Laboratorio di FISICA NUCLEARE

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Laboratorio di FISICA NUCLEARE
IL RADON

• Andrea Pellicciotti
• SIS Torino 2 anno

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Le fonti della radioattività presente sulla terra
possono essere divise principalmente in due
grandi famiglie  Fonti artificiali e fonti
naturali.  Le fonti artificiali (o tecnologiche)
sono principalmente quelle utilizzate in medicina
(radiografie, TAC ed altri esami medici oppure i
traccianti) e nelle industrie. Il contributo
principale alla dose assorbita da ciascun
individuo viene dato però dalla radioattività
naturale, con un'incidenza di circa l'80 della
dose totale. Circa il 45 è dovuto al radon, il
15 dai materiali da costruzione e il 13 dalla
radiazione cosmica.
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Il decadimento radioattivo dellUranio
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Il decadimento radioattivo dellUranio
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Come è stato già illustrato in precedenza, il
processo di decadimento dal radon-222 al
piombo-210 produce una catena di isotopi
radioattivi solidi chiamati anche "figli del
radon". L'effetto dannoso legato al radon è
essenzialmente dovuto allinalazione dei suoi
prodotti di decadimento a vita breve
(polonio-218, piombo-214, bismuto-214 e
polonio-214) che sono i più significativi dal
punto di vista sanitario. Questi elementi hanno
un tempo di dimezzamento breve (entro trenta
minuti) ed, essendo solidi, una volta formati
possono aderire alle particelle di aerosol
sospese nellatmosfera, mentre una piccola parte
di essi rimane in forma libera.
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LA RADIOATTIVITA   La radioattività o
decadimento radioattivo, è un insieme di processi
tramite i quali dei nuclei atomici instabili
(nuclidi) emettono particelle subatomiche per
raggiungere uno stato più stabile.   Ogni atomo è
formato da un nucleo contenente protoni e
neutroni, e da un certo numero di elettroni che
gli orbitano intorno. Essendo tutti carichi
positivamente i protoni tendono a respingersi per
via della forza di Coulomb e, se non ci fossero
altre forze a tenerli uniti, i nuclei non
sarebbero stabili.
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In effetti i nuclei atomici sono tenuti coesi
dalla cosiddetta forza nucleare forte. Questa
forza richiede anche la presenza dei neutroni per
manifestarsi. Quando le forze all'interno del
nucleo non sono bilanciate (ovvero il nucleo è
instabile) questo tende spontaneamente a
raggiungere uno stato stabile attraverso
l'emissione di una o più particelle. Storicamente
(in seguito agli studi di Marie Curie) i
decadimenti nucleari sono stati raggruppati in
tre classi principali  Decadimento alfa
Decadimento beta Decadimento gamma
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Mentre il decadimento alfa ed il decadimento beta
cambiano il numero di protoni nel nucleo e quindi
il numero di elettroni che vi orbitano attorno
(cambiando così la natura chimica dell'atomo
stesso), il decadimento gamma avviene fra stati
eccitati dello stesso nucleo e comporta solo la
perdita di energia.
Le radiazioni alfa, per la loro natura, sono poco
penetranti e possono essere completamente
bloccate da un semplice foglio di carta
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Il potere di penetrazione delle 3 radiazioni
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LA RADIAZIONE ALFA   Il decadimento alfa è uno
dei processi per cui atomi instabili (e dunque
radioattivi) si trasformano in atomi di un altro
elemento, che possono a loro volta essere
radioattivi oppure stabili.  Più precisamente, il
decadimento alfa avviene tramite l'emissione di
una particella, detta appunto particella alfa,
composta da due protoni e due neutroni da parte
dell'isotopo di un elemento con elevato numero
atomico. Perdendo due protoni l'elemento
indietreggia di due posizioni nella tavola
periodica degli elementi. Le ragioni di tale
fenomeno sono da ricercare nella tendenza di
tutti i sistemi fisici a cercare condizioni di
energia più stabile la stabilità dei nuclei
atomici degli elementi transuranici è uno dei
campi di ricerca più attivi della fisica
nucleare.
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Come molti processi quantistici, anche il
decadimento alfa è descritto da regole
statistiche la percentuale di atomi che, in un
certo intervallo di tempo, subisce il
decadimento, è una costante. Per dare un'unità di
misura standard, si indica solitamente il tempo
in cui metà degli atomi di un certo isotopo di un
elemento decadono. Tale periodo prende il nome di
emivita dell'isotopo. Esistono isotopi con
emivita brevissima, poche frazioni di secondo, ed
altri con emivita di migliaia di anni. Un altro
parametro utilizzato è la vita media di un
elemento. Sostanze contenenti isotopi che
decadono con decadimento alfa vengono prodotte
come scorie nella reazione di fissione nucleare,
caratteristica dei reattori a fissione. Nella
maggior parte dei casi, gli isotopi instabili
subiscono decadimenti dei vari tipi in
