Diapositiva 1 - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Roma

ORDINE DEGLI INGEGNERI DELLA PROVINCIA DI ROMA
Valutazione su scala regionale
dell’impatto ambientale del Radon negli
ambienti antropizzati e naturali
Michele Guida,
Facoltà di Ingegneria
Università di Salerno, INFN e C.U.G.RI.
[email protected]
RADIOACTIVO
Roma, 6 dicembre 2010
ORDINE DEGLI INGEGNERI DELLA PROVINCIA DI ROMA
Parte II:
Aspetti tecnici di rivelazione e di intervento
Roma, 6 dicembre 2010
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Fattori che influenzano l’accumulo di Radon negli ambienti chiusi
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI SALERNO
Facoltà di Ingegneria
 Concentrazione del Radon nel suolo
e nei materiali da costruzione
(composizione)
 Propagazione attraverso il suolo e i
materiali (permeabilità, porosità)
 Fattori climatici e meteorologici
 Convezione (differenza di pressione)
 Tasso di ventilazione dell'ambiente
 Tecnologia dell’attacco a terra
dell’edificio
 Presenza di microlesioni nei
pavimenti e di tubature (acqua, gas)
 Diffusione (differenza di
concentrazione)
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Facoltà di Ingegneria
METODOLOGIA DI INDAGINE RADON INDOOR
 Individuazione degli ambienti:
•
Tempi di permanenza
•
Aspetti tecnico-edilizi
 Numero di misure
• Locali separati di piccole dimensioni (inferiori a 50 m2) : 1 misura per
ciascun locale
• Locali di medie e grandi dimensioni : 1 misura ogni 100 m2
 Tecniche di misura
•
Campionamento a lunga durata ( da 1 mese a 1 anno)
 Periodo di misura
•
•
Misura da effettuare nella stagione fredda
Ambienti ventilati il meno possibile durante il periodo di misura
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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI SALERNO
Facoltà di Ingegneria
Corso di laurea in Ingegneria civile
Misuratore Geiger Gamma Scout
Dose gamma di fondo
Radiazione cosmica
Radiazione terrestre
Radioattività naturale
contenuta nei materiali da
costruzione
Obiettivi della misura:
Misurare la radioattività naturale da fondo gamma, Rγ, da sottrarre
alla concentrazione di Radon misurata con dosimetria passiva ad
elettreti;
Investigare sul contributo dei materiali da costruzione sulla
concentrazione di radiazione gamma indoor.
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Rivelatori di tracce nucleari (film LR-115)
I dosimetri LR-115 sono
costituiti da una piccola cella
di diffusione (circa 1 cm) sui
bordi della quale sono poste
due pellicole di nitrato di
cellulosa (LR-115).
L’esposizione alla radiazione
a del dosimetro provoca il
danneggiamento fisico della
pellicola.
M. Guida, Università di Salerno
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Sviluppo del LR-115
Dopo l’esposizione il film viene sviluppato, cioè trattato con un processo
chimico o elettrochimico, in modo da rendere maggiormente evidenti le
tracce.
La forma delle tracce varia a
seconda dell’angolo di incidenza
delle particelle a
La profondità delle tracce dipende
dall’energia con cui impattano le
particelle a
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IL RADON NEL SUOLO: MISURE DI
CONCENTRAZIONE
La profondita’ ideale e’ infatti come detto di circa 1 metro oltre il piano di
fondazione degli edifici.
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Facoltà di Ingegneria
Corso di Laurea in Ingegneria Civile per l’Ambiente ed il Territorio
Procedura adottata per le misure eseguite con LR-115
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Procedura adottata per le misure eseguite con LR-115
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Corso di Laurea in Ingegneria Civile per l’Ambiente ed il Territorio
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Facoltà di Ingegneria
Corso di laurea in Ingegneria civile
Strumentazione passiva: Sistema E-PERM della Rad Elec
elettrete, disco di Teflon caricato elettrostaticamente;
camera di ionizzazione, camera E-PERM, realizzata
in plastica conduttiva, di volume noto, nella quale viene
inserito l’elettrete ;
lettore SPER, strumento elettronico per la misurazione
del potenziale elettrostatico superficiale dell’elettrete.
Sistema E-PERM della Rad Elec
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Principi di funzionamento
Il radon diffonde insieme all’aria
all’interno della camera di raccolta
di raccolta. Quando un atomo Rn
decade e la particella a emessa
ionizza l’aria contenuta in essa, il
disco di teflon raccoglie gli ioni
prodotti e perde una parte della sua
carica.
La variazione di carica complessiva
del disco dopo l’esposizione ci dice
quanto è stato irraggiato.
Camera di
raccolta
Rn
disco di teflon
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Corso di laurea in Ingegneria civile
Strumentazione passiva : Sistema E-PERM della Rad Elec
COMBINAZIONE CAMERAELETTRETE
Elettreti Short Term (ST) e Long Term (LT)
Camere “S” in posizione “on” ed “off”
TEMPI DI
ESPOSIZIONE
CAMERA “S” + ELETTRETE “ST” (SST)
2 ÷ 7 giorni
CAMERA “S” + ELETTRETE “LT” (SLT)
30 ÷ 90 giorni
CAMERA “L” + ELETTRETE “ST” (LST)
15 ÷ 30 giorni
CAMERA “L” + ELETTRETE “LT” (LLT)
3 ÷ 12 mesi
Camera “H” e camera “L”
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Corso di laurea in Ingegneria civile
Strumentazione passiva : Sistema E-PERM della Rad Elec
Formule di calcolo
 V  m3  
IF 1
CF 

