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
Milano, 19 Aprile 2011 2
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
Milano, 19 Aprile 2011 3
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_
Milano, 19 Aprile 2011 5
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.
Milano, 19 Aprile 2011 7
Impianto Nucleare di Fukushima: Table summary of reactor unit status at 15-april
RPV: Reactor Pressure Vessel
RCS: Reactor Coolant System
Milano, 19 Aprile 2011 12
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)
Milano, 19 Aprile 2011 13
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
Milano, 19 Aprile 2011 14
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
Milano, 19 Aprile 2011 15
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
Milano, 19 Aprile 2011 20
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
26/0
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11 2
1.45
28/0
3/20
11 2
.26
28/0
3/20
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3.54
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3/20
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1:13
31/0
3/20
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0:27
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02/0
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11 1
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05/0
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11 1
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07/0
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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
Milano, 19 Aprile 2011 21
Controllo della Radioattività ambientale: Monitoraggio del 134Cs presente
25/0
3/20
11 2
2.30
26/0
3/20
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1.45
28/0
3/20
11 2
.26
28/0
3/20
11 2
3.54
30/0
3/20
11 0
1:13
31/0
3/20
11 0
0:27
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4/20
11 0
2:00
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4/20
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0:20
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11 1
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4/20
11 1
7:25
05/0
4/20
11 1
7:30
06/0
4/20
11 1
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07/0
4/20
11 1
6:20
08/0
4/20
11 1
9:45
10/0
4/20
11 2
0:00
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4/20
11 1
2:30
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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
Milano, 19 Aprile 2011 22
Controllo della Radioattività ambientale: Monitoraggio del 137Cs presente
25/0
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3.54
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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
Milano, 19 Aprile 2011 23
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
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/04
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/04
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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
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1,00E-06
2,00E-06
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4,00E-06
5,00E-06
6,00E-06
7,00E-06
8,00E-06
KeK 137Cs
Caesium137
Bq
/cm
3
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1,00E-06
2,00E-06
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5,00E-06
6,00E-06
7,00E-06
8,00E-06
KeK 134Cs
Caesium134
Bq
/cm
3
Milano, 19 Aprile 2011 24
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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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
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8,00E-07
9,00E-07
1,00E-06
KeK136Cs
Caesium136
Bq
/cm
3
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2,50E-06
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3,50E-06
4,00E-06
KeK
Tellurium129m
Bq
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5,00E-06
1,00E-05
1,50E-05
2,00E-05
2,50E-05
KeK
Tellurium132
Bq
/cm
3
15/0
3 -1
5/03
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3 - 1
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16/0
3 - 1
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23/0
3 - 2
4/03
24/0
3 - 2
5/03
25/0
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
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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
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Livelli di Radioattività ambientali in Giappone: fino al 14 aprile____ ___
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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
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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)
Milano, 19 Aprile 2011 40
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
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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.
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