

Fisica-Chimica dell’Atmosfera

Glaciologia

Archeometria(Capelli di Napoleone)

Geologia: Erosione del Suolo


Destino Radionuclidi Artificiali immessi nell’Ambiente e

Valutazione Impatto Ambientale e Sanitario

Incidenti Reattori Nucleari Test nucleari in Atmosfera

(Chernobyl-Fukushima)

Mat

rici

Am

bie

nta

li a

nal

izza

te Suolo(Valle del Lys, Valtellina, Como, Parco del Ticino)

Atmosfera(Milano-Bicocca)

Matrici Alimentari

(Como, Sondrio, Varese)

Suolo

Ghiacciai Alpini

Anelli di Crescita Alberi

(Parco del Ticino, Como)

Matrici A

mbien

tali analizzate

(USA-URSS-FRANCIA-CINA)

Radioecologia

Laboratorio di Radioattività di Milano Bicocca: Radioecologia_


Incidente Nucleare di Fukushima: cosa è accaduto?


Incidente Nucleare di Fukushima: cosa è accaduto?

Alle 14,46 ora locale, 6,46 ora italiana, dell’ 11 marzo 2011, si è verificato un sisma di magnitudo 8.9 della scala Richter nel Nord est

del Giappone. Dei 55 reattori nucleari in funzione in Giappone in 17 siti, sono stati interessati dal sisma 11 reattori. Le conseguenze

dell’evento sismico hanno interessato soprattutto la centrale di Fukushima Dai-ichi, determinando una persistente mancanza di energia

elettrica. La centrale conta 6 unità equipaggiate con reattori BWR, entrati in esercizio tra il 1971 ed il 1979.

In particolare, a seguito dell’evento tre reattori (Unità 1, 2 e 3) sono stati posti automaticamente in arresto, mentre gli altri erano già fermi

per manutenzione.

Particolarmente colpita è stata l’ Unità 1 nella quale, a seguito della persistente mancanza della refrigerazione si è determinata la

pressurizzazione del contenitore dell’impianto. Al fine di salvaguardare l’integrità dello stesso i tecnici dell’impianto hanno operato un

rilascio controllato del vapore presente nel contenitore. Alle ore 7.55 ora locale (23,55 ora italiana) del 12 marzo sono stati registrati valori

anomali di radioattività all’ingresso della centrale pari a circa 50-100 volte il fondo ambientale

.

Alle 8:00 ora italiana, l’autorità di sicurezza giapponese ha reso noto il verificarsi si un’esplosione all’esterno del contenimento primario

del reattore, dovuta alla generazione d’idrogeno, che non ha compromesso l’integrità dl stesso.

Inoltre, è stato comunicato che, in data odierna, alle 20:20 (ora locale) è stata avviata la refrigerazione dell’Unità 1 con acqua di mare

borata.

Il Governo giapponese ha inizialmente stabilito l’adozione di provvedimenti di evacuazione in un raggio di 3 Km e di riparo al chiuso in un

raggio di 10 km. Successivamente il raggio per l’evacuazione della popolazione è stato esteso prima da 3 a 10 km e poi a 20 km, ed è stata

avviata la distribuzione delle dosi di iodio stabile alla popolazione.


Impianto Nucleare di Fukushima: prima e dopo


Impianto Nucleare di Fukushima: Table summary of reactor unit status at 15-april

RPV: Reactor Pressure Vessel

RCS: Reactor Coolant System


Come si è arrivati alla situazione odierna?


Energia Nucleare: Reattore Nucleare BWR


Reattore Nucleare BWR spegnimento


Energia Nucleare: Sistemi di Emergenza

TSUNAMI


Energia Nucleare: Prodotti di Fissione e Prodotti di attivazione

• Fissione Nucleare:

235235U + U + 11n n →→ 236236 U U →→ fissionefissione→→ 22 P.F. + P.F. + ττ 11n + En + E

Prodotti di Attivazione Neutronica Prodotti di Fissione:

Punti di sublimazione:

Iodio: 184 °C (I2 gas e Particolato)

Cesio: 671 °C (Particolato)