  A B
2  37
 Bq  giorno  
Fattore di calibrazione
(I+F)/2: valore medio di potenziale;
A e B: costanti di calcolo, fornite dalla Rac Elec, per diverse configurazioni camera-elettrete;
1/37: legato al fattore di conversione tra Ci e Bq.
 I F

RnC  Bq 3   
 R C   H
 m   CF  D

Concentrazione di Radon in Bq/m3
D: periodo di esposizione in giorni;
R: rateo di fondo gamma in nGy/h (nano Gray/ora);
C: costante di calcolo funzione del tipo di configurazione specificare meglio chi sia;
H: fattore correttivo per l’altitudine;
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Facoltà di Ingegneria
Procedura adottata per le misure eseguita con il sistema
ELEC E-Perm
Inizio periodo di esposizione
• Calibrazione del voltmetro
• Registrazione del voltaggio iniziale dell’elettrete
•Montaggio del dispositivo camera più elettrete
•Collocazione del sistema elettrete più camera nel punto stabilito
per la misura
• Registrazione dell’ora e della data di inizio esposizione
Termine periodo di esposizione
• rimozione del dispositivo dal punto stabilito per la misura
• verifica di eventuali danneggiamenti o manipolazioni
• registrazione del voltaggio finale dell’elettrete
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Equilibrio secolare
In un ambiente in cui la concentrazione di Rn è stabile
e dove ogni prodotto di decadimento viene rimosso
soltanto dal suo successivo decadimento,
si raggiunge uno stato di equilibrio (equilibrio secolare)
quando tutti i radionuclidi sono presenti con la stessa
attività.
Questo avviene in un tempo molto più lungo (almeno 4-5 volte)
dei T dei figli (in circa 3 ore tra Rn-222 e i figli a breve T)
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I discendenti del Radon-222
• Prodotto dalla famiglia radioattiva dell’ 238U :
• 238U  …  226Ra  222Rn
222
a 218
a 214


