Emergenza Radiologica

Pericolosità Tecnologiche

Emergenza Radiologica

Preparato da TESEC – European Centre of Technological Safety (Kiev, Ukraine) & the Editorial Board

L’incidente nucleare al reattore di Chernobyl nel 1986 sconvolse il mondo: più di 100.000 persone in Bielorussia, Ucraina e Russia vennero evacuate dall’area contaminata e circa 5 milioni di persone vennero esposte alle radiazioni. In Francia, Germania, Polonia e in altre nazioni europee, vennero rese effettive misure di protezione dalle radiazioni.

L’incidente nucleare di Fukushima del 2011 ha dimostrato che ad ogni reattore nucleare va attribuita una pericolosità nucleare. La percezione pubblica degli incidenti nucleari di Chernobyl e Fukushima ha chiaramente dimostrato la tremenda inefficienza dei sistemi di informazione alle persone riguardo alla pericolosità da radiazioni derivante dal rilascio di radionuclidi.

Come entrambi gli incidenti hanno mostrato, esiste una sola credibile fonte di informazione per la popolazione in caso di emergenza: la loro analisi dell’informazione ricevuta sulla base delle proprie conoscenze di base.

Oggi, in alcuni paesi, più del 50% dell’energia elettrica viene prodotta all’interno di impianti nucleari, materiali radioattivi vengono impiegati in medicina, nell’industria, nei trasporti, in campo militare ed in altri ambiti di attività umana. Siamo esposti alla radiazione naturale dallo spazio e dalla terra (dai graniti, dalle sabbie ricche in torio) o tramite l’ingestione di potassio naturale, radioattivo o l’inalazione di radon radioattivo. L’esposizione alle radiazioni è parte della nostra vita. D’altro canto, i rischi derivanti da incidenti nucleari o radiologici si realizzano quando attraverso l’esposizione alle radiazioni si determina la morte delle persone.

Col termine “emergenza radiologica” ci si riferisce, in genere, ad incidenti nucleari o radiologici in occasione dei quali vengono emessi significativi livelli di radioattività a cui vengono esposti persone ed operai.

La sorgente di radiazione è rappresentata dalle radiazioni ionizzanti – ovvero il flusso di particelle alfa, beta e gamma – che sono, in sostanza, il prodotto del decadimento radioattivo. Quando l’energia delle radiazioni viene assorbita dalla materia, si innescano modificazioni chimiche ai livelli molecolare ed atomico. La quantità di energia radioattiva assorbita per grammo di materia viene chiamata “dose assorbita”. Quando la dose assorbita è molto grande, gli effetti negativi sui tessuti umani possono divenire talmente estesi che il corpo non è più in grado di generare nuovo tessuto. In questo modo, gli effetti divengono visibili e possono mostrare somiglianze con quelli prodotti dalle bruciature, anche se hanno una capacità di penetrazione maggiore e durano più a lungo nel tempo. Se si viene esposti a livelli estremamente alti di radiazione, la morte può sopravvenire nel giro di poche ore, giorni o settimane.

Gli esseri umani sono esposti soprattutto alle radiazioni naturali provenienti dal sole, dai raggi cosmici e da elementi radioattivi naturali che sono presenti nelle rocce, nel cibo e nell’ambiente. Il radon, che proviene dal terreno, è un’altra importante sorgente di radiazioni naturali. I raggi cosmici sono composti da protoni energetici, elettroni, raggi gamma e raggi x. I principali elementi radioattivi che si trovano nella crosta terrestre sono l’uranio, il torio, il potassio ed i loro isotopi radioattivi. Questi elementi emettono particelle beta ed alfa o raggi gamma.

Le quantità di radiazioni, legate alla presenza di industrie nucleari e di sorgenti radioattive di origine antropica, a cui la popolazione è esposta, rappresenta l’1% della quantità di radiazioni di origine naturale. Ma la situazione è ovviamente diversa qualora si verifichino incidenti nucleari o radiologici, in cui le persone possono venire esposte a quantitativi di radiazione in grado di causarne la morte.

Concetti basilari sulla radioattività. Tutti i materiali sono composti da atomi. Un atomo è costituito da un nucleo caricato positivamente e da elettroni caricati negativamente, che lo racchiudono. Un nucleo atomico è costituito da protoni e neutroni carichi positivamente, privi di carica. La carica del nucleo è uguale al numero di protoni nel nucleo.

Le proprietà chimiche degli atomi dipendono solo dal numero di elettroni, è uguale al numero di protoni nel nucleo. Ci sono atomi con le stesse proprietà chimiche, ma diverso numero di neutroni nel nucleo. Di conseguenza, hanno proprietà fisiche diverse. Alcuni di questi atomi potrebbero essere instabili o radioattivi.

La radioattività è la capacità di alcuni nuclei di trasformarsi spontaneamente in un altro nucleo o nello stesso nucleo con meno energia. L’energia extra viene rilasciata emettendo particelle alfa, beta o gamma (in casi speciali possono essere rilasciati neutroni o altre particelle).

 Gli atomi con le stesse proprietà chimiche e un diverso numero di neutroni nel nucleo sono chiamati isotopi o nuclidi. Gli isotopi radioattivi sono chiamati radionuclidi. Ad esempio, ci sono tre isotopi principali dell’idrogeno. L’isotopo della luce ha un nucleo con un solo protone ed è stabile; quindi il suo numero di massa atomica è A=1 e il suo simbolo è 1H. Il deuterio è un altro isotopo dell’idrogeno; ha un nucleo, che consiste di un protone e un neutrone, ed è anche stabile. Il suo numero di massa atomica è A=2 e il suo simbolo è 2H. Ma l’isotopo dell’idrogeno, che ha un nucleo costituito da un protone e due neutroni, è instabile. Il suo simbolo è 3H e il suo nome è trizio. L’isotopo stabile dello iodio è 127I; l’isotopo 131I (o iodio – 131) è radioattivo. Entrambi gli isotopi hanno le stesse proprietà chimiche. Gli elementi chimici in natura sono in alcuni casi la miscela di isotopi stabili e longevi, ad esempio il potassio normale, che si trova nei minerali e negli alimenti, è una miscela di isotopi stabili 39K e 41K e isotopi longevi 40K.