Controllo della Radioattività ambientale: Il Particolato Atmosferico

Sito di campionamento: Copertura DISAT 30 m

Filtri Utilizzati: Fibre di polipropilene Classe G4

EM ≥ 95% φ ≥ 0,4 um,

Portata aria: 1700 m3/h x 9 filtri

Dimensioni: 397x498x48 mm

ALTO VOLUME DI FILTRAGGIO

Rivelatore HpGe ULB Coassiale

BASSA EFFICIENZA DI RIVELAZIONE

MAR≈ 0,5 mBq/m3

Filtri Utilizzati: PTFE φ ≥ 0,1 um

Portata aria: fino a 3 m3/h

Dimensioni: φ = 47 mm

BASSO VOLUME DI FILTRAGGIO

Rivelatore HpGe ULB a Pozzetto Geometria 4π

ALTA EFFICIENZA DI RIVELAZIONE

MAR≈ 0,2 µBq/m3


2615

727

238

46

609

352

661

1460

478

Energia Radiazione

Gamma

keV

Figlio 220Rn3.053 min208Tl

Figlio 220Rn60.55 min212Bi

Figlio 220Rn10.64 h212Pb

Figlio 222Rn22.3 y210Pb

Figlio 222Rn19.9 min214Bi

Figlio 222Rn26.8 min214Pb

Artificiale30.1 y137Cs

Primordiale1.3x109 y40K

Cosmogenica53.29 d7Be

ProvenienzaT1/2

R.N

.

Misure sul Particolato atmosferico: Radionuclidi presenti al 18 Marzo

7Be = 5-10 mBq/m3

40K = 50-100 uBq/m3

137Cs = 1 - 0,5 uBq/m3


Controllo della Radioattività ambientale: Monitoraggio del 137Cs nel passato

Andamento della concentrazione media di 137Cs in aria

Andamento della concentrazione media di 137Cs nelle deposizioni al suolo

Incidente di Chernobyl

Risospensione del 137Cs deposto al suolo

Fusione accidentale sorgente di 137Cs in una

Fonderia Spagnola (Algeciras)

Incidente di Chernobyl

Ricadute associate ai test nucleari

in atmosfera di USA-URSS

Ricadute associate ai test nucleari

in atmosfera di CINA e FRANCIA

Fonte: ISPRA Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale - www.apat.gov.it

Milano, 19 Aprile 2011 16Fonte: ISPRA Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale - www.apat.gov.it