a 210
214
214
Rn 

Po 

Pb 
Bi 
Po 

Pb
T1/2=3.82 g T1/2=3.05 min T1/2=26.8 min T1/2=17.9 min T1/2=0.1 msec
T1/2 (Po,Pb,Bi) << T1/2 (Rn)
T1/2 (210Pb) = 22 anni
I “figli” del Rn sono in equilibrio secolare
con il Rn fino al 210Pb
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Facoltà di Ingegneria
Campagna di misure:
Metodi e strumenti di misura utilizzati
Monitoraggio in tempo reale
RAD7
Monitoraggio integrato
Sistema ELEC E-Perm
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•
•
•
•
•
•
•
IL MONITORE RAD7
Il monitore RAD7 è costituito da una cella interna di
capienza di 0.7l emisferica, con un rilevatore a stato
solido al centro
La cella interna è coperta da un materiale
conduttore caricato da un potenziale tra 2-4 Kv
relativa al rilevatore
La progenie di carica positiva, proveniente dal
decadimento del 222Rn o dal 220Rn viene attratta
dal campo elettrico del rilevatore
Quando un atomo delle progenie giunge al rilevatore
e successivamente decade, emette una particella
alfa, e le particelle alfa hanno il 50% di essere
rilevate.
Come risultato si ha un segnale elettrico di ampiezza
proporzionale all’energia della particella alfa
Rad7 poi amplificherà il segnale e lo cataloga per
energie
Lo spettro del RAD7 è una scala delle energie alfa da
0 a 10 MeV, il quale è diviso in 200 canali, ciascuno
di 0,05 MeV di ampiezza
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Lo spettro del RAD7
6.78 MeV Alfa da 216Po
(t1/2 = 0.15 s)
7.69 MeV Alfa da 214Po
8.78 MeV Allfa da
212Po
Le energie alfa associate con al 222Rn e al 220Rn sono del range di 6-9 Mev. I canali
relativi sono raggruppati nelle quattro finestre di energia ( classificate da A-D ).
ELETTRETE
•
•
•
•
•
•
L’elettrete è un disco di teflon
caricato elettricamente
L’apparato strumentale è costituito
da un elettrete stabile montato in
una
camera
inducente
elettricamente
L’elettrete serve sia da sorgente del
campo elettrico sia da sensore
Gli ioni prodotti all’interno della
camera
vengono
raccolti
dall’elettrete
La riduzione in carica dell’elettrete è
legato alla ionizzazione totale
durante il periodo di esposizione
La riduzione di carica prodotta è
misurata da una batteria usata come
lettore dell’elettrete
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Facoltà di Ingegneria
Procedura adottata per le misure eseguita con Rad7
Misura in ambiente chiuso: l’aria entra
direttamente dall’ugello presente sul
cilindro contenente i granuli di
policarbonato.
Per ogni sito e per ogni giornata di misura
si sono ripetuti i seguenti step:
• Misura indoor con protocollo Grab
• Purging di almeno 40 min per pulire lo
• Ciclo iniziale (5 minuti): aspirazione dell’aria
strumento dall’aria acquisita nella misura
• Ciclo intermedio (5 minuti): equilibrio, tra il
effettuata
Polonio-218 e il suo progenitore - Radon-222
• Inizio di un nuovo ciclo di misura
• Quattro cicli (ciascuno 5 minuti): misura
della
concentrazione di Radon nell’aria che ha
Precedentemente aspirato.
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Corso di Laurea in Ingegneria Civile per l’Ambiente ed il Territorio
Metodi e strumenti di misura utilizzati
Monitoraggio integrato
LR-115
Monitoraggio in tempo reale
RAD7
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Corso di laurea in Ingegneria civile
Protocollo di misura
Tipologia di misura
Misure nel suolo;
Misure indoor;
Misure della
radioattività naturale
da fondo gamma nei
locali dell’abitazione
Strumentazione adottata
Rad7
Rad7, Dosimetria
passiva E-Perm della Rad
Elec
Misuratore Geiger
Gamma-Scout
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Corso di Laurea in Ingegneria Civile per l’Ambiente ed il Territorio
Procedura adottata per le misure eseguite con RAD7
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Corso di laurea in Ingegneria civile
Misura nel suolo con strumentazione attiva: Rad7
Lo strumento è stato assemblato;
Si è verificata la percentuale di umidità
presente nello strumento e poichè questa
superava il 7% allora si è passati
all’operazione di purge.
si è infissa la sonda nel punto di misura e
costipata la porzione di terreno che la
circonda;
è posizionato all’ estremità del tubo un
manometro e si è collegata la sonda allo
strumento;
si è avviata la misura selezionando dal
menu dello strumento la funzione start;
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Facoltà di Ingegneria
Corso di laurea in Ingegneria civile
Strumentazione attiva: Durridge RAD7 Radon Detector
Layout di misurazione nel suolo
Durridge RAD7 Radon Detector con sonda
AMS
Spettrometria alfa
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Spettrometria alfa su campioni d’acqua prelevati in alveo o da sorgente:
tecnica di misura con monitore RAD7 + RADH2O, Durridge Co., USA
CAMPIONE DA ANALIZZARE
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•
•
•
•
Setup RAD7 + RADH2O
Il RADH2O è un accessorio del RAD7 che permette la misura del radon in acqua
Il limite più basso delle rilevazione è 0.3 Bq/L
Restituisce un risultato ogni 30 minuti
Il sistema RADH2O è basato su uno schema di areazione a circuito chiuso nel
quale il volume d’aria e il volume d’acqua rimangono costanti.
