Radioattività in aria: tecniche di misura

La radioattività in aria si misura utilizzando diverse tecniche:

• misura dell’irraggiamento in continuo in aria
• raccolta e misura giornaliera, tramite spettrometria gamma, del particolato totale sospeso (PTS)
• raccolta, trattamento e misura mensile, tramite spettrometria gamma, del particolato che si deposita al suolo (fall-out) sia per gravità (deposizione secca) sia per effetto della pioggia (deposizione umida)
• raccolta tramite carboni attivi e successiva misura della parte gassosa in aria (solo in emergenza)

Le analisi di spettrometria gamma ad alta risoluzione con rivelatore al Germanio ad alto grado di purezza (HPGe) permettono di rivelare contemporaneamente tutti i radionuclidi gamma emettitori presenti in aria attraverso un'unica misura.

L’unico radionuclide artificiale presente ormai da decenni è il Cesio-137 (Cs-137). Sporadicamente sono state misurate piccole concentrazioni di Iodio-131 (I-131) e in un solo episodio è stata rilevata la presenza di Rutenio-106 (Ru-106).

Per quanto riguarda i radionuclidi naturali, che rappresentano il maggior contributo all’irraggiamento totale, è sempre stata rilevata la presenza dei principali radionuclidi delle catene di decadimento dell’Uranio-238 (U-238) e del Torio-232 (Th-232), di Berillio-7 (Be-7) e sporadicamente ed in piccole quantità anche di Sodio-22 (Na-22).

Nel grafico sottostante (tratto da La sorveglianza della radioattività ambientale in Italia, ISIN 2021) è riportato (in scala logaritmica) l’andamento della concentrazione annuale del Cs-137 nel fall-out in Italia dal 1960 al 2018. Prima dell’incidente di Chernobyl il Cs-137 era presente in maniera quasi uniforme su tutto il pianeta a causa dei test degli ordigni nucleari effettuati in superficie. Attualmente è presente ancora in piccole quantità in quelle aree maggiormente interessate dalla contaminazione dovuta all’incidente di Chernobyl.

Lo I-131 è stato misurato nell’aria del Friuli Venezia Giulia in piccole quantità, non rilevanti dal punto di vista della radioprotezione, alcuni giorni dopo l’incidente avvenuto presso la centrale nucleare di Fukushima a seguito dello tsunami in Giappone del marzo 2011.

Sporadicamente lo I-131 può essere presente in atmosfera, sempre in traccia, a causa del suo utilizzo in medicina nucleare.

La presenza di Ru-106 è stata rilevata nelle misure sul particolato atmosferico dei primi giorni di ottobre 2017. Anche le misure di fall-out di ottobre 2017 e dei tre mesi successivi hanno evidenziato la presenza in tracce di Ru-106. Benché questo episodio non abbia avuto nessun impatto dal punto di vista della radioprotezione, è degno di attenzione in quanto l’origine della presenza di Ru-106 in aria è ancora oggi sconosciuta.

L’analisi di tutte le misure effettuate dai vari laboratori in Europa fa ipotizzare come origine un incidente avvenuto alla fine di settembre 2017 presso un impianto di trattamento di combustibile nucleare esaurito situato nel sud degli Urali. Per maggiori informazioni, consulta l'articolo.

Per maggiori informazioni vai all'approfondimento "Presenza di Rutenio-106 in aria".

Misurazione del particolato totale sospeso (PTS)

La misura del particolato atmosferico serve per il monitoraggio della radioattività associata al materiale non gassoso in sospensione in atmosfera, che può essere costituito da composti organici o inorganici di origine naturale o antropica.

Per quanto riguarda la parte naturale in aria si trovano i principali radionuclidi delle famiglie dell’ Uranio-238 (U-238), del Torio-232 (Th-232), il Potassio-40 (K-40) e radionuclidi di origine cosmogenica quali il Berillio-7 (Be-7) e in piccole quantità il Sodio-22 (Na-22).

Per quanto riguarda la parte antropica in aria possiamo avere:

• materiale organico proveniente da vegetali che sono stati contaminati;
• materiale inorganico prodotto da agenti naturali e dall'erosione del suolo.

Nelle aree urbane il particolato può avere origine da lavorazioni industriali, dagli impianti di riscaldamento, dall’usura dell'asfalto, degli pneumatici, dei freni e dalle emissioni di scarico degli autoveicoli.

La misura del particolato atmosferico permette di individuare eventuali contaminazioni dovute alla presenza di radionuclidi in aria, che possono o ricadere dagli strati più alti dell’atmosfera o andare incontro a fenomeni di risospensione in aria del suolo contaminato.

Presso la sede Arpa di Udine è presente una pompa ad alto volume (100 litri al minuto equivalenti a circa 140 m³ al giorno) che raccoglie su filtro il particolato sospeso in aria. Il filtro viene cambiato giornalmente (con frequenza maggiore in caso di incidente).

Su ogni filtro raccolto viene eseguita una misura di spettrometria gamma ad alta risoluzione per determinare la concentrazione espressa in Becquerel al metro cubo di aria aspirata (Bq/m³) di tutti i radionuclidi presenti in aria.

Al termine di ogni settimana viene effettuato la misura anche sul pacchetto dei filtri raccolti nella settimana stessa.

Al termine del mese viene effettuata la misura sul pacchetto dei filtri raccolti in tutto il mese.

Il pacchetto di filtri mensile è riferito a un grande volume di aria filtrata (più di 4000 m³) e permette quindi una misura molto sensibile in grado di evidenziare anche piccole quantità di radionuclidi presenti in aria.

Misurazione del fall-out

Sul tetto di un edificio della sede Arpa di Udine sono presenti due vasche circolari in acciaio con una superficie di 1 m² ciascuna. Le due vasche sono poste in prossimità del punto di aspirazione della pompa per la raccolta del particolato atmosferico.

All’interno di queste vasche viene raccolta la pioggia (deposizione umida) e tutto ciò che si deposita per gravità (deposizione secca) che anch’esso va a diluirsi all’interno della pioggia raccolta. Al termine di ogni mese le vasche vengono svuotate; successivamente vengono pulite con acqua distillata, pareti comprese, in modo da recuperare tutto il campione ad esse aderito.

Tutta l’acqua raccolta viene lentamente evaporata in modo da ottenere alla fine un campione costituito solamente dalla parte solida precipitata. La quantità di materiale secco raccolta su 2 m² presso la nostra stazione è molto variabile ed è compresa tra pochi grammi al mese fino a 10g e oltre nei periodi particolarmente “polverosi”.

Il campione così formato viene sottoposto a misura attraverso spettrometria gamma e la quantità dei radionuclidi presenti viene espressa in Becquerel al metro quadro (Bq/m²).

Per quanto riguarda la tipologia dei radionuclidi raccolti si rimanda a quanto riportato all’interno della descrizione della tecnica del particolato atmosferico.