Misure sul Particolato atmosferico: Radionuclidi presenti 28 Marzo

661 keV 137Cs 795 keV 134Cs364 keV 131I284 keV 131I

636 keV 131I


Radionuclidi Rivelati: 131I____________________________________


Radionuclidi Rivelati: 134Cs____________________________________


Radionuclidi Rivelati: 137Cs____________________________________


Controllo della Radioattività ambientale: Monitoraggio del 131I presente

23/0

3/20

11 1

5.00

24/0

3/20

11 0

4:30

24/0

3/20

11 18

25/0

3/20

11 2

2.30

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3/20

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1.45

28/0

3/20

11 2

.26

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3/20

11 2

3.54

30/0

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1:13

31/0

3/20

11 0

0:27

01/0

4/20

11 0

2:00

02/0

4/20

11 0

0:20

03/0

4/20

11 1

6:35

04/0

4/20

11 1

7:25

05/0

4/20

11 1

7:30

06/0

4/20

11 1

8:30

07/0

4/20

11 1

6:20

08/0

4/20

11 1

9:45

10/0

4/20

11 2

0:00

11/0

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2:30

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11 1

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13/0

4/20

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4:10

0,00E+00

5,00E-05

1,00E-04

1,50E-04

2,00E-04

2,50E-04

3,00E-04

3,50E-04

4,00E-04

4,50E-04

131 I Milano Bicocca

Bq

/m3


Controllo della Radioattività ambientale: Monitoraggio del 134Cs presente

25/0

3/20

11 2

2.30

26/0

3/20

11 2

1.45

28/0

3/20

11 2

.26

28/0

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11 2

3.54

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3/20

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1:13

31/0

3/20

11 0

0:27

01/0

4/20

11 0

2:00

02/0

4/20

11 0

0:20

03/0

4/20

11 1

6:35

04/0

4/20

11 1

7:25

05/0

4/20

11 1

7:30

06/0

4/20

11 1

8:30

07/0

4/20

11 1

6:20

08/0

4/20

11 1

9:45

10/0

4/20

11 2

0:00

11/0

4/20

11 1

2:30

12/0

4/20

11 1

5:46

13/0

4/20

11 1

4:10

0,00E+00

1,00E-05

2,00E-05

3,00E-05

4,00E-05

5,00E-05

6,00E-05

7,00E-05

8,00E-05

9,00E-05

Attività giornaliere 134 Cs

Bq

/m3


Controllo della Radioattività ambientale: Monitoraggio del 137Cs presente

25/0

3/20

11 2

2.30

26/0

3/20

11 2

1.45

28/0

3/20

11 2

.26

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3.54

30/0

3/20

11 0

1:13

31/0

3/20

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01/0

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11 0

2:00

02/0

4/20

11 0

0:20

03/0

4/20

11 1

6:35

04/0

4/20

11 1

7:25

05/0

4/20

11 1

7:30

06/0

4/20

11 1

8:30

07/0

4/20

11 1

6:20

08/0

4/20

11 1

9:45

10/0

4/20

11 2

0:00

11/0

4/20

11 1

2:30

12/0

4/20

11 1

5:46

13/0

4/20

11 1

4:10

0,00E+00

2,00E-05

4,00E-05

6,00E-05

8,00E-05

1,00E-04

1,20E-04

attività giornaliera 137 Cs

Bq

/m3


Livelli di Radioattività ambientali in Giappone: Dati Collaborazione KeK

Fonte: http://www.kek.jp/quake/radmonitor/index-e.html KEK, the High Energy Accelerator Research Organization

15/0

3 -1

5/03

15/0

3 - 16

/03

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3 - 16

/03

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3 - 17

/03

17/0

3 - 18

/03

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/03

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/03

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/03

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/04

07/0

4 - 09

/04

09/0

4 - 11

/04

0,00E+00

5,00E-06

1,00E-05

1,50E-05

2,00E-05

2,50E-05

3,00E-05

3,50E-05

KeK 131I

Iodine131

Bq

/cm

3

15/0

3 -1

5/03

15/0

3 - 16

/03

16/0

3 - 16

/03

16/0

3 - 17

/03

17/0

3 - 18

/03

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3 - 20

/03

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0,00E+00

1,00E-06

2,00E-06

3,00E-06

4,00E-06

5,00E-06

6,00E-06

7,00E-06

8,00E-06

KeK 137Cs

Caesium137

Bq

/cm

3

15/0

3 -1

5/03

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3 - 16

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3 - 16

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16/0

3 - 17

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3 - 18

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0,00E+00

1,00E-06

2,00E-06

3,00E-06

4,00E-06

5,00E-06

6,00E-06

7,00E-06

8,00E-06

KeK 134Cs

Caesium134

Bq

/cm

3


Livelli di Radioattività ambientali in Giappone: Dati Collaborazione KeK

Fonte: http://www.kek.jp/quake/radmonitor/index-e.html KEK, the High Energy Accelerator Research Organization

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3 -1

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3 - 16

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4 - 11

/04

0,00E+00

5,00E-08

1,00E-07

1,50E-07

2,00E-07

2,50E-07

3,00E-07

3,50E-07

4,00E-07

4,50E-07

5,00E-07

KeK 199mTc

Technetium99m

Bq

/cm

3

15/

03

-15/

03

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3 - 16

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3 - 16

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0,00E+00

1,00E-07

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7,00E-07

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1,00E-06

KeK136Cs

Caesium136

Bq

/cm

3

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3 - 16

/03

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0,00E+00

5,00E-07

1,00E-06

1,50E-06

2,00E-06

2,50E-06

3,00E-06

3,50E-06

4,00E-06

KeK

Tellurium129m

Bq

/cm

3

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3 -1

5/03

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/03

16/0

3 - 16

/03

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/03

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/03

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/03

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3 - 01

/04

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/04

09/0

4 - 11

/04

0,00E+00

5,00E-06

1,00E-05

1,50E-05

2,00E-05

2,50E-05

KeK

Tellurium132

Bq

/cm

3

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3 -1

5/03

15/0

3 - 1

6/03

16/0

3 - 1

6/03

16/0

3 - 1

7/03

17/0

3 - 1

8/03

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2/03

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3 - 2

6/03

26/0

3 - 2

7/03

27/0

3 - 2

8/03

28/0

3 - 3

0/03

30/0

3 - 0

1/04

01/0

4 - 0

3/04

03/0

4 - 0

5/04

05/0

4 - 0

7/04

07/0

4 - 0

9/04

09/0

4 - 1

1/04

0,00E+00

2,00E-07

4,00E-07

6,00E-07

8,00E-07

1,00E-06

1,20E-06

1,40E-06

KeK 133I

Iodine133

Bq

/cm

3


Livelli di 131I in Italia: Dati ISPRA-ARPA


Livelli di 137Cs in Italia: Dati ISPRA-ARPA


Livelli di Radioattività ambientali In Europa

In Spagna: tra il 3 - 5 aprile sono state rilevate concentrazioni di I-131 su particolato atmosferico comprese tra 0,19 e 0,75 mBq/m3

