Qualche notizia in pisullincidente nucleare di Fukushima e le sue conseguenze

Stefano De CrescenzoA.O. Niguarda Ca Granda Milano

Alberto ColomboLiceo Severi Milano

Obiettivi

Cosa succede in una centrale nucleare nelle condizioni di normale funzionamentoCosa si pensa possa essere successo a FukushimaQuali possono essere le conseguenze sanitarie di un incidente come quello di FukushimaCi sono conseguenze anche per noi?

La fissione:Energia nucleare energia termica

La fissione

Nel processo di fissione il numero totale di particelle si conserva140 +93 +2 =235Si perde per massa che si trasforma in grandi quantit di energia secondo la legge E=mc2

La fissione

L'energia complessivamente liberata dalla fissione di 1 nucleo di 235U di circa 200MeV, una quantit elevatissima data dalla relazione:

22235 cMcME PnU = +

In cuila prima massa la massa del nucleo di 235U e del neutrone incidentela seconda massa la somma delle masse dei nuclei e dei neutroni prodottic la velocit della luce nel vuoto

La fissione

la maggior parte di questa energia (circa 167 MeV) energia cinetica dei frammenti pesanti prodotti della reazione.In un comune processo di combustione, l'ossidazione di un atomo di carbonio fornisce un'energia di circa 4 eV, un'energia che meno di cinquanta milionesimi di quella prodotta nella reazione nucleare di fissione

I prodotti di fissione

I due prodotti di fissione che si formano per sono per radioattivi

Cosa significa radioattivi?

Immaginiamo un condominio in cui ci sono 20 appartamenti ma 25 famiglie: c spazio solo per 20 famiglieLe 25 famiglie iniziano a litigare animatamente fino a quando 5 decidono di andarseneQuando le 5 famiglie se ne vanno le 20 famiglie restanti si dividono lo spazio e finalmente vivono in pace

Cosa significa radioattivi?

In un nucleo di un atomo (Isotopo) radioattivo succede un po la stessa cosaIl nucleo di un atomo/isotopo radioattivo caratterizzato da un numero eccessivo di neutroni e da un eccesso di energiaTende pertanto a liberarsi spontaneamente da questi eccessi emettendo particelle e radiazione elettromagnetica, proprio come accade allacqua bollente che spontaneamente tende a raffreddarsiQuindi al fenomeno della radioattivit sempre associato una emissione di energia molto elevata sottoforma di radiazioni

La radioattivit (in pillole)

Alcuni prodotti di fissione (radioattivi) sono solidi (es. 137Cs, 134Cs, 90Sr.) Alcuni prodotti di fissione (radioattivi) sono gassosi (131I, 132I, 133I, 133Xe, 85Kr..)

Qualche informazione in pi sulla radioattivit: cinetica dei decadimenti

teNNdtdNtA == 0)(

definiamo radioattivit il numero di trasformazioni che un insieme di nuclei instabili subisce per unit di tempo e quindi

da questa relazione derivano i concetti di vita media e di

2

21

ln=T

Una caratteristica importante delle sostanze radioattive: il tempo di dimezzamento (T)

E il tempo impiegato da una sostanza radioattiva per dimezzare la propria attivitAd esempio

137Cs: T ~ 30 anni131I: T ~ 8 giorni18F: T ~ 2 ore

Cosa vuol dire?Trascorsi 100 giorni, qualunque sia lattivitiniziale:

di 137Cs ne rimarr ~ 99%di 131I ne rimarr ~ 0.02 %di 18F non ne rimarrpraticamente nulla

Decadimento alfa

le particelle alfa sono nuclei di He caricati positivamente (++)nel decadimento alfa il nuclide padre si trasforma in un nuclide figlio con 2 neutroni e 2 protoni in meno

+ NNAZ

AZ

42

Decadimento alfa

nello schema pisemplice, la particella alfa viene emessa con una energia ben definita legata alla perdita di massa che si verifica tra nuclide padre e nuclide figlio + nella rivelazione di una particella alfa ci aspettiamo quindi uno spettro discreto

