Qualche notizia in più sull`incidente nucleare di Fukushima e le sue

Qualche notizia in più
sull’incidente nucleare di
Fukushima e le sue conseguenze
Stefano De Crescenzo
A.O. Niguarda Ca’ Granda Milano
Alberto Colombo
Liceo Severi Milano
Obiettivi
{
{
{
{
Cosa succede in una centrale
nucleare nelle condizioni di normale
funzionamento
Cosa si pensa possa essere
successo a Fukushima
Quali possono essere le
conseguenze sanitarie di un
incidente come quello di Fukushima
Ci sono conseguenze anche per noi?
La fissione:
Energia nucleare → energia termica
La fissione
{
{
{
Nel processo di
fissione il numero
totale di particelle
si conserva
140 +93 +2 =235
Si perde però
massa che si
trasforma in
grandi quantità di
energia secondo la
legge ΔE=Δmc2
La fissione
{
L'energia complessivamente liberata dalla
fissione di 1 nucleo di 235U è di circa 200
MeV, una quantità elevatissima data dalla
relazione:
E = M U 235 + n c − M P c
2
{
2
In cui
z la prima massa è la massa del nucleo di 235U e del neutrone
incidente
z la seconda massa è la somma delle masse dei nuclei e dei
neutroni prodotti
z c è la velocità della luce nel vuoto
La fissione
{
{
la maggior parte di questa energia (circa
167 MeV) è 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 è meno di cinquanta
milionesimi di quella prodotta nella
reazione nucleare di fissione
I prodotti di fissione
I due prodotti di fissione che si
formano però sono però radioattivi
Cosa significa radioattivi?
{
{
{
Immaginiamo un condominio
in cui ci sono 20 appartamenti
ma 25 famiglie: c’è spazio solo
per 20 famiglie
Le 25 famiglie iniziano a
litigare animatamente fino a
quando 5 decidono di
andarsene
Quando 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 cosa
Il nucleo di un atomo/isotopo radioattivo è
caratterizzato da un numero eccessivo di neutroni
e da un eccesso di energia
Tende pertanto a liberarsi spontaneamente da
questi “eccessi” emettendo particelle e radiazione
elettromagnetica, proprio come accade all’acqua
bollente che spontaneamente tende a raffreddarsi
Quindi al fenomeno della radioattività è
sempre associato una emissione di energia
molto elevata sottoforma di radiazioni
La radioattività (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 più sulla
radioattività: cinetica dei decadimenti
{
definiamo radioattività il numero di
trasformazioni che un insieme di nuclei
instabili subisce per unità di tempo e
quindi
dN
− λt
A(t ) = − λ
⇒ N = N0 × e
dt
{
da questa relazione derivano i concetti
di vita media τ e di T1 = ln 2
2
λ
Una caratteristica importante delle sostanze
radioattive: il tempo di dimezzamento (T½)
{
{
E’ il tempo
impiegato da una
sostanza
radioattiva per
dimezzare la
propria attività
Ad esempio
z 137Cs:
z 131I:
z 18F:
T½ ~ 30 anni
T½ ~ 8 giorni
T½ ~ 2 ore
Cosa vuol dire?
Trascorsi 100 giorni,
qualunque sia l’attività
iniziale:
z di 137Cs
ne rimarrà ~ 99%
z di 131I ne rimarrà ~ 0.02 %
z di 18F non ne rimarrà
praticamente 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
A
Z
N⇒
A−4
Z −2
N +α
Decadimento alfa
{
{
nello schema più
semplice, la particella
alfa viene emessa con
una energia ben
definita legata alla
perdita di massa che
si verifica tra nuclide
padre e nuclide figlio
+α
nella rivelazione di
una particella alfa ci
aspettiamo quindi uno
spettro discreto
A
Z
N⇒
A−4
Z −2
N +α
Decadimento beta
{
{
le particelle beta sono
elettroni caricati
negativamente (e-) o
positivamente (e+)
ci sono 3 tipi di
decadimento beta:
z
z
z
{
β - : n Ö p + e- + ν
β+ : p Ö n + e+ + ν
c.e. : p + e- Ö n + ν + X
nel decadimento beta il
nuclide padre si trasforma
in un nuclide figlio con 1
nucleone in più o in meno
β− :
β+ :
c.e. :
N ⇒ Z +1AN + β − + ν
A
Z
N ⇒ Z −1AN + β + + ν
N + e − ⇒ Z −1AN + ν
A
Z
A
Z
E i “raggi” gamma?