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SISTEMA RADH2O
Un tubo di essiccante
è posizionato prima
dell’inlet del
contatore. Il suo scopo
è di assorbire l’umidità
La bottiglia campione
è connessa al RAD7
in modalità di circuito
chiuso
La bottiglia campione
ha uno speciale
chiusura a due porte
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AERATORE RADH2O
•
•
•
•
La tecnica consiste nel produrre bolle
d’aria nell’acqua
La pompa d’aria interna al RAD7 circola
l’aria in un rate di scorrimento di
1L/min circa nell’acqua e estraendo
continuamente radon
Il radon proveniente dall’acqua circola
attraverso la colonna di essiccante e poi
attraverso la camera del RAD7, poi
ritorna al campione d’acqua finché non
si stabilisce l’equilibrio tra il radon in
aria e quello in acqua
Dopo che l’equilibrio aria-acqua è stato
raggiunto, la concentrazione di attività
del radon del ciclo d’aria è misurata dal
conteggio delle particelle alfa emesse
dai figli del radon nella camera
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Radon in acqua
•
La concentrazione di Radon in acqua è calcolata dal fattore di distribuzione del
radon tra acqua e aria data da Weigl:
K= 0.105 + 0.405 e -0.502T
•
La concentrazione di attività presente nel campione d’acqua è data da:
CwaterVwater = CairVair + kw CairVwater
Volumi fissati il RAD7 dà direttamente il valore Cwater
•
La concentrazione di attività nell’istante di campionamento è data da:
C0 = C ( t ) e λt
dove λ è la costante di decadimento del radon : λ= 0.1814 d-1
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Acquisizione dati sperimentali sul campo
Bacino del fiume Bussento
Misura di concentrazione di 222Rn in alveo tramite sonda
Prelievo di campioni d’acqua in
alveo o da sorgente
Sonda “Water Probe”
(Durridge Inc. USA)
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Interfaccia Terreno-Edificio
 Disposizione
dell’edificio rispetto al
terreno
 Tecnologia
dell’attacco a terra
dell’edificio
• Attacco a terra con Vespaio
• Contatto diretto tra edificio e
terreno
 Gradiente di temperatura
L’effetto camino
ORDINE DEGLIDEGLI
INGEGNERI STUDI
DELLA PROVINCIA
DI ROMA
UNIVERSITA’
DI SALERNO
Facoltà di Ingegneria
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI
SALERNO
Facoltà di Ingegneria
Risanamento degli edifici
Tecniche di mitigazione
Tecniche
preventive
Tecniche
provvisorie
Tecniche di
rimedio
• Eliminazione dei fattori che generano
• Passive
• Attive
depressione
• Depressurizzazione dell’area sottostante
l’edificio
• Generazione di una sovrappressione
artificiale
• Espulsione mediante ventilazione del
Radon dai piani interrati
• Isolamento
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Facoltà di Ingegneria
Concentrazioni maggiori al
pianterreno dell’edificio
La differenza di pressione tra
l’aria del sottosuolo e quella dei
locali a contatto con il suolo è la
principale causa di ingresso del
Radon.
Tecniche di rimedio
Azioni di tipo attivo
Diluzione del Radon e dei suoi
prodotti di decadimento e
mediante l’uso apparecchiature
meccaniche.
 Depressurizzazione dell’area sottostante l’edificio mediante creazione di
vuoto sanitario
 Depressurizzazione diretta del sottosuolo con pozzo di raccolta
centrale
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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI SALERNO
Facoltà di Ingegneria
Depressurizzazione dell’area sottostante l’edificio mediante creazione
di vuoto sanitario
Intervento poco invasivo e poco costoso.
Consiste nella realizzazione di un nuovo pavimento
sopraelevato con intercapedine in cui si raccoglie l’aria
ricca di Radon.
Il Radon penetra
attraverso il suolo e
si accumula nel vuoto
sanitario.
Con l’inserimento di una
canna d’aspirazione e di
un ventilatore esso può
essere espulso.
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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI SALERNO
Facoltà di Ingegneria
Depressurizzazione dell’area sottostante l’edificio mediante creazione
di vuoto sanitario
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Depressurizzazione diretta del sottosuolo con pozzo di raccolta
centrale
costi limitati, tempi ridotti, abbattimento di Radon indoor dell’ottanta per cento
Realizzazione di un pozzetto di elementi
Costruzione
prefabbricati, o in muratura o in
direttamente in
plastica, al
appoggio sul terreno
quale è collegato un sistema aspirante
che capta l’aria carica di Radon prima
che questa possa entrare nell’edificio.
Pozzetto esterno con tubazioni interne
quattro pozzetti esterni con tubazioni interne ed un pozzetto ubicato al
centro del giardino interno alla costruzione.
 Pozzetti vengono interrati all’esterno
in adiacenza alla muratura perimetrale
della costruzione.
La profondità di alloggiamento del
pozzetto nel terreno è di 80 cm.
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Depressurizzazione diretta del sottosuolo con pozzo di raccolta
centrale
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Facoltà di Ingegneria
Depressurizzazione diretta del sottosuolo con pozzo di raccolta
centrale
Pianta piano terra
pozzetti di raccolta
Pozzetto
Pozzetto
Pozzetto
Pozzetto
Pozzetto