Per il Cs-137 i valori misurati oscillano tra 0,038 e 0,075 mBq/m3 mentre per il Cs-134 tra 0,031 e 0,082 mBq/m3

In Irlanda: tra il 3 - 5 aprile sono state rilevate concentrazioni di I-131 su particolato atmosferico comprese tra 0,229 e 0,442 mBq/m3

Tra 0,045 e 0,138 mBq/m3 per il Cs-137 e tra 0,042 e 0,128 mBq/m3 per il Cs-134

In Francia: 30 marzo e il 4 aprile sono state rilevate concentrazioni di I-131 su particolato atmosferico comprese tra 0,31 e 0,50 mBq/m3

Tra 0,045 e 0,138 mBq/m3 per il Cs-137 e tra 0,042 e 0,128 mBq/m3 per il Cs-134

In Bulgaria: sono state misurate concentrazioni di I-131 in aria tra 0,09 e 0,12 mBq/m3 (Musala 25 marzo) e tra 0,15 e 0,1,92 mBq/m3

(Sofia 25 marzo - 3 aprile). Per la prima volta sono state rilevate tracce di Cs-134 (0,48 mBq/m3) e Cs-137 (0,63 mBq/m3) superiori ai livelli

minimi misurabili

In Austria (Vienna) sono state misurate concentrazioni di I-131 in quantitativi compresi tra 0,15 e 1,44 mBq/m3 su particolato atmosferico e

per quanto riguarda la forma gassosa valori compresi tra 0,23 e 1,99 mBq/m3. La deposizione al suolo tra il 28 marzo ed il 3 aprile

ha evidenziato valori di 0.9 Bq/m2. Nello periodo tra il 23 marzo e il 4 aprile, misure di Cs 134 e Cs 137 hanno rilevato valori massimi di

concentrazione in aria, sullo stesso campione, pari a 0.124 mBq/m3 per il Cs-134 e di 0,144 mBq/m3 per il Cs-137 tutti valori rilevati nella

giornata tra il 29 e il 30 marzo.

In Lituania: misure di concentrazione in aria di Iodio e Cesio134/137 sono state effettuate nel periodo tra il 14 e il 31 marzo; i valori

massimi si sono registrati nel periodo 28-31 marzo dove per lo I131 si riporta il valore di 2.78 mBq/m3, per il Cs134 0.273 mBq/m3 e per il

Cs137 0.316 mBq/m3.

In Germania: le misure di concentrazione in aria sono state effettuate in 4 differenti postazioni di monitoraggio I dati sono relativi misure

effettuate nel periodo tra il 21 marzo e il 4 aprile e riportano un valore massimo di I131 di 3.68 mBq/m3 e di 0.43 mBq/m3 per il Cs137

il giorno 29 marzo


Livelli di Radioattività ambientali in Giappone: 14 Marzo - 31 Marzo


Livelli di Radioattività ambientali in Giappone: fino al 14 aprile____ ___


Grazie per l’attenzione

Ringraziamenti:

Ufficio tecnico dell’UNIMIB: C. Balsamo, C. Tuzzeo, M. Cavallotti

SIPRE: A. Agostinetti e tutti i manutentori

D. Rigamonti: Laureando triennale

E. Sala: Dottoranda


Radioattività: Alcune Grandezze - Attività

Un campione contenente nuclei radioattivi si caratterizza per la sua quantità di radioattività, che viene espressa con il numero

di disintegrazioni nell'unità di tempo di nuclei radioattivi e viene definita Attività. L'unità di misura é il becquerel,

con simbolo Bq.

Si definisce radioattività la proprietà che hanno i nuclei degli atomi di alcuni elementi di emettere spontaneamente radiazioni

Ionizzanti sotto forma di particelle (nuclei di Helio, Elettroni, Neutroni…) o radiazione elettromagnetica (radiazione Gamma).

La radioattività non é stata inventata dall'uomo, anzi, al contrario, l'uomo é esposto alla radioattività fin dal momento

della sua apparizione sulla Terra. (Raggi Cosmici e Radionuclidi Cosmogenici, Radionuclidi Primordiali (40K,232Th, 238U, etc..),

1 becquerel = 1 Bq = 1 disintegrazione al secondo.

I differenti tipi di radioattività sono:

• Radioattività alfa (energie discrete e caratteristiche)

• Radioattività beta

• Radioattività gamma (energie discrete e caratteristiche)


Radioattività: Alcune Grandezze - Dose

Il concetto di dose

Le radiazioni prodotte dai radioisotopi interagiscono con la materia con cui vengono a contatto, trasferendovi energia.

Tale apporto di energia, negli organismi viventi, produce una ionizzazione delle molecole: da qui la definizione di

radiazioni ionizzanti.

La dose di energia assorbita dalla materia caratterizza questo trasferimento di energia.

Gli effetti possono essere irrilevanti o più o meno dannosi, a seconda della dose di radiazioni ricevuta e del tipo

delle radiazioni stesse.

La misura della dose

L'unità di misura della dose assorbita dalla materia a seguito dell'esposizione alle radiazioni ionizzanti é il Gray (simbolo:

Gy):

1 Gray (Gy) = 1 joule (J) assorbito da 1 kilogrammo di materia

Per la misura delle dosi di radiazioni assorbite dall'uomo, o più precisamente per una misura degli effetti biologici dovuti

alla dose di radiazioni assorbita, é stato introdotto il concetto di equivalente di dose, che tiene conto della dannosità più o

meno grande, a parità di dose, dei vari tipi di radiazioni ionizzanti.

In questo caso, l'unità di misura é il Sievert (simbolo: Sv).

In particolare:

per le radiazioni beta e gamma: 1 Gray => 1 Sievert

per le radiazioni alfa: 1 Gray => 20 Sievert

per i fasci di neutroni: 1 Gray => 3 - 20 Sievert (a seconda dell'energia dei neutroni)

Di uso più comune é il sottomultiplo millisievert (mSv), pari a un millesimo di Sv.

Ad esempio una radiografia al torace comporta l'assorbimento di una dose di circa 0,14 millisievert (mSv). Alcuni dati dosimetrici relativi ad esami medici con raggi X:

Radiografia del torace 0,14 mSv Radiografia dell'addome 1,1 mSvRadiografia del tubo digerente 4,1 ÷ 7,2 mSv Colecistografia 1,5 mSvUrografia 3,1 mSv Mammografia

1,0 mSv


Radioattività: Alcune Grandezze - Rateo di Dose

L'esposizione alle radiazioni naturali

Per poter considerare nella giusta luce gli effetti della radioattività sull'uomo, é necessario anzitutto prendere in considerazione l'esposizione alle radiazioni

naturali. A tale "bagno di radioattività", in cui l'uomo é immerso fin dalla sua origine, gli organismi viventi si sono da tempo adattati.

La dose annualmente assorbita da ogni individuo della popolazione per effetto della radioattività naturale é mediamente di 2,4 mSv/anno 2,4 millisievert/anno)

0,340,180,16Torio-232 e radioisotopi associati

1,341,240,10Uranio-238 e radioisotopi associati

0,330,180,15Potassio-40

0,360,36Raggi cosmici

Totale(mSv/anno)Esposizione interna(mSv/anno)Esposizione esterna(mSv/anno)Sorgente

Alla radioattività naturale contribuiscono una componente terrestre e una

componente extraterrestre.

La componente terrestre é dovuta ai radionuclidi presenti nei materiali della crosta terrestre

(rocce, minerali), come: il potassio-40, l'uranio naturale, il torio e i radionuclidi ad essi

associati. Tra questi ultimi, particolare importanza riveste il radon, prodotto gassoso che offre il

maggiore contributo alla radioattività naturale.

La componente extraterrestre é costituita dai raggi cosmici, i cui effetti sono tanto più rilevanti

quanto più ci si allontana dalla superficie terrestre, e quindi dalla protezione dell'atmosfera. Ad

esempio, in un volo in aereo, l'effetto dei raggi cosmici é circa 100 volte maggiore di una zona

al livello del mare.


INES Scale


INES Scale: Incidenti a impianti nucleari


INES Scale: Incidenti inerenti sorgenti di radiazione

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