Se un isotopo è radioattivo, qual è l’unità di radioattività? Un decadimento al secondo è un’unità di radioattività chiamata becquerel (simbolo Bq). La vecchia unità curie (Ci) è pari a 3,7×1010 Bq. Differenti isotopi radioattivi (radionuclidi) hanno differenti velocità di decadimento. Il tasso di decadimento è caratterizzato da un’emivita, che è il periodo di tempo in cui la metà di tutti i radionuclidi decadrà, trasformandosi in altri atomi. All’interno dell’emivita, la radioattività si riduce due volte, dopo 2 emivite 4 volte, dopo 3 a 8 volte, ecc. I radionuclidi a vita breve hanno una radioattività maggiore rispetto alle stesse quantità di radionuclidi a vita lunga. Ad esempio, 131I ha un’emivita di 8,02 giorni e il cesio-137 (137Cs) ha un’emivita di 30,07 anni, quindi 131I ha una radioattività 1370 volte superiore a 137Cs.

L’energia nucleare potrebbe essere rilasciata non solo come risultato del decadimento radioattivo, ma anche da una reazione nucleare, che si verifica quando alcuni nuclei interagiscono con altri e creano nuovi nuclei, e potrebbe generare energia. Il Sole e le altre stelle brillano a causa delle reazioni nucleari. Tutti i reattori nucleari esistenti producono energia mediante una reazione a catena di fissione nucleare, che, sfortunatamente, produce scorie radioattive molto elevate, la principale fonte di rischio radiologico. In teoria è possibile creare reazioni nucleari, che produrranno energia senza scorie radioattive, ma per ora nessuno sa come farlo. Questo è un buon argomento per la ricerca futura.

Gli incidenti nucleari hanno origine da dispositivi che utilizzano una reazione nucleare a catena, controllata, per differenti scopi. Per esempio, un reattore nucleare contiene combustibile nucleare che, attraverso una reazione a catena autosufficiente e controllata, produce calore, fa muove turbine e produce elettricità. Data l’energia coinvolta nel processo, il potenziale di dispersione nell’ambiente di grandi quantità di materiale radioattivo è molto alto. Tale dispersione viene definita come “incidente nucleare” e produce una “emergenza radiologica”. Solitamente, gli incidenti nucleari in cui materiali radioattivi vengono dispersi nell’ambiente sono molto rari, ma hanno un potenziale molto alto di dispersione di elementi radioattivi su larga scala.

Gli incidenti radiologici possono essere causati dalla dispersione di radiazioni contenute in una sorgente, da incidenti che coinvolgano mezzi di trasporto di materiali radioattivi, dal cattivo funzionamento delle strumentazioni e da errori commessi durante operazioni di gestione delle sorgenti radioattive. Se vi è il rischio di esposizione da parte dell’uomo, allora si parla di emergenza radiologica.

Le sorgenti radioattive, spesso dette “sorgenti sigillate”, sono solitamente costituite da piccoli contenitori metallici al cui interno viene sigillata una piccola quantità di materiale radioattivo.

Reattore nucleare e incidente nucleare. I reattori nucleari sono la più alta fonte di radiazioni e la più alta fonte di rischio radiologico. Ad oggi, il modo principale per la produzione di energia nucleare è una reazione a catena di fissione nucleare. I nuclei pesanti come l’uranio-235 (235U) si scindono in altri due nuclei leggeri e alcuni neutroni. Gli eccessi di energia nucleare si trasferiscono infine all’energia termica e quindi all’elettricità. Il problema principale è la sicurezza. I nuclei prodotti nella fissione sono radioattivi.                  

Fig. 2.1. Fissione nucleare

Oggi circa il 16% di tutta l’elettricità nel mondo viene prodotta in questo modo. Ci sono circa 300.000 tonnellate di combustibile esaurito ad alta radioattività in deposito. La quantità di combustibile esaurito aumenta di circa 12.000 tonnellate all’anno.

In una centrale nucleare, la fonte di calore è il nocciolo del reattore. Una fonte di calore fornisce calore per generare vapore. Un generatore a turbina utilizza l’energia del vapore per far girare una turbina che genera elettricità (vedi Schema del reattore, Allegati). La pompa fornisce la forza per far circolare l’acqua attraverso il reattore e altri sistemi.

Il combustibile nucleare tipicamente utilizzato è sotto forma di biossido di uranio (UO2). Il biossido di uranio è fabbricato in pellet di combustibile cilindrici. Questi pellet sono impilati da un capo all’altro per formare una barra di combustibile che è racchiusa nel rivestimento del combustibile.          

Fig.2.2 The nuclear fuel
Fig. 2.2. Combustibile nucleare

Ogni reattore contiene un’enorme quantità di radionuclidi. Se fossero distribuiti a tutti nel mondo, le persone avrebbero un’esposizione significativa.

L’attività principale nei reattori proviene dai prodotti di fissione, che hanno diverse proprietà chimiche: gas come lo xeno-133 (133Xe), elementi volatili come lo iodio-131 (131I) o il cesio-137 (137C), o materiali solidi come lo stronzio-90 ( 90Sr) o isotopi del plutonio. La tabella 2 (Allegati) presenta la composizione dei più importanti radionuclidi radiologici nel nucleo del reattore nucleare dell’Unità 4 di Chernobyl prima dell’esplosione e nello scoppio al momento dell’incidente.