+ NNAZ

AZ

42

Decadimento beta

le particelle beta sono elettroni caricati negativamente (e-) o positivamente (e+)ci sono 3 tipi di decadimento beta:

- : n p + e- + + : p n + e+ + c.e. : p + e- n + + X

nel decadimento beta il nuclide padre si trasforma in un nuclide figlio con 1 nucleone in pi o in meno

++ + NN AZ

AZ 1:

++ ++ NN AZ

AZ 1:

++ NeNec AZ

AZ 1:..

E i raggi gamma?

in tutti i decadimenti c un nucleo padre che si trasforma in un nucleo figlio con emissione di particelle cariche (a parte il decadimento per cattura elettronica)il nucleo figlio si trova molto spesso in uno o pi stati eccitati dai quali si porta sul livello fondamentale emettendo (quasi contestualmente al decadimento del padre) uno i pi fotoni gamma

Lunit di misura della radioattivit

Nel Sistema Internazionale (S.I.) la Radioattivit si misura in Bequerel (Bq)

secondozioneDisintegra1

Bq1 =

secondozioniDisintegra103.7

Bq103.7Ci110

10 ==

Precedentemente la Radioattivit si misurava in Curie (Ci)

Come funziona un reattore nucleare in pillole

In un reattore nucleare il combustibile contenuto allinterno di cilindri di acciaio speciale (le barre di combustibile nucleare)Le barre sono immerse in acqua e il calore generato dalle reazioni nucleari genera vapore Il vapore alimenta le turbine come in una centrale a combustibile fossileSolo che invece di bruciare carbone o derivati del petrolio si consumauranio

Schema di una centrale elettronucleare

Come funziona un reattore nucleare in pillole

Normalmente non ccontatto diretto tra i prodotti di fissione (radioattivi), e il vaporeQuando il combustibile nucleare si esaurisce le barre vengono rimosse e sostituiteLe barre esauritevengono sottoposte a un processo radiochimico di rigenerazioneE soprattutto il processo di rigenerazione che produce rifiuti (radioattivi)

La centrale di Fukushimahttp://www.ilsole24ore.com/art/tecnologie/2011-03-15/corsa-contro-tempo-impedire-140048.shtml

La centrale composta da 8 unit per quasi 5 GW di potenzaCostruita nel '66, la centrale utilizza dei reattori Bwr (Boiling Water Reactor) costruiti da General Electric, Toshiba e Hitachi. L'acqua lo raffredda e allo stesso tempo trasporta via il calore, di solito sotto forma di vapore, per far girare delle turbine che generano elettricit. di II generazione (la pi diffusa attualmente) . Attualmente esiste anche la III e III+ generazione, in fase di studio una IV

A Fukushima cosa successo?Un reattore nucleare pu essere spento nel senso che, con particolari dispositivi la reazione a catena pu essere fermataA Fukushima subito dopo il terremoto, la relazione nucleare stata spentaautomaticamente dai dispositivi di sicurezza della centraleAnche se la reazione nucleare cessata, la enorme quantit di energia prodotta dalle sostanze radioattive continua a generare una grande quantit di calore

Lincidente di Fukushima

Nonostante lo spegnimento immediato del reattore, il calore residuo sempre presente non stato smaltito portando al surriscaldamento del reattore 1, con necessit di depressurizzare il vessel in acciaio scaricando in atmosfera l'eccesso di vapore radioattivo tramite le ciminiere dell'impianto (dalle immagini tv dell'11 e del 12 marzo 2011 si nota infatti la fuoriuscita di vapore dalle ciminiere).

Lincidente di Fukushima

Il permanere delle difficolt di raffreddamento ed il conseguente surriscaldamento provoca di norma la produzione di idrogeno per scomposizione termica dell'acquaTale rischiosa ma necessaria procedura nel caso del reattore di Fukushima-Daiichi 1 successivamente sfociata nell'esplosione dell'idrogeno che ha distrutto la struttura di contenimento in cemento

A Fukushima cosa successo?La mancanza di energia elettrica ha quindi causato un deficit di raffreddamento e un abbassamento del livello del refrigeranteLa temperatura si innalzata oltre il dovutoProbabilmente qualche barra di combustibile si fessurataSono stati rilasciati in atmosfera idrogeno e molti prodotti di fissione gassosi e questo ha causato una esplosione con fuoriuscita di materiale radioattivo soprattutto in forma gassosa

Cosa succede delle emissioni (anche di quelle radioattive) in atmosfera?

Alcune possibili vie di ritorno della radioattivit alluomo

Cosa succede quando le radiazioni interagiscono con un tessuto?

Depositano la loro energia a livello cellulareLenergia depositata pu provocare un danno a livello del nucleo cellulareIl danno cellulare pu essere riparato dal sistema immunitario ma anche non riparato dal sistema immunitario (cancerogenesi)

Cosa succede quando le radiazioni interagiscono con un tessuto?

Ovviamente la probabilit di manifestazione del danno legata alla quantit di energia depositataMaggiore la quantitdi energia depositata, maggiore la probabilit del danno e, in taluni casi, maggiore lintensitdel danno

Le radiazioni ionizzanti sul web

http://it.wikipedia.org/wiki/Radiazioni_ionizzantihttp://it.wikipedia.org/wiki/Sieverthttp://www.unscear.org/http://www.who.int/ionizing_radiation/en/http://rpop.iaea.org/RPOP/RPoP/Content/AdditionalResources/Publications/index.htmhttp://rpop.iaea.org/RPOP/RPoP/Content/AdditionalResources/Training/1_TrainingMaterial/index.htm

Relazione sievert - gray

dose di energia assorbita da una unit di massa: Gray [J/Kg]la dose equivalente (u.m. sievert) rende conto degli effetti biologici della radiazione sull'organismoI diversi tipi di radiazione a parit di dose assorbita infatti possono avere effetti diversi per l'organismo

Gli effetti biologici delle radiazioni

La grandezza che rende conto di quanto pericolosa una esposizione alle radiazioni ionizzanti quindi il

Sievert (Sv)legato alla quantit di energia depositata in un tessutoDi solito viene impiegato utilizzando i suoi sottomultipli

mSv = 0.001 Sv (10-3 Sv)Sv = 0.000001 Sv (10-6 Sv)

nSv = 0.000000001 Sv (10-9 Sv)

Gli effetti biologici delle radiazioni

Non tutti i tessuti sono sensibili nello stesso modo alle radiazioniIn generale si verifica che pi un tessuto in rapida moltiplicazione (esempio capelli, tessuto ematopoietico, midollo) pi radiosensibileQuesta particolare evidenza spiega come mai le radiazioni vengano utilizzate anche nella cura del cancro

La dose equivalente H in sievert si ottiene moltiplicando la dose assorbita D in Gy per un fattore adimensionale wrdipendente dal tipo di radiazionePer i raggi X, gamma o beta, wr = 1per le particelle alfa wr = 20 Per i neutroni 1 Gy wr pu variare da 2.5 a oltre 20 Sv a seconda dell'energia dei neutroni

Gli effetti biologici delle radiazioni: wr

Gli effetti biologici delle radiazioni

Le dosi superiori a soglie particolarmente elevate (oltre 1 Sv) possono portare a effetti che si manifestano precocementeLe dosi molto elevate riguardano di solito persone molto vicine alla sorgente

A Fukushima cosa sta succedendo?

http://www.mext.go.jp/english/radioactivity_level/detail/1303986.htm

E le piccole dosi? Proviamo a spiegarlo con un esempio

per certi versi chi esposto alle radiazioni si trova nella stessa condizione di un fumatore dato certo che il fumo aumenta la probabilit di contrarre un cancro al polmonequesto non significa che tutti i fumatori contraggono un cancro del polmone, vuole dire che per loro la probabilit di contrarre un cancro del polmone maggiore rispetto ai non fumatori ed tanto maggiore quante pi sigarette al giorno vengono fumate

E le piccole dosi? Proviamo a spiegarlo con un esempio

l'esposizione alle radiazioni aumenta la probabilit di contrarre un cancroma questo aumento per significativo solo per una importante esposizione alle radiazioninon nemmeno il caso di ipotizzare che questa condizione si verifichi in Italia a seguito di ci che sta succedendo a Fukushima

Inoltre forse non tutti sanno che ..

lumanit convive da sempre con le radiazioni

Fonte esposizione media*

(mSv/anno) Raggi cosmici 0.355 Radionuclidi presenti in natura prodotti dalla radiazione cosmica

0.015

Radionuclidi primordiali 40K e irradiazione esterna 0.59 Famiglie radioattive (238U e 232Th ) 1.42 (**) Totale 2.4

Altre possibili fonti di esposizione alle radiazioni legate alle quotidianit

E a Fukushima?

Si sono trovati a Tokyo il 15 marzoHanno respirato (poca, per fortuna) aria contaminata a seguito dellemissioneRientrati in Italia si sono presentati al P.S. di Niguarda

E possibile misurare direttamente la radioattivitdepositata sulla superficie corpo?

S, il particolato contaminato pu depositarsi sulle superfici corporeema possibile verificare questa eventualit con un idoneo strumento

Cosa succede di ci che viene introdotto nellorganismo?

Molto di ci che viene introdotto nellorganismo, una volta inalato o digerito segue un suo percorso specifico e viene metabolizzatoQuesti fenomeni di assorbimento interessano organi diversi e avvengono con tempi e modi differenziati a seconda della sostanza interessataQuesti meccanismi sono responsabili ad esempio dell accrescimento, della riparazione di un osso fratturato, della ossigenazione del sangue attraverso lo scambio che avviene a livello polmonare.

Cosa succede di ci che viene introdotto nellorganismo?

Il calcio, ad esempio, interessa soprattutto le ossaIl ferro viene metabolizzato soprattutto dal fegatoLo iodio invece, ha un percorso metabolico che lo porta soprattutto ad essere captato dalla tiroide

E possibile misurare direttamente la radioattivit presente allinterno del corpo?

I composti radioattiviallinterno del corpo si comportano come i composti non radioattiviAd esempio, lo iodio radioattivo, ha un percorso metabolico che lo porta soprattutto ad essere captato dalla tiroideLo iodio radioattivo arrivato nella tiroide emette radiazioni che possono essere rilevate dallesterno con un opportuno strumento

Ma possibile misurare anche indirettamentela radioattivit presente allinterno del corpo

Tutto ci che entra nel corpo e non viene utilizzato oppure non serve prima o poi esceCi accade soprattutto attraverso i normali meccanismi di escrezione (urinaria e fecale) dellorganismoE il principio su cui si basano ad esempio gli esami antidoping effettuati sugli atleti

E possibile misurare indirettamente la radioattivit presente allinterno del corpo

Quindi analizzando con strumenti idonei gli escreti possibile:

risalire alle sostanze radioattive incorporatecalcolare quali e quante sostanze radioattive sono state incorporate,calcolare quando le sostanze radioattive sono state incorporate

Naturalmente solo usando funzioni matematiche complesse!!!

Quali le conseguenze in Italia?

Ad oggi solo una la risposta appropriata

Nessuna

Dove trovare in formazioni attendibili e aggiornate su Fukushima?

http://www.iaea.org/

Dove trovare in formazioni attendibili e aggiornate su Fukushima?

http://www.mext.go.jp/english/radioactivity_level/detail/1303986.htm

E per concludere