Analisi radiometriche di matrici ambientali riciclabili - Considerazioni radioprotezionistiche

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problemi particolari necessitano di ulteriori chiarimenti. Il quadro attualmente 
disponibile sembra, tuttavia, sufficientemente completo ed affidabile per 
stabilire norme di comportamento da seguire nello svolgimento delle attività in 
questione.  
Un ruolo fondamentale nella formulazione di tali norme è svolto dalla 
International Commission on Radiation Protection (ICRP), un’organizzazione 
internazionale fondata nel 1928, che, pur non potendo interferire direttamente 
nelle legislazioni dei singoli Paesi, emana delle raccomandazioni in materia che 
sono, di fatto, recepite da tutte le Nazioni. 
Fra queste c’è l’Italia, che alle raccomandazioni dell’ICRP ha ispirato la sua 
legislazione vigente in materia (Legge n° 230 del 17/03/1995). A quest’ultima, 
si fa riferimento nel presente lavoro. 
L’esigenza, sopra accennata, di salvaguardare l’Ambiente Naturale e la Salute 
Pubblica, si è altresì manifestata, nei Paesi maggiormente sviluppati, nella 
necessità di razionalizzare al massimo tutte le attività produttive, al fine di 
conciliare, quanto più possibile, i benefici derivanti dalla produzione 
industriale con l’impatto ecologico di quest’ultima. 
Fra le varie forme in cui questo impegno si è concretizzato, assume particolare 
importanza l’utilizzo di scarti o sottoprodotti di alcune lavorazioni industriali 
in altre attività produttive; ciò al fine di minimizzare le conseguenze ambientali 
dell’estrazione e trasformazione delle materie prime. 
In questo contesto s’inserisce l’attività di ricerca condotta dall’ENEL S.p.A. sul 
riciclaggio, per usi industriali, edilizi ed agricoli, di materiali risultanti dalla 
produzione energetica da parte di impianti termoelettrici. 
Tuttavia, per quanto detto sopra, appare necessaria un’attenta valutazione 
ecologica, ed, in particolare, radioprotezionistica, dei suddetti materiali, prima 
che questi siano massicciamente utilizzati per gli scopi sopra elencati. 
 
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Scopo del presente lavoro, la cui parte sperimentale è stata effettuata presso i 
locali e con le attrezzature del Centro Ricerche Residui (CRR) della Sede ENEL 
di Brindisi (Foto 1) è, per l’appunto, la caratterizzazione radiometrica di alcune 
di queste sostanze, sia come misura delle concentrazioni radioisotopiche, sia 
come determinazione del rateo di emanazione di radon. 
A quest’ultimo argomento è riservata particolare attenzione, trattandosi di un 
tema la cui importanza è divenuta sempre crescente negli ultimi anni. 
Di seguito, sono descritte le procedure sperimentali utilizzate nonché i risultati 
ottenuti, e le considerazioni radioprotezionistiche su questi ultimi, ponendo 
particolare riguardo agli aspetti sanitari e legislativi.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Foto 1 
 
 
 
 
 
 
 
 
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RINGRAZIAMENTI 
 
L’autore intende esprimere la sua più viva gratitudine alle seguenti persone, 
che, con il loro impegno e la loro disponibilità, hanno fornito un notevole aiuto 
alla realizzazione del presente Lavoro: 
 
-   Dott. D. Capra del CISE S. p. A.; 
 
-   Ing. G. Dinelli, Ing. P. Caramuscio dell’ENEL S. p. A.; 
 
-   Sig. F. De Lucca del CRR - ENEL di Brindisi; 
 
- tutto il personale tecnico del CRR - ENEL di Brindisi; 
 
-   Sig. V. Lecci, per la compilazione del software “ RADON “. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1 - RICHIAMI DI FISICA DELLE RADIAZIONI 
 
1.1 - DECADIMENTO   RADIOATTIVO  
 
Il fenomeno della radioattività consiste nel decadimento spontaneo di un 
nucleo atomico da uno stato nucleare ad un altro la cui energia totale è inferiore 
a quella del primo (stato iniziale). La transizione energetica (decadimento 
radioattivo) avviene solitamente con emissione di particelle nucleari o 
radiazioni elettromagnetiche. 
Si distinguono tre tipi di decadimento radioattivo: 
 