successione, e pertanto si parla di catena di
decadimento di un isotopo, intendendo la sequenza
di decadimenti che tale atomo percorre. Quasi
tutte le catene di decadimento finiscono con un
isotopo del piombo (che è stabile).
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Le particelle a emesse dai radionuclidi
posseggono una energia che varia da 4 a 9
MeV. Nel caso dellUranio 238 essa è di 4,20 MeV,
inferiore alla soglia di potenziale coulombiano
di 9 MeV. La meccanica quantistica ha una
spiegazione per questo effetto tunnel
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Fondamentale importanza assume la combinazione
tra fumo di tabacco e esposizione al radon. Per i
fumatori il rischio assoluto di un tumore
polmonare causato dal radon viene considerato
15-20 volte superiore rispetto al rischio per i
non fumatori.Le più recenti e accurate stime di
rischio, che prendono in esame le esposizioni
nelle abitazioni e sono basate su un insieme di
13 studi europei su un totale di 7.148 casi di
tumore polmonare e di 14.208 controlli,
confermano e consolidano le valutazioni dei
decenni precedenti. Il rischio in eccesso
rispetto alla non esposizione viene valutato in
circa il 16 per ogni 100 Bq/m3.
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Questo vuol dire allora, che, essendo la
concentrazione media italiana pari a 70 Bq/m3
circa l11 degli oltre 31.000 casi di tumore
polmonare che ogni anno si registrano in Italia
sono attribuibili al radon, e per la grande
maggioranza tra i fumatori. Cifra che rappresenta
circa il 2 di tutti i decessi per ogni tipo di
tumore.
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I dont wanna hear about it!
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Lemanazione del RADON nelle rocce
Solo le particelle D,E,F riescono a fuoriuscire
nello spazio poroso
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Lemanazione di Radon non dipende in maniera
direttamente proporzionale dal contenuto di
Uranio e Radio nelle rocce
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Molecole di tessuto ionizzate
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LA MISURA DEL RADON Nei luoghi di lavoro e nelle
abitazioni, la stima dellesposizione media degli
occupanti viene di regola condotta attraverso
misure integrate protratte per tempi
relativamente lunghi. La misura integrata,
infatti, annulla leffetto delle fluttuazioni,
che si verificano sia nellarco della giornata
che nel corso delle varie stagioni fornendo un
valor medio della concentrazione di radon utile
per la stima della dose, come previsto dal
Decreto Legislativo n.241/00.
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A) La misura del radon nellaria Il monitoraggio
del gas radon in aria viene effettuato
mediante Tecniche di misura istantanea e in
continuo Le misure istantanee ed in continuo
vengono eseguite con strumenti che si basano sul
principio della camera a ionizzazione. Con questi
metodi di misura possono essere individuate le
sorgenti del radon indoor, quali il suolo
sottostante ledificio, i materiali da
costruzione, lacqua.
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Tecniche di misura integrata La misura integrata
nel tempo può essere effettuata con lausilio di
dosimetri passivi a rivelatori di tracce
nucleari, basati sullimpiego di film o polimeri
sensibili alle radiazioni alfa ed insensibili ad
altri tipi di radiazioni. I dosimetri utilizzati
sono del tipo NRPB/SSI in cui il rivelatore è
costituito da policarbonati, come il CR39. Le
caratteristiche dei rivelatori a tracce sono
basso costo, semplicità di utilizzo, robustezza e
risposta indipendente dalle condizioni ambientali
e sono in grado di fornire un valore della
concentrazione media di radon su lunghi periodi,
da alcuni mesi ad un anno. Pertanto, tali
dispositivi sono gli strumenti che meglio
adempiono alle richieste della nuova normativa.
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Il rivelatore passivo a tracce CR-39 é costituito
da un polimero realizzato in lastre di poco
spessore, sensibile alle radiazioni alfa ed
insensibile alle altre radiazioni. La rivelazione
del radon avviene attraverso la registrazione
delle tracce di particelle alfa emesse dal radon
e dai suoi prodotti di decadimento allinterno
della camera a diffusione. I processi chimici in
laboratorio amplificano le tracce
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Misurazioni di Radon in tempi brevi L'elettrete è
un disco di Teflon che mantiene un potenziale
elettrostatico stabile. Quando l'elettrete è
posto in una camera contenente un certo volume di
aria, raccoglie gli ioni prodotti dal decadimento
del Radon e il potenziale elettrostatico si
riduce in modo proporzionale alla radioattività
presente nella camera. Misurando la perdita di
potenziale durante un certo intervallo di tempo e
utilizzando appropriati fattori di calibrazione
si determina la concentrazione media di Radon
nella camera e quindi nell'ambiente
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Il contatore Geiger - Mueller
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