{
{
in tutti i decadimenti c’è 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 più stati eccitati dai quali si porta
sul livello fondamentale emettendo (quasi
contestualmente al decadimento del
padre) uno i più fotoni gamma
L’unità di misura della radioattività
{
Nel Sistema Internazionale (S.I.) la
Radioattività si misura in Bequerel (Bq)
1 Disintegrazione
1Bq =
secondo
{
Precedentemente la Radioattività si
misurava in Curie (Ci)
10
3.7
10
Disintegra zioni
×
10
1 Ci = 3.7 × 10 Bq =
secondo
Come funziona un reattore nucleare in
pillole
{
{
{
{
In un reattore nucleare il
combustibile è contenuto
all’interno 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
fossile
Solo che invece di bruciare
carbone o derivati del
petrolio si “consuma”
uranio
Schema di una centrale elettronucleare
Come funziona un reattore nucleare in
pillole
{
{
{
{
Normalmente non c’è
contatto diretto tra i
prodotti di fissione
(radioattivi), e il vapore
Quando il combustibile
nucleare si “esaurisce” le
barre vengono rimosse e
sostituite
Le barre “esaurite”
vengono sottoposte a un
processo radiochimico di
rigenerazione
E’ soprattutto il processo
di rigenerazione che
produce rifiuti
(radioattivi)
La centrale di Fukushima
http://www.ilsole24ore.com/art/tecnologie/2011-03-15/corsa-controtempo-impedire-140048.shtml
{
{
{
{
La centrale è composta da 8 unità per quasi 5 GW
di potenza
Costruita 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 elettricità.
È di II generazione (la più diffusa attualmente) .
Attualmente esiste anche la III e III+
generazione, in fase di studio una IV
A Fukushima cosa è successo?
{
{
{
Un reattore nucleare può
essere “spento” nel senso
che, con particolari
dispositivi la reazione a
catena può essere fermata
A Fukushima subito dopo il
terremoto, la relazione
nucleare è stata “spenta”
automaticamente dai
dispositivi di sicurezza della
centrale
Anche se la reazione
nucleare è cessata, la
enorme quantità di energia
prodotta dalle sostanze
radioattive continua a
generare una grande
quantità di calore
L’incidente di Fukushima
{
Nonostante lo spegnimento immediato del
reattore, il calore residuo sempre
presente non è stato smaltito portando al
surriscaldamento del reattore 1, con
necessità 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).
L’incidente di Fukushima
{
{
Il permanere delle difficoltà di
raffreddamento ed il conseguente
surriscaldamento provoca di norma la
produzione di idrogeno per scomposizione
termica dell'acqua
Tale rischiosa ma necessaria procedura
nel caso del reattore di Fukushima-Daiichi
1 è successivamente sfociata
nell'esplosione dell'idrogeno che ha
distrutto la struttura di contenimento in
cemento
A Fukushima cosa è successo?
{
{
{
{
La mancanza di energia
elettrica ha quindi causato
un deficit di raffreddamento
e un abbassamento del
livello del refrigerante
La temperatura si è
innalzata oltre il dovuto
Probabilmente qualche
barra di combustibile si è
fessurata
Sono 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
radioattività all’uomo
Cosa succede quando le radiazioni
interagiscono con un tessuto?
{
{
{
Depositano la loro
energia a livello
cellulare
L’energia depositata
può provocare un
danno a livello del
nucleo cellulare
Il danno cellulare può
essere riparato dal
sistema immunitario
ma anche non riparato
dal sistema
immunitario
(cancerogenesi)
Cosa succede quando le radiazioni
interagiscono con un tessuto?
{
{
Ovviamente la
probabilità di
manifestazione del
danno è legata alla
quantità di energia
depositata
Maggiore è la quantità
di energia depositata,
maggiore è la
probabilità del danno
e, in taluni casi,
maggiore è l’intensità
del danno
Le radiazioni ionizzanti sul web
{
{
{
{
{
{
http://it.wikipedia.org/wiki/Radiazioni_ionizzanti
http://it.wikipedia.org/wiki/Sievert
http://www.unscear.org/
http://www.who.int/ionizing_radiation/en/
http://rpop.iaea.org/RPOP/RPoP/Content/Addition
alResources/Publications/index.htm
http://rpop.iaea.org/RPOP/RPoP/Content/Addition
alResources/Training/1_TrainingMaterial/index.ht
m
Relazione sievert - gray
{
{
{
dose di energia assorbita da una
unità di massa: Gray [J/Kg]
la dose equivalente (u.m. sievert)
rende conto degli effetti biologici
della radiazione sull'organismo
I diversi tipi di radiazione a parità di
dose assorbita infatti possono avere
effetti diversi per l'organismo
Gli effetti biologici delle radiazioni
{ La
grandezza che rende conto di quanto
pericolosa è una esposizione alle
radiazioni ionizzanti è quindi il
Sievert (Sv)
legato alla quantità di energia depositata
in un tessuto
{ Di solito viene impiegato utilizzando i
suoi sottomultipli
mSv = 0.001 Sv (10-3 Sv)
µSv = 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 radiazioni
In generale si verifica che più un tessuto
è in rapida moltiplicazione (esempio
capelli, tessuto ematopoietico, midollo…)
più è radiosensibile
Questa particolare evidenza spiega come
mai le radiazioni vengano utilizzate anche
nella cura del cancro
Gli effetti biologici delle radiazioni:
wr
{
{
{
{
La dose equivalente H in
sievert si ottiene
moltiplicando la dose
assorbita D in Gy per un
fattore adimensionale wr
dipendente dal tipo di
radiazione
Per i raggi X, gamma o
beta, wr = 1
per le particelle alfa wr = 20
Per i neutroni 1 Gy wr può
variare da 2.5 a oltre 20 Sv
a seconda dell'energia dei
neutroni
Gli effetti biologici delle radiazioni
{
{
Le dosi superiori a soglie
particolarmente elevate (oltre 1 Sv)
possono portare a effetti che si
manifestano precocemente
Le 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 è esposto alle
radiazioni si trova nella stessa
condizione di un fumatore
è dato certo che il fumo
aumenta la probabilità di
contrarre un cancro al polmone
questo non significa che tutti i
fumatori contraggono un cancro
del polmone, vuole dire che per
loro la probabilità di contrarre
un cancro del polmone è
maggiore rispetto ai non
fumatori ed è tanto maggiore
quante più sigarette al giorno
vengono fumate
E le piccole dosi? Proviamo a spiegarlo
con un esempio
{
{
{
l'esposizione alle radiazioni aumenta
la probabilità di contrarre un cancro
ma questo aumento è però
significativo solo per una importante
esposizione alle radiazioni
non è nemmeno il caso di ipotizzare
che questa condizione si verifichi in
Italia a seguito di ciò che sta
succedendo a Fukushima
Inoltre forse non tutti sanno che …..
l’umanità convive da
sempre con le
radiazioni
Fonte
Raggi cosmici
Radionuclidi presenti in natura prodotti
dalla radiazione cosmica
Radionuclidi primordiali
40
K e irradiazione esterna
Famiglie radioattive (238U e 232Th )
Totale
esposizione
media*
(mSv/anno)
0.355
0.015
0.59
1.42 (**)
≈2.4
Altre possibili fonti di esposizione alle
radiazioni legate alle quotidianità
E a Fukushima?
{
{
{
Si sono trovati a
Tokyo il 15 marzo
Hanno respirato
(poca, per fortuna)
aria contaminata a
seguito
dell’emissione
Rientrati in Italia si
sono presentati al
P.S. di Niguarda
E’ possibile misurare direttamente la radioattività
depositata sulla superficie corpo?
{
{
Sì, il particolato
contaminato può
depositarsi sulle
superfici corporee
ma è possibile
verificare questa
eventualità con un
idoneo strumento
Cosa succede di ciò che viene introdotto
nell’organismo?
{
{
{
Molto di ciò che viene introdotto nell’organismo,
una volta inalato o digerito segue un suo percorso
specifico e viene metabolizzato
Questi fenomeni di “assorbimento” interessano
organi diversi e avvengono con tempi e modi
differenziati a seconda della sostanza interessata
Questi 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 ciò che viene introdotto
nell’organismo?
{
{
{
Il calcio, ad esempio,
interessa soprattutto
le ossa
Il ferro viene
metabolizzato
soprattutto dal fegato
Lo iodio invece, ha un
percorso metabolico
che lo porta
soprattutto ad essere
captato dalla tiroide
E’ possibile misurare direttamente la
radioattività presente all’interno del corpo?
{
{
{
I composti radioattivi
all’interno del corpo si
comportano come i
composti non radioattivi
Ad esempio, lo iodio
radioattivo, ha un
percorso metabolico che
lo porta soprattutto ad
essere captato dalla
tiroide
Lo iodio radioattivo
arrivato nella tiroide
emette radiazioni che
possono essere rilevate
dall’esterno con un
opportuno strumento
Ma è possibile misurare anche indirettamente
la radioattività presente all’interno del corpo
{
{
{
Tutto ciò che entra nel
corpo e non viene
utilizzato oppure non
serve prima o poi esce
Ciò accade soprattutto
attraverso i normali
meccanismi di
escrezione (urinaria e
fecale) dell’organismo
E’ il principio su cui si
basano ad esempio gli
esami antidoping
effettuati sugli atleti
E’ possibile misurare indirettamente la
radioattività presente all’interno del corpo
{
Quindi analizzando con
strumenti idonei gli escreti
è possibile:
z
z
z
{
risalire alle sostanze
radioattive incorporate
calcolare 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 è 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