1. Decadimento Alfa () 
2. Decadimento Beta () 
3. Decadimento Gamma () 
 
Il decadimento alfa è dovuto all’emissione di particelle   , cioè nuclei di atomi 
di elio (He), formati da due protoni e due neutroni. A causa della doppia 
carica, +2e, le particelle  subiscono un’elevata perdita di energia 
nell’attraversare la materia; pertanto, bastano spessori molto sottili per 
bloccarle. L’emissione  mostra uno spettro di energia monoenergetico, 
compreso tra i 4 ed i 6 MeV, e variante con il tipo di nucleo in esame. 
Il decadimento beta è costituito da elettroni o positroni emessi nel decadimento 
di neutroni o protoni in nuclei che contengono un numero eccessivo di 
nucleoni, per assicurare la stabilità. La caratteristica fondamentale di questo 
tipo di decadimento è costituita dallo spettro energetico continuo. Il massimo 
valore di energia raggiunto in questo tipo di emissione varia fra alcune decine 
di KeV e pochi MeV. Poiché la maggior parte di decadimenti  produce 
  8 
ulteriori stati eccitati nel nucleo, insieme all’emissione  si osserva spesso anche 
emissione , dovuta alla rapida diseccitazione dei nuclei emettitori. 
Per raggi  si intende l’emissione da parte del nucleo atomico di fotoni aventi 
energia compresa tra alcune centinaia di KeV ed alcuni MeV. Analogamente 
alla struttura dell’atomo, anche il nucleo è caratterizzato da livelli di energia 
discreti. Transizioni fra questi livelli possono avvenire tramite l’emissione (ed 
eventualmente l’assorbimento) di radiazione elettromagnetica avente energia 
pari alla differenza di energia fra gli stati coinvolti nella transizione. 
L’emissione avviene, pertanto, in righe spettrali discrete, caratteristiche del 
nucleo emettitore.   
(Knoll) 
 
 
1. 2 - LE LEGGI DEL DECADIMENTO RADIOATTIVO 
   
L’attività di un radionuclide è definita come la velocità di decadimento, ed è 
espressa dalla legge: 
 
                          N (t) = N (0) exp ( -  t)                                   (1) 
 
dove : 
• N (t) = numero di nuclei radioattivi al tempo t  
• N (0) = numero di nuclei radioattivi all’istante iniziale             
 = costante di decadimento, cioè la probabilità di transizione per unità di  
tempo, che è caratteristica di ciascun radionuclide  (s 
- 1
). 
 
Si definisce attività specifica o concentrazione isotopica l’attività di un dato 
radioisotopo normalizzata per la massa del campione in esame. 
 
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Inizialmente, l’unità di misura dell’attività è stata il Curie (Ci), definito come: 
 
                             1 Ci = 3. 7 Ο 10 
10
  disintegrazioni/s 
 
Attualmente, l’unità di misura impiegata è il Becquerel (Bq), definito come: 
 
                             1 Bq = 1 disintegrazione/s 
Pertanto: 
                             1 Bq = 2. 703 Ο 10 
- 11
 Ci. 
 
Ovviamente, l’unità di misura dell’attività specifica è il Bq/Kg. 
 
Si definisce tempo di vita medio (τm) il reciproco di λ, ed è il tempo impiegato 
dal campione di materiale radioattivo per decadere ad 1/e della sua attività 
iniziale. 
Si definisce tempo di dimezzamento (T½) il tempo impiegato dal campione a 
decadere ad un mezzo della sua attività iniziale. 
Queste due quantità sono legate dalla seguente relazione: T1/2 = τm ln 2.   
(Knoll) 
 
1. 3 - FAMIGLIE DI DECADIMENTO RADIOATTIVO 
 
I radionuclidi naturali pesanti appartengono a tre grandi famiglie radioattive di 
cui sono capostipiti il Torio - 232, l’Uranio - 235 e l’Uranio - 238, tutti alfa - 
emettitori, con discendenti vari che decadono per emissione ,, − e . fino a 
concludersi tutte in isotopi stabili del piombo, rispettivamente: Pb - 208, Pb - 
207, Pb - 206. Le serie radioattive naturali caratterizzano già la presenza di 
radionuclidi secondari, quali, appunto, gli isotopi di Ac, Ra, Fr, Rn, Po, Tl, Pb; 
  10 
questi sono, pertanto, i nuclidi radioattivi formatisi in seguito al decadimento 
dei nuclidi primari. 
Le seguenti tre tavole (Tabb. 1, 2, 3) illustrano le suddette famiglie radioattive, 
riportando, per ogni nuclide, il tempo di dimezzamento ed il tipo di 
decadimento cui è sottoposto.   
(Lederer - Shirley) 
 
 
1. 4 - EQUILIBRIO SECOLARE 
 
Detto a un nuclide arbitrario e b il nuclide risultante dal suo decadimento, detti  
Na ed Nb il numero di atomi di a e di b, e 6a e 6b le costanti di decadimento dei 
due nuclidi, qualora si consideri il rapporto: 6bNb/6aNa, si osserva che possono 
verificarsi le seguenti tre situazioni : 
1. 6a > 6b ; in questo caso, il rapporto aumenta nel tempo. 
2. 6a < 6b ; il rapporto diviene quasi costante per grandi t . Questo è il caso di  
equilibrio transitorio. 
3. 6a << 6b ; il rapporto diviene pari a quasi 1 in breve tempo. Questo è il caso 
di equilibrio secolare. 
(Knoll) 
 
Quest’ultima situazione riveste particolare importanza nell’ambito delle misure 
radiometriche, in quanto, misurando le attività dei singoli componenti di una 
catena di decadimento, e calcolandone la media, è possibile risalire all’attività 
del capostipite, attribuendo a questo la media delle attività dei suoi 
discendenti. 
 
 
 
 
 
 
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2 - GENERALITÀ SUL RADON 
 
Nelle tabelle illustranti le tre famiglie di decadimento radioattivo, mostrate nel 
Par. 1. 3, può essere notata la presenza di tre isotopi di un elemento: il Radon.  
Il radon rappresenta un’importante fonte di inquinamento radioattivo 
dell’Ambiente, e, pertanto, esso è stato oggetto, specie negli ultimi anni, di 
numerosi ed importanti studi volti ad indagare le cause e le modalità di 
diffusione di questo gas nell’ambiente, nonché a verificare l’effettiva 
pericolosità di questo elemento per l’organismo umano. 
Per questa ragione, si è deciso di compiere una serie di misure di 
concentrazione e di emanazione specifica di Rn sulle matrici ambientali prese 
in esame in questo lavoro. 
 
 
2. 1 - PROPRIETÀ   FISICHE
 
 
Il radon (Rn, Z = 86) si presenta come un gas inodore, incolore, più pesante 
dell’aria e facilmente liquefattibile. Bolle a - 61. 9 °C e solidifica a - 71. 0 °C. Il 
suo calore di fusione è 0.9 cal/g - atomo; il suo calore di vaporizzazione è 3. 92 
cal/g - atomo; l’energia di prima ionizzazione è 248 Kcal/g - atomo. Avendo la 
shell elettronica più esterna completa, esso, come tutti i gas nobili, è incapace di 
formare legami con altri atomi, e si presenta perciò in forma monoatomica. Le 
altre proprietà fisiche sono poco conosciute, in quanto la sua rarità e la sua 
instabilità rendono problematica la caratterizzazione completa. 
(Lederer, Shirley)
 
 
 
 
 
 
  15 
2. 2 – ISOTOPI DEL RADON 
 Come accennato precedentemente, il radon è presente in natura in quantità 
minime: esso costituisce, infatti, il 6.2 x 10 
– 16 
% della crosta terrestre, e, 
normalmente, è presente nell’atmosfera in tracce. La ragione della sua rarità è 
dovuta al breve tempo di dimezzamento dei suoi isotopi; essi sono: 
 
a) Rn - 219. Esso appartiene alla famiglia dell’U - 235, ed è il risultato del 
decadimento  del Ra - 223 e del decadimento  dell’At - 219. Esso decade 
a     sua volta in Po - 215 in seguito ad emissione  di energia pari a 6. 824 
MeV. Il suo tempo di dimezzamento è pari a 3. 96 s. 
    
b) Rn - 220. Esso appartiene alla Famiglia del Th - 232, ed è il risultato del 
decadimento  del Ra - 224. Esso decade a sua volta in Po - 216 in seguito 
ad      emissione  di energia pari a 6. 282 MeV. Il suo tempo di 
dimezzamento è      pari a 55. 6 s. 
 
c) Rn - 222. Esso appartiene alla Famiglia dell’U - 238, ed è il risultato del 
decadimento  del Ra - 226. Esso decade a sua volta in Po - 218 in seguito 
ad      emissione  di energia pari a 5. 49 MeV. Il suo tempo di 
dimezzamento è      pari a 3. 823 d.  
 
E’ evidente come il tempo di dimezzamento relativamente lungo del Rn - 222 
ne faccia l’isotopo più abbondante, e, quindi, maggiormente rappresentativo 
dell’elemento. Inoltre, avendo alcuni suoi discendenti un tempo di 
dimezzamento piuttosto lungo (T‰ (Pb - 214) = 26. 8 min.; T‰ (Bi - 214) = 19. 7 
min.; T‰ (Pb - 210) = 20. 4 a;  T‰ (Bi - 210) = 5. 0 d; T‰ (Po - 210) = 138. 3 d), 
questo isotopo risulta essere il più importante dal punto di vista 
  16 
radioprotezionistico. Pertanto, in seguito, parlando di radon, ci si riferirà 
sempre al Rn - 222. ( Lederer, Shirley ) 
 
 
         
 
 
     
 
.