Incidente di Fukushima: Misure di Radioattività Ambientale su Particolato Atmosferico

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI MILANO BICOCCA Dipartimento di Fisica G. OCCHIALINI ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Sezione di Milano Bicocca Incidente di Fukushima: Misure di Radioattività Ambientale su Particolato Atmosferico Massimiliano CLEMENZA Laboratorio di Radioattività e Spettrometria di Massa di Milano Bicocca Milano, 19 Aprile

2 Laboratorio di Radioattività di Milano Bicocca: Attività di ricerca_ Fisica degli Eventi Rari (CUORE: Decadimento Doppio Beta senza neutrini ) Geologia: Erosione del Suolo Simulazioni MonteCarlo (Geant4, MCNP) Fisica-Chimica dell Atmosfera Laboratorio di Radioattività di Milano Bicocca Radioecologia Archeometria (Capelli di Napoleone) Glaciologia Milano, 19 Aprile

3 Laboratorio di Radioattività di Milano Bicocca: Radioecologia_ Radioecologia Destino Radionuclidi Artificiali immessi nell Ambiente e Valutazione Impatto Ambientale e Sanitario Incidenti Reattori Nucleari (Chernobyl-Fukushima) Test nucleari in Atmosfera (USA-URSS-FRANCIA-CINA) Matrici Ambientali analizzate Suolo (Valle del Lys, Valtellina, Como, Parco del Ticino) Atmosfera (Milano-Bicocca) Matrici Alimentari (Como, Sondrio, Varese) Anelli di Crescita Alberi (Parco del Ticino, Como) Suolo Ghiacciai Alpini Matrici Ambientali analizzate Milano, 19 Aprile

4 Incidente Nucleare di Fukushima: cosa è accaduto? Milano, 19 Aprile

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 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 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

6 Impianto Nucleare di Fukushima: prima e dopo Milano, 19 Aprile

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

8 Come si è arrivati alla situazione odierna? Milano, 19 Aprile

9 Energia Nucleare: Reattore Nucleare BWR Milano, 19 Aprile

10 Reattore Nucleare BWR spegnimento Milano, 19 Aprile

11 Energia Nucleare: Sistemi di Emergenza TSUNAMI Milano, 19 Aprile

12 Energia Nucleare: Prodotti di Fissione e Prodotti di attivazione Fissione Nucleare: 235 U + 1 n 236 U fissione 2 P.F. + τ 1 n + E Prodotti di Attivazione Neutronica Prodotti di Fissione: Punti di sublimazione: Iodio: 184 C (I 2 gas e Particolato) Cesio: 671 C (Particolato) Milano, 19 Aprile

13 Controllo della Radioattività ambientale: Il Particolato Atmosferico Filtri Utilizzati: PTFE φ 0,1 um Portata aria: fino a 3 m 3 /h Dimensioni: φ = 47 mm BASSO VOLUME DI FILTRAGGIO Rivelatore HpGe ULB a Pozzetto Geometria 4π ALTA EFFICIENZA DI RIVELAZIONE MAR 0,5 mbq/m 3 Sito di campionamento: Copertura DISAT 30 m Filtri Utilizzati: Fibre di polipropilene Classe G4 E M 95% φ 0,4 um, Portata aria: 1700 m 3 /h x 9 filtri Dimensioni: 397x498x48 mm ALTO VOLUME DI FILTRAGGIO Rivelatore HpGe ULB Coassiale BASSA EFFICIENZA DI RIVELAZIONE MAR 0,2 µbq/m 3 Milano, 19 Aprile

14 Misure sul Particolato atmosferico: Radionuclidi presenti al 18 Marzo R.N. T 1/2 Energia Radiazione Gamma kev Provenienza 7 Be d 478 Cosmogenica 40 K 1.3x10 9 y 1460 Primordiale 137 Cs 30.1 y 661 Artificiale 214 Pb 26.8 min 352 Figlio 222 Rn 214 Bi 19.9 min 609 Figlio 222 Rn 210 Pb 22.3 y 46 Figlio 222 Rn 212 Pb h 238 Figlio 220 Rn 212 Bi min 727 Figlio 220 Rn 208 Tl min 2615 Figlio 220 Rn 7 Be = 5-10 mbq/m3 40 K = ubq/m3 137 Cs = 1-0,5 ubq/m3 Milano, 19 Aprile

15 Controllo della Radioattività ambientale: Monitoraggio del 137 Cs nel passato Andamento della concentrazione media di 137 Cs in aria Incidente di Chernobyl Fusione accidentale sorgente di 137 Cs in una Fonderia Spagnola (Algeciras) Risospensione del 137 Cs deposto al suolo Ricadute associate ai test nucleari in atmosfera di USA-URSS Andamento della concentrazione media di 137 Cs nelle deposizioni al suolo Ricadute associate ai test nucleari in atmosfera di CINA e FRANCIA Incidente di Chernobyl Milano, 19 Aprile Fonte: ISPRA Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale -

16 Misure sul Particolato atmosferico: Radionuclidi presenti 28 Marzo 636 kev 131 I 284 kev 131 I 364 kev 131 I 661 kev 137 Cs 795 kev 134 Cs Milano, 19 Aprile Fonte: ISPRA Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale -

17 Radionuclidi Rivelati: 131 I Milano, 19 Aprile

18 Radionuclidi Rivelati: 134 Cs Milano, 19 Aprile

19 Radionuclidi Rivelati: 137 Cs Milano, 19 Aprile

20 Controllo della Radioattività ambientale: Monitoraggio del 131 I presente 4,50E-04 4,00E-04 3,50E-04 3,00E-04 2,50E-04 2,00E-04 1,50E-04 1,00E-04 5,00E-05 0,00E I Milano Bicocca Bq/m3 23/03/ /03/ :30 24/03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ :13 31/03/ :27 01/04/ :00 02/04/ :20 03/04/ :35 04/04/ :25 05/04/ :30 06/04/ :30 07/04/ :20 08/04/ :45 10/04/ :00 11/04/ :30 12/04/ :46 13/04/ :10 Milano, 19 Aprile

21 Controllo della Radioattività ambientale: Monitoraggio del 134 Cs presente 9,00E-05 8,00E-05 7,00E-05 6,00E-05 5,00E-05 4,00E-05 3,00E-05 2,00E-05 1,00E-05 0,00E+00 Attività giornaliere 134 Cs Bq/m 3 25/03/ /03/ /03/ /03/ /03/ :13 31/03/ :27 01/04/ :00 02/04/ :20 03/04/ :35 04/04/ :25 05/04/ :30 06/04/ :30 07/04/ :20 08/04/ :45 10/04/ :00 11/04/ :30 12/04/ :46 13/04/ :10 Milano, 19 Aprile

22 Controllo della Radioattività ambientale: Monitoraggio del 137 Cs presente 1,20E-04 attività giornaliera 137 Cs 1,00E-04 8,00E-05 6,00E-05 4,00E-05 2,00E-05 Bq/m3 0,00E+00 25/03/ /03/ /03/ /03/ /03/ :13 31/03/ :27 01/04/ :00 02/04/ :20 03/04/ :35 04/04/ :25 05/04/ :30 06/04/ :30 07/04/ :20 08/04/ :45 10/04/ :00 11/04/ :30 12/04/ :46 13/04/ :10 Milano, 19 Aprile

23 Livelli di Radioattività ambientali in Giappone: Dati Collaborazione KeK KeK 131I KeK 137Cs 3,50E-05 8,00E-06 3,00E-05 2,50E-05 2,00E-05 1,50E-05 1,00E-05 5,00E-06 15/03-15/03 15/03-16/03 16/03-16/03 16/03-17/03 17/03-18/03 18/03-20/03 20/03-22/03 22/03-23/03 23/03-24/03 24/03-25/03 25/03-26/03 26/03-27/03 27/03-28/03 28/03-30/03 30/03-01/04 01/04-03/04 0,00E+00 Iodine131 03/04-05/04 05/04-07/04 07/04-09/04 09/04-11/04 15/03-15/03 15/03-16/03 16/03-16/03 16/03-17/03 17/03-18/03 18/03-20/03 20/03-22/03 22/03-23/03 23/03-24/03 24/03-25/03 25/03-26/03 26/03-27/03 27/03-28/03 28/03-30/03 30/03-01/04 01/04-03/04 03/04-05/04 05/04-07/04 07/04-09/04 09/04-11/04 0,00E+00 Fonte: KEK, the High Energy Accelerator Research Organization Milano, 19 Aprile ,00E-06 6,00E-06 5,00E-06 4,00E-06 3,00E-06 2,00E-06 1,00E-06 Caesium137 Bq/cm 3 Bq/cm 3 8,00E-06 7,00E-06 6,00E-06 5,00E-06 15/03-15/03 15/03-16/03 16/03-16/03 16/03-17/03 17/03-18/03 18/03-20/03 20/03-22/03 22/03-23/03 23/03-24/03 24/03-25/03 25/03-26/03 26/03-27/03 27/03-28/03 28/03-30/03 30/03-01/04 01/04-03/04 03/04-05/04 05/04-07/04 07/04-09/04 09/04-11/04 4,00E-06 3,00E-06 2,00E-06 1,00E-06 0,00E+00 KeK 134Cs Caesium134 Bq/cm 3

24 Livelli di Radioattività ambientali in Giappone: Dati Collaborazione KeK 5,00E-07 4,50E-07 4,00E-07 3,50E-07 3,00E-07 2,50E-07 15/03-15/03 15/03-16/03 16/03-16/03 16/03-17/03 17/03-18/03 18/03-20/03 20/03-22/03 22/03-23/03 23/03-24/03 24/03-25/03 25/03-26/03 26/03-27/03 27/03-28/03 28/03-30/03 30/03-01/04 01/04-03/04 03/04-05/04 05/04-07/04 07/04-09/04 09/04-11/04 2,00E-07 1,50E-07 1,00E-07 5,00E-08 0,00E+00 KeK 199mTc Technetium99m 1,00E-06 9,00E-07 8,00E-07 7,00E-07 6,00E-07 5,00E-07 4,00E-07 3,00E-07 2,00E-07 1,00E-07 0,00E+00 KeK136Cs Caesium136 15/03-15/03 15/03-16/03 16/03-16/03 16/03-17/03 17/03-18/03 18/03-20/03 20/03-22/03 22/03-23/03 23/03-24/03 24/03-25/03 25/03-26/03 26/03-27/03 27/03-28/03 28/03-30/03 30/03-01/04 01/04-03/04 03/04-05/04 05/04-07/04 07/04-09/04 09/04-11/04 Fonte: KEK, the High Energy Accelerator Research Organization Milano, 19 Aprile Bq/cm3 Bq/cm3 1,40E-06 1,20E-06 1,00E-06 8,00E-07 6,00E-07 4,00E-07 KeK 133I Iodine133 2,00E-07 2,50E-05 KeK 0,00E+00 15/03-15/03 15/03-16/03 16/03-16/03 16/03-17/03 17/03-18/03 18/03-20/03 20/03-22/03 22/03-23/03 23/03-24/03 24/03-25/03 25/03-26/03 26/03-27/03 27/03-28/03 28/03-30/03 30/03-01/04 01/04-03/04 03/04-05/04 05/04-07/04 07/04-09/04 09/04-11/04 4,00E-06 KeK 2,00E-05 3,50E-06 3,00E-06 1,50E-05 2,50E-06 2,00E-06 1,50E-06 1,00E-06 5,00E-07 15/03-15/03 15/03-16/03 16/03-16/03 16/03-17/03 17/03-18/03 18/03-20/03 20/03-22/03 22/03-23/03 23/03-24/03 24/03-25/03 25/03-26/03 26/03-27/03 27/03-28/03 28/03-30/03 30/03-01/04 01/04-03/04 03/04-05/04 05/04-07/04 07/04-09/04 0,00E+00 Tellurium129m Bq/cm 3 1,00E-05 5,00E-06 15/03-15/03 15/03-16/03 16/03-16/03 16/03-17/03 17/03-18/03 18/03-20/03 20/03-22/03 22/03-23/03 23/03-24/03 24/03-25/03 0,00E+00 Tellurium132 25/03-26/03 26/03-27/03 27/03-28/03 28/03-30/03 30/03-01/04 01/04-03/04 03/04-05/04 05/04-07/04 07/04-09/04 09/04-11/04 09/04-11/04 Bq/cm 3 Bq/cm3

25 Livelli di 131 I in Italia: Dati ISPRA-ARPA Milano, 19 Aprile

30 Livelli di 137 Cs in Italia: Dati ISPRA-ARPA Milano, 19 Aprile

35 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 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 marzo dove per lo I131 si riporta il valore di 2.78 mbq/m3, per il Cs mbq/m3 e per il Cs 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 Milano, 19 Aprile

36 Livelli di Radioattività ambientali in Giappone: 14 Marzo - 31 Marzo Milano, 19 Aprile

37 Livelli di Radioattività ambientali in Giappone: fino al 14 aprile Milano, 19 Aprile

38 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 Grazie per l attenzione Milano, 19 Aprile

39 Radioattività: Alcune Grandezze - Attività 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..), 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. 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

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 Milano, 19 Aprile

41 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) Sorgente Esposizione esterna(msv/anno) Esposizione interna(msv/anno) Totale(mSv/anno) Raggi cosmici 0,36 0,36 Potassio-40 0,15 0,18 0,33 Uranio-238 e radioisotopi associati 0,10 1,24 1,34 Torio-232 e radioisotopi associati 0,16 0,18 0,34 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. Milano, 19 Aprile

42 INES Scale Milano, 19 Aprile

43 INES Scale: Incidenti a impianti nucleari Milano, 19 Aprile

44 INES Scale: Incidenti inerenti sorgenti di radiazione Milano, 19 Aprile

45 Milano, 19 Aprile