 Il problema principale per il funzionamento sicuro del reattore è bloccare il possibile rilascio di radionuclidi nell’ambiente. Quattro barriere impediscono il rilascio nell’ambiente di prodotti di fissione radioattiva dal nocciolo del reattore: pellet di combustibile, rivestimento del combustibile, recipiente del reattore ed edificio di contenimento. Le barre di combustibile intrappolano il 99% di tutti i prodotti di fissione nei pellet di combustibile e il restante 1% nel rivestimento del combustibile. Se il nucleo non è sufficientemente coperto d’acqua per fornire il raffreddamento, potrebbe surriscaldarsi e causare un guasto nel rivestimento del carburante e quindi una fusione del carburante. Anche se il rivestimento del carburante dovesse guastarsi, altri due vincoli impediscono il rilascio nell’atmosfera. Il nocciolo del reattore si trova all’interno di un reattore (per i principali tipi di reattori), che ha pareti di acciaio spesse circa 30 centimetri. L’edificio di contenimento è l’ultima barriera tra i prodotti radioattivi e l’ambiente (non tutti i tipi di reattori hanno un edificio di contenimento e hanno meno barriere di sicurezza). È realizzato in cemento armato ad alta densità fino a due metri di spessore. L’edificio di contenimento è costruito per resistere a gravi incidenti e rischi naturali e tecnologici (come l’incidente aereo). Anche se le prime tre barriere sono danneggiate, l’edificio di contenimento dovrebbe impedire qualsiasi rilascio significativo di prodotti di fissione nell’ambiente.

 La dose media di esposizione dovuta a tutta l’industria nucleare e alle sorgenti radioattive artificiali è di circa l’1% dalle dosi dovute alle radiazioni naturali, ma non è il caso di incidenti nucleari o radiologici.

 Gli incidenti nucleari o radiologici si riferiscono generalmente a eventi che comportano il rilascio di una quantità significativa di radioattività dal reattore (impianto), l’esposizione dei lavoratori e/o del pubblico in generale alle radiazioni.

 Gli incidenti radiologici sono provocati dalla perdita di sorgenti di radiazioni, incidenti durante il trasporto di sorgenti o materiali radioattivi, apparecchiature o errori umani nel funzionamento delle sorgenti di radiazioni. Le sorgenti, spesso chiamate “sorgenti sigillate”, sono solitamente piccoli contenitori di metallo in cui è sigillata una piccola quantità di materiale radioattivo. Gli incidenti da fonte persa sono quelli in cui una fonte radioattiva viene persa, rubata o abbandonata. Un popolo trovando queste fonti e non sapendo cosa sono, le conserva o addirittura le apre e subisce gravi esposizioni.

 I reattori nucleari sono le più potenti fonti di radiazioni e incidenti nucleari. Se le barriere che impediscono il rilascio di radioattività dal nocciolo del reattore sono danneggiate, i primi gas radioattivi e 131I o 137C volatili verranno rilasciati nell’ambiente. Uno dei tipi più gravi di incidente è un incidente di fusione del nucleo. Un incidente di fusione del nucleo si verifica quando il calore generato da un reattore nucleare supera il calore rimosso dai sistemi di raffreddamento al punto in cui almeno una sbarra di combustibile nucleare supera il suo punto di fusione. Un incidente di fusione del nocciolo può verificarsi anche dopo lo spegnimento di un reattore perché il combustibile continua a produrre calore dal decadimento dei radionuclidi. Quando un reattore nucleare è stato spento e la fissione nucleare a catena non si verifica, esiste ancora una fonte di produzione di calore molto elevata a causa del decadimento radioattivo dei frammenti di fissione. Al momento dell’arresto del reattore, il calore di decadimento sarà circa il 6,5% della potenza totale del nucleo se il reattore ha avuto una storia di alimentazione lunga e costante. Circa 1 ora dopo lo spegnimento, il calore di decadimento sarà circa l’1,5% della precedente potenza del nucleo. Dopo un giorno, il calore di decadimento scende allo 0,4% e dopo una settimana sarà solo dello 0,2%. Il tasso di produzione del calore di decadimento continuerà a diminuire lentamente nel tempo; la curva di decadimento dipende dalle proporzioni dei vari prodotti di fissione nel nucleo e dalle rispettive mezze-vite.

 Il riscaldamento dei pellet di combustibile può comportare la perdita di alcuni dei prodotti di fissione dal pellet. Se lo xeno e lo iodio radioattivi lasciano rapidamente il pellet, la quantità di 134C e 137C, che è presente nello spazio tra il rivestimento e il combustibile, aumenterà. Se i tubi di zircaloy (gruppo di leghe metalliche in cui è presente zirconio associato ad altri metalli) che trattengono i pellet vengono rotti, si verificherà un maggiore rilascio di gas radioattivi, iodio e cesio dal combustibile.

Il potenziale pericolo di un incidente in un reattore nucleare è dovuto all’esposizione alle radiazioni. Questa esposizione potrebbe derivare dal rilascio di materiale radioattivo dal reattore nell’atmosfera, solitamente caratterizzato da una formazione di pennacchi (a forma di nuvola). La dimensione dell’area interessata è determinata dalla quantità e dalle proprietà del materiale radioattivo rilasciato dal reattore, dalla direzione e velocità del vento e dalle condizioni meteorologiche (come pioggia o neve), che porterebbero rapidamente il materiale radioattivo a terra, causando un aumento deposizione dei radionuclidi. Una contaminazione significativa potrebbe interessare aree fino a 30 chilometri dal luogo dell’incidente.

 La dose di radiazioni ricevuta dal pubblico durante i primi giorni di un incidente al reattore nucleare proviene principalmente da cinque fonti:

1) radiazione gamma esterna dalla nuvola radioattiva o pennacchio, chiamata lucentezza delle nuvole;

2) radiazione gamma esterna da materiale radioattivo depositato sul suolo, chiamato “ground shine”;

3) radiazioni beta e gamma esterne da materiale radioattivo depositato sulla pelle e sui vestiti, edifici e alberi;

4) esposizione interna per inalazione di materiale radioattivo nel pennacchio;

5) esposizione interna da mangiare e bere acqua e cibo contaminati.

 Durante un rilascio di radiazioni, la dose di esposizione dovuta alla lucentezza delle nuvole, alla lucentezza del suolo, alla contaminazione della pelle e degli indumenti e all’inalazione di materiale radioattivo sono le più pericolose. Dopo che il pennacchio è passato, la dose di lucentezza del suolo e il consumo di cibo e latte contaminati diventano più pericolosi. Le dosi da esposizione esterna e inalazione possono essere prevenute o ridotte da quelle che vengono definite misure protettive urgenti.

 

Si tratta di misure protettive che devono essere attuate urgentemente o immediatamente e includono riparo, evacuazione e somministrazione orale di iodio a protezione della tiroide. Le dosi da ingestione possono essere ridotte limitando il consumo immediato di cibo prodotto localmente.

I reattori nucleari (civili, militari o per scopi di ricerca) rappresentano la fonte principale di radiazioni. La radioattività del nocciolo di un reattore nucleare è milioni di volte superiore a quella di qualsiasi altra sorgente antropica di radiazioni. Sebbene la costruzione e la gestione degli impianti nucleari siano attentamente monitorate e regolamentate, un incidente, benché raro, può verificarsi. Il potenziale pericolo derivante da un incidente ad un reattore nucleare è costituito dall’esposizione alle radiazioni. Questa esposizione deriva dalla dispersione nell’ambiente di materiale radioattivo contenuto nel reattore, solitamente caratterizzata dalla formazione di un pennacchio (a forma di nuvola). L’estensione dell’area coinvolta dipende dalla quantità di materiale radioattivo disperso, dalla direzione e velocità del vento e dalle condizioni del tempo (pioggia, neve ecc.), che possono velocemente depositare il materiale radioattivo al suolo, determinando un incremento nella deposizione di radionuclidi. Contaminazioni significative possono interessare aree distanti anche più di 30 km dal luogo dell’incidente.

Gli incidenti radiologici si possono verificare qualunque volta materiali radioattivi vengano utilizzati, trasportati o stoccati. Oltre agli impianti nucleari, anche gli ospedali, le università, i laboratori di ricerca, le industrie, le grandi autostrade, le ferrovie ed i porti possono divenire il luogo di un incidente radiologico. Sorgenti radioattive vengono frequentemente utilizzate in misuratori industriali (ad esempio misuratori di umidità e densità). Se questi misuratori od altri strumenti contenenti radiazioni vengono impropriamente scartati come rifiuti o riciclati come metalli di scarto, la sorgente radioattiva sigillata può essere rilasciata, esponendo le persone alla contaminazione. Questi rifiuti rappresentano i contaminanti radioattivi più frequenti nei carichi ricevuti dalle strutture che gestiscono lo smaltimento dei metalli di scarto. Se un mulino di acciaio ospita la fusione di una sorgente radioattiva, la contaminazione coinvolge l’intera struttura metallica, l’attrezzatura di lavoro e la struttura che lo contiene; infine, espone alle radiazioni gli operai o gli utenti.

Si sono verificati anche incidenti in cui persone hanno trovato sorgenti di radiazioni e, non sapendo cosa fossero, le hanno conservate o persino aperte, venendo poi seriamente esposte a radiazioni. Alcuni satelliti utilizzano materiali radioattivi come sorgente di energia durante lunghi voli spaziali. Durante il lancio od il rientro di satelliti, è possibile che si verifichi un incidente da cui può materiale radioattivo può venire disperso.

Le radiazioni vengono utilizzate in medicina, nelle attività militari e nell’industria. I principali utilizzatori di radiazioni antropiche includono:

  • reattori nucleari e le relative strutture di supporto quali impianti di lavorazione dei carburanti;
  • strutture mediche quali ospedali e le aziende farmaceutiche;
  • istituti di ricerca e di istruzione;
  • strutture coinvolte nella produzione di armi nucleari.

Più di 400 reattori nucleari sono attivi nel mondo. A tal proposito si veda: https://cnpp.iaea.org/pages/index.htm.

Il 26 aprile del 1986, il peggiore incidente della storia dell’industria nucleare avvenne presso l’Unità 4 della centrale nucleare di Chernobyl, nella ex Repubblica Ucraina dell’Unione Sovietica, vicino ai confini con la Bielorussia, la Federazione Russa e l’Ucraina.

Abbondanti rilasci di radionuclidi dal reattore di Chernobyl continuarono per decine di giorni dopo l’esplosione del 26 aprile. Tra questi, gas radioattivi, aerosol condensati e particelle di combustibili. L’ammontare complessivo di materiali radioattivi emessi fu di circa 14×1018 Bq.

Più di 200.000 chilometri quadrati di territorio europeo vennero contaminati con livelli di 137Cs superiori a 37 kBq/m2. Gran parte di questo territorio era compreso all’interno dei tre paesi più esposti: Bielorussia, Russia e Ucraina.

Più di 100.000 persone, in Bielorussia, Ucraina e Russia, vennero evacuate dall’area contaminata e circa 5 milioni di persone furono esposte alle radiazioni. In Francia, Germania e Polonia, ed in altri paesi europei, vennero adottate misure di protezione dalle radiazioni.

Sindromi acute da esposizione alle radiazioni (ARS) vennero diagnosticate a 134 operai coinvolti nelle operazioni di emergenza, con esposizioni variabili da 1 a 16 Gy sull’intero corpo. Ventotto persone morirono nel giro di 3 mesi dall’esposizione. Il maggiore effetto negativo sulla salute è il tumore alla tiroide per cloro che sono stati esposti al 131I in giovane età, come confermato da diversi studi nazionali ed internazionali. A distanza di venticinque anni dall’incidente, sono stati diagnosticati circa 6.000 casi di tumore alla tiroide nelle persone esposte alle radiazioni in età comprese tra 0 e 18 anni, in Bielorussia, Russia ed Ucraina. Per ulteriori informazioni sulle pericolosità radiologiche si veda: http://tesec-int.org/BookletNHen2013.pdf.

Gli incidenti nucleari di Fukushima-1 (Dai-ichi) furono rappresentati da una serie di guasti negli impianti e dal rilascio di materiali radioattivi presso l’impianto nucleare Fukushima-1, a seguito del terremoto di magnitudo 9.0 e dal seguente maremoto dell’11 marzo 2011. L’impianto nucleare venne sommerso dall’onda di maremoto. Da subito apparve evidente la parziale fusione del nocciolo in corrispondenza dei reattori 1, 2 e 3; esplosioni di idrogeno distrussero il rivestimento superiore degli edifici che ospitavano i reattori 1, 3 e 4; un’esplosione danneggiò la struttura di contenimento all’interno del reattore 2; nel reattore 4 si svilupparono incendi multipli. Sebbene i reattori 5 e 6 vennero da subito spenti, iniziarono comunque a surriscaldarsi. Dal momento che i livelli dell’acqua di raffreddamento cominciarono a diminuire, le stecche di combustibile nucleare presenti all’interno delle vasche di raffreddamento iniziarono a surriscaldarsi. La quantità complessiva di radiazioni emesse dai reattori di Fukushima-1 venne stimata in 0.16 EBq per il 131I e di 0.015 EBq per il 137Cs.

Circa 7.800 operai coinvolti nelle operazioni di emergenza vennero esposti a circa 7.7 mSv, in media. Trenta persone vennero esposte a dosi superiori a 100 mSv. Si sospetta che tre operai abbiano ricevuto ustioni da radiazioni ai piedi ed alle gambe, a causa dell’incidentale contatto con acqua altamente contaminata presente nel piano interrato di una turbina.

Per evitare la potenziale esposizione delle persone alle radiazioni, le autorità giapponesi decisero l’evacuazione delle persone dapprima presenti nel raggio di 3 km dall’impianto, poi di quelle presenti nel raggio di 10 km, poi quelle nel raggio di 20 km; a quelle comprese tra 20 e 30 km venne chiesto di trovare riparo e di attendere l’eventuale ordine di evacuazione. Dal momento dell’incidente, più di 70.000 vennero evacuate.

Il peggiore incidente commerciale degli Stati Uniti ebbe luogo presso la centrale nucleare di Three Mile Island nel 1979. A seguito del cattivo funzionamento degli impianti e di errori umani, una valvola rimasta aperta permise all’acqua di raffreddamento del nocciolo di fuoriuscire dal reattore per più di due ore. Quest’acqua radioattiva, circa 3,7 milioni di litri, raggiunse i piani interrati dell’edificio di contenimento e degli edifici ausiliari. La fuoriuscita di acqua di raffreddamento dal reattore continuò fino a far emergere il combustibile nucleare. Senza il raffreddamento garantito dall’acqua, il rivestimento ed alcuni frammenti di combustibile vennero fusi. Grandi quantità di materiale radioattivo vennero rilasciate all’interno della struttura di contenimento.

Gli incidenti radiologici possono essere causati dalla dispersione di radiazioni contenute in una sorgente, da incidenti che coinvolgano mezzi di trasporto di materiali radioattivi, dal cattivo funzionamento delle strumentazioni e da errori commessi durante operazioni svolte su sorgenti radioattive. Uno dei più gravi incidenti radiologici avvenne nel settembre 1987, in Goiania, Brasile. Un’unità radioterapica venne abbandonata in una clinica in demolizione. L’unità possedeva un sorgente radioattiva composta da 5×1013 Bq di 137Cs, sigillata all’interno di due contenitori di acciaio inossidabile nascosti, che costituivano una capsula di 5 cm di diametro. Due persone ruppero l’unità estraendone la sorgente, la trasportarono a casa e l’aprirono. Il 21 di settembre il materiale che componeva la sorgente radioattiva venne rimosso e distribuito a diverse persone, alcune delle quali lo cosparsero sulla loro pelle. Circa 112.800 persone vennero esaminate, di cui 129 vennero trovate contaminate e 9 morirono.

Le principali conseguenze negative di un incidente nucleare o radiologico sono le seguenti:

  • Conseguenze per la salute: effetti deterministici o stocastici
  • Psicologiche
  • Ambientali
  • Economiche e sociali.

Conseguenze per la salute.

Esistono due tipi principali di effetti fisici sulla salute derivanti dall’esposizione alle radiazioni:

  • Effetti deterministici
    Questi effetti si manifestano in tempi relativamente brevi (in alcuni giorni o settimane), dopo essere stati esposti ad una massiccia dose di radiazioni. Nella maggior parte dei casi, una esposizione tale può causare sia effetti immediati che dilazionati nel tempo. Per gli esseri umani e per gli animali, una esposizione acuta può determinare l’insorgere di un’acuta malattia da radiazione (ARS), che si manifesta attraverso disordini gastrointestinali, infezioni batteriche, emorragie, anemia ed altro. Gli effetti immediati sono piuttosto repentini (giorni o settimane dall’esposizione). Fondamentalmente, il danno ai tessuti è talmente grave da non permettere al corpo di generare nuovo tessuto; per questo gli effetti divengono visibili, molto simili a quelli causati da una bruciatura, ma solitamente più profondi e persistenti. Gli effetti deterministici possono anche apparire localizzati, a seconda di quali parti del corpo sono state esposte e del livello di penetrazione della radiazione. Livelli estremi di esposizione acuta possono portare alla morte nel giro di poche ore, giorni o settimane. Effetti biologici ritardati possono essere rappresentati da cataratta, sterilità temporanea, cancro ed effetti genetici.
  • Effetti stocastici
    Il secondo tipo di effetto viene chiamato effetto stocastico, come, ad esempio, il cancro o effetti ereditari nei figli. Questi effetti possono comparire molto tempo dopo l’esposizione (diversi anni o decenni). Le radiazioni possono causare danni non visibili alle cellule del corpo, ma in grado di cambiarne le funzioni. Tali modifiche funzionali potrebbero manifestarsi dopo molto tempo, come per il cancro, ma senza alcun tipo di certezza. Nel caso degli effetti stocastici, la probabilità che un effetto si manifesti aumenta all’aumentare della dose di radiazione a cui si viene esposti. Pertanto, con dosi basse vi è una probabilità molto bassa di sviluppare il cancro; probabilità che invece aumenta all’aumentare della dose. In ogni caso, non esiste una dose “sicura”, od una soglia di dose al di sotto della quale il cancro non può svilupparsi. Inoltre, sembra che sia l’effetto cumulato delle dosi a favorire maggiormente l’insorgenza di neoplasie, non la velocità con cui si riamane esposti (almeno non in modo evidente). Gli incidenti nucleari e radiologici non hanno soltanto conseguenze fisiche dirette sulle persone: gli effetti psicologici accompagnano sempre un incidente nucleare o radiologico, al di là del fatto che le persone siano rimaste o meno esposte a radiazioni significative. Alcune misure di protezione intraprese durante il disastro di Chernobyl per ridurre i rischi alla salute, tra cui la delocalizzazione ed il reinsediamento, in alcuni casi hanno prodotto più danni che benefici, a causa dei danni psicologici derivanti dallo stress e dall’ansia.

Effetti ambientali

Si possono verificare quando il suolo, l’acqua e l’aria vengono contaminate da materiali radioattivi. Solitamente, le radiazioni non producono effetti sugli ecosistemi fintanto che i livelli non sono alti, sebbene possano danneggiare la singola pianta od il singolo animale. Più problematici sono gli impatti sull’ambiente derivanti dalle contromisure adottate per proteggere l’uomo. Inoltre, quando l’ambiente viene contaminato da sostanze radioattive, anche se i livelli sono molto bassi, permane un senso di preoccupazione nella popolazione che continua a vivere in prossimità dei luoghi contaminati. Infine, processi naturali quali il vento e i fiumi possono veicolare il materiale radioattivo da un luogo all’altro, aumentando oltre modo la preoccupazione delle persone.

Effetti economici e sociali

Qualsiasi contromisura intrapresa per proteggere la vita e l’ambiente ha dei costi, sia diretti (il costo della singola contromisura) che indiretti (le perdite economiche derivanti da attività produttive compromesse), poiché è infine evidente che le conseguenze di un incidente radiologico sono spesso maggiori delle sole conseguenze sulla salute umana.

Per prevenire e mitigare gli incidenti nucleari o radiologici si devono utilizzare tutti i mezzi possibili. Le più gravi conseguenze derivano da una perdita di controllo sul nocciolo del reattore nucleare, sul processo di reazione a catena, su una sorgente radioattiva o su altre sorgenti di radiazioni. Di conseguenza, per far sì che un incidente radiologico con conseguenze negative abbia una bassa probabilità di verificarsi, devono essere intraprese determinate misure:

  • Prevenire il verificarsi di collassi o condizioni anomale (comprese le violazioni della sicurezza) che possano causare una tale perdita di controllo;
  • Prevenire l’accelerazione di ogni possibile collasso o condizione anomala;
  • Prevenire la perdita, o la perdita di controllo, di una sorgente radioattiva o di una qualsiasi altra sorgente di radiazioni.

La preparazione, la reazione ed il soccorso sono i principali strumenti per ridurre al minimo le conseguenze di un’emergenza radiologica. I principali obiettivi nella preparazione e nella reazione ad un’emergenza radiologica sono:

  • Assicurarsi che, per incidenti ragionevolmente prevedibili, i rischi dovuti alle radiazioni siano bassi;
  • Per ogni incidente, intraprendere misure pratiche per mitigare qualsiasi conseguenza per la vita umana e per l’ambiente.

I proprietari, gli impiegati, il nucleo di vigilanza nucleare ed i settori governativi specifici devono stabilire, in anticipo, le disposizioni che regolano le azioni di preparazione e reazione in caso di emergenza nucleare, a scala locale, regionale e nazionale e, laddove vi sia accordo fra gli stati, a livello internazionale.

Il soccorso è solitamente un processo graduale: la sicurezza è una questione di primaria importanza, così come la salute mentale e fisica.

Molto si è imparato dall’esperienza di Chernobyl nell’ambito della gestione post-crisi e della riabilitazione:

  • La ripresa socio-economica è il problema più significativo delle regioni esposte alla catastrofe di Chernobyl.
  • La mancanza di informazioni affidabili ha prodotto, in generale, una mancanza di fiducia verso le autorità e, in particolare, verso le dichiarazioni ufficiali sui livelli di radiazione.
  • La cattiva comunicazione del rischio ha fortemente ritardato il processo di ripresa.

La fiducia verso gli organi di informazione rimane un elemento importante per la riabilitazione dei territori e per garantire protezione alla popolazione esposta alle radiazioni.

Le evacuazioni ed i reinsediamenti, che hanno coinvolto più di un centinaio di migliaia di persone, hanno causato stress psicologici, sebbene fossero giustificabili per ragioni di sicurezza. Ciò che non può essere giustificato è stato il reinsediamento di persone da aree con bassi livelli di contaminazione. Questa esperienza deve esserci di insegnamento per rispondere ad ogni altro incidente futuro, nucleare od altro.

L’ansia riguardo alle conseguenze sulla salute dell’esposizione alle radiazioni non è diminuita nel tempo. In aree contaminate, alcuni abitanti sono in uno stato di impotenza, di passività e non sono capaci di prendere decisioni per il loro futuro. E’ necessario considerare approcci innovativi per convincere le popolazioni colpite a cercare di migliorare la propria condizione di vita nei territori contaminati. Occorre fornire informazioni a determinati gruppi di persone, che possano utilizzarle per portare utili consigli alle popolazioni colpite, utilizzando un approccio integrato verso uno stile di vita sano, non solo in relazione ai pericoli da

Le radiazioni ionizzanti sulle persone colpiscono le persone trasferendo ai tessuti del corpo energia che può causare danni alle cellule o la loro morte. In alcuni casi gli effetti possono essere nulli. In altri casi, le cellule possono sopravvivere, ma assumere forme anormali, sia in modo temporaneo che permanente, oppure trasformarsi in cellule maligne. Grandi dosi di radiazioni possono causare danni cellulari molto estesi e condurre alla morte. Con dosi più basse, la persona o gli organi colpiti possono sopravvivere, ma le cellule risultano danneggiate, innalzando le possibilità di insorgenza di neoplasie. L’estensione del danno dipende dalla quantità complessiva di energia assorbita dai tessuti del corpo (dose assorbita), dal tempo e dalla velocità di esposizione e dal particolare organo colpito.

Gli effetti causati dall’esposizione a basse o moderate dosi di radiazioni possono non essere evidenti per mesi od anni. Per la leucemia, il periodo minimo tra l’esposizione alla radiazione e la comparsa della malattia (periodo di latenza) è di 2 anni. Per tumori solidi, il periodo di latenza è superiore a 5 anni. Le tipologie di effetti e la loro probabilità di insorgenza possono variare a seconda che l’esposizione abbia luogo durante gran parte della vita di una persona (cronica) o durante una periodo molto limitato della vita (acuta).

Le radiazioni ionizzanti costituiscono una causa di rischio per le persone, ma possono essere utilizzate anche per il bene della comunità.

Misura delle radiazioni. Per stimare il rischio radiologico, devono essere misurate le dosi di esposizione esterna e la contaminazione del suolo, dell’acqua e degli alimenti. Esiste un’ampia varietà di strumenti utilizzati per misurare diversi tipi di radiazioni, diversi intervalli di energia e diversa precisione. Ecco alcuni esempi. Nella radiografia come una radiografia del torace, la variazione del potere di penetrazione dei raggi X nell’osso e nei tessuti dà origine a un’immagine su pellicola fotografica o altro dispositivo. Una camera di ionizzazione raccoglie la carica prodotta dalla radiazione in un gas. Altri strumenti misurano le scintillazioni nei cristalli prodotti dalle radiazioni.

Per misurare l’esposizione esterna da una nuvola radioattiva o da una superficie contaminata, vengono utilizzati il rateo di dose o i dosimetri. Per la valutazione dell’esposizione interna, dobbiamo conoscere la concentrazione di diversi radionuclidi come 131I, 137Cs, 90Sr, 239Pu nell’aria, nell’acqua e negli alimenti. Diversi radionuclidi avranno effetti diversi sull’esposizione interna a seconda del loro metabolismo nell’organismo umano e del tipo di radiazione che emette (alfa, beta o gamma). Per rilevare la radioattività, campioni di acqua e cibo, ecc. vengono raccolti, preparati e misurati da uno spettrometro gamma o altri strumenti. Per determinare la concentrazione di radionuclidi nell’aria, viene pompata attraverso filtri e vengono misurate le concentrazioni di radionuclidi.

Fig.8.1. Gamma Spettrometro in situ
Fig. 8.2 Dosimetro

L’arma principale per prevenire un incidente è la cosiddetta “difesa approfondita”. Si tratta, principalmente, della combinazione di un certo numero di livelli di protezione consecutivi ed indipendenti; solo quando tutti questi livelli di protezione perdono efficacia, allora si possono avere gravi conseguenze per l’uomo e per l’ambiente. Se un livello di protezione non funziona, il livello successivo lo sostituisce. Quando il sistema di difesa approfondita è progettato nel modo corretto, la protezione, rispetto agli effetti dannosi, di persone, strumenti ed organizzazioni è assicurata, mentre la combinazione di effetti negativi, che può dare origine a danni molto gravi, diviene molto improbabile. L’efficienza di ogni livello di difesa, indipendentemente dagli latri, rappresenta l’elemento necessario per il successo della difesa approfondita.

La difesa approfondita è costituita da una corretta combinazione di:

  • Un efficiente sistema di gestione che ha nella sicurezza il principale obiettivo ed il fondamento culturale.
  • Un’adeguata selezione del sito ed una progettazione ingegneristica che garantisca margini di sicurezza, diversità e ridondanza facendo uso, principalmente, di:
    • Progetti, tecnologie e materiali di alta qualità ed affidabilità;
    • Sistemi di controllo, limitazione, protezione e sorveglianza;
    • Una combinazione appropriata di sistemi ingegneristici di sicurezza.
    • Procedure e pratiche operative complete e procedure di gestione degli incidenti.

La mitigazione è l’insieme di procedure usate per limitare l’impatto negativo dell’incidente nucleare o radiologico e si basa su due componenti principali:

  • La pianificazione dell’emergenza sul luogo dell’incidente e nel suo intorno
  • La consapevolezza della comunità.

Gli obiettivi principali, relativamente alla pianificazione dell’emergenza sul luogo dell’incidente e nel suo intorno sono:

  • Riacquistare il controllo della situazione
  • Prevenire o mitigare le conseguenze sul luogo dell’incidente
  • Prevenire l’insorgere di effetti nocivi deterministici alla salute dei lavoratori e del pubblico
  • Prestare il primo soccorso e gestire la cura dei traumi da radionuclidi
  • Prevenire, per quanto possibile, l’insorgere di effetti stocastici alla salute nella popolazione
  • Prevenire, per quanto possibile, l’insorgere di effetti negativi di natura non radiologica nelle singole persone e nella popolazione
  • Proteggere, per quanto possibile, l’ambiente e la proprietà
  • Essere preparati, per quanto possibile, alla restaurazione di condizioni sociali ed economiche normali.

Vi sono tre linee guida genrali per controllare l’esposizione alle radiazioni ionizzanti in caso di emergenza radiologica:

  • Ridurre al minimo il tempo di esposizione
  • Proteggersi dalla sorgente di radiazione.

Il tempo è un importante fattore nel limitare l’esposizione del pubblico e di chi gestisce l’emergenza radiologica. Minore è il tempo di esposizione di una persona alla radiazione, minore la dose di radiazione ricevuta.

Di conseguenza, la strategia per ridurre il rischio per le persone in caso di incidenti radiologici importanti è la seguente:

Prima o subito dopo una fuoriuscita radioattiva – sulla base delle condizioni dell’impianto

  • Evacuare o ripararsi nei primi 3-5 km
  • Intraprendere una profilassi iodica nei pressi dell’impianto

Dopo una fuoriuscita radioattiva

  • Effettuare un monitoraggio che individui quelle aree che necessitano di ulteriori azioni protettive.
  • Limitare al massimo il consumo di prodotti alimentari locali fino a 300 km di distanza, prestando attenzione ai risultati dei monitoraggi
  • Monitorare i luoghi dove sono assicurate le restrizioni e le riallocazioni di alimenti.

I piani d’emergenza per installazioni ad alto rischio radiologico (come i reattori di una centrale nucleare) definiscono due aree per la gestione dell’emergenza:

SUL LUOGO DELL’INCIDENTE

È l’area circostante l’impianto, all’interno del perimetro di sicurezza. Può anche essere l’area controllata che circonda una sorgente di radiazione od un’area contaminata. È l’area sottoposta all’immediato controllo dell’impianto o dell’operatore. Per emergenze legate al trasporto di sostanze radioattive o di emergenze in cui le sorgenti non si possono controllare o le contaminazioni sono molto localizzate, può non essere possibile definire un’area nel momento in cui l’incidente si verifica.

NELL’INTORNO DELL’INCIDENTE

È l’area che si estende oltre quella dell’incidente. Per gli impianti in grado di produrre gravi effetti od esposizioni in aree circostanti quella dell’incidente, il livello di pianificazione varia a seconda della distanza dall’impianto stesso. Per questi impianti, esistono tre zone per la pianificazione dell’emergenza:

Zona d’azione precauzionale (PAZ): da 3 a 5 km dalla sorgente di radiazioni

È un’area circostante la struttura, predefinita, dove vengono pianificate urgenti azioni di protezione, immediatamente implementate non appena viene dichiarata l’emergenza. L’obiettivo è di ridurre fortemente il rischio di seri effetti deterministici attraverso misure di protezione da intraprendere, in questa zona, prima e subito dopo la fuoriuscita di radioattività.

Zona d’urgente azione protettiva (UPZ): fino a 25 km dalla sorgente di radiazioni

È un’area predefinita, circostante l’impianto, dove si preparano azioni per implementare, in modo rapido, urgenti azioni protettive basate sul monitoraggio di dati ambientali e sulla valutazione delle condizioni dell’impianto stesso. Lo scopo è di evitare la diffusione dosi specificate dagli standard internazionali.

Raggio di restrizione per il consumo di cibo (FRR): fino a 300 km dalla sorgente di radiazioni

Questa è l’area ove si implementano azioni di protezione per ridurre il rischio di effetti stocastici alla salute derivanti dall’ingestione di cibi contaminati, coltivati nelle vicinanze. In generale, le azioni protettive come la rilocalizzazione, le restrizioni nel consumo dei cibi e le contromisure agricole si basano sul monitoraggio ambientale e sull’analisi di campioni di cibo.

Queste zone dovrebbero essere all’incirca circolari, intorno all’impianto; i loro confini definiti da punti di riferimento locali (ad esempio strade o fiumi), in modo da permettere una facile identificazione durante la fase di reazione al pericolo. È importante ricordare che tali zone non sono limitate all’interno dei confini nazionali. La dimensione può essere determinata da un’analisi delle potenziali conseguenze: studi precedenti forniscono una base di partenza per definire in modo generico la dimensione di queste zone, come già riportato precedentemente (Method for Developing Arrangements for Response to a Nuclear or Radiological Emergency, EPR-METHOD (2003), IAEA, VIENNA, 2003, ISBN 92–0–111503–2).

Basic-Knowledge-of-Nuclear-Hazards.pdf