DOSI, PERICOLI, INCIDENTI - "Fisica per i cittadini" Lez. X - Prof. Lorenzo Magnea - Università degli Studi di Torino - Dipartimento di Fisica ...
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DOSI, PERICOLI, INCIDENTI
“Fisica per i cittadini” Lez. X - Prof. Lorenzo Magnea - Università degli Studi di Torino -
Dipartimento di Fisica
Unità di misura
Gray
Rem
Becquerel
Rad Curie
Rutherford
Röntgen
Joule/Kg Sievert
“Fisica per i cittadini” Lez. X - Prof. Lorenzo Magnea - Università degli Studi di Torino - Dipartimento di Fisica
Danno biologico
Il Becquerel è l’unità di attività radioattiva: 1Bq = 1 emissione/sec.
• Banane: 100 Bq/Kg. Minerale di uranio: 10 MBq/Kg. Radio: 40 GBq/gr.
Il Sievert (Sv) misura statisticamente il danno biologico potenziale.
• Il Sievert rappresenta l’energia trasferita dalla radiazione al corpo (Joule/Kg), moltiplicata per
un “fattore di qualità” che dipende dal tipo di radiazione e dagli organi colpiti.
• Il fattore di qualità è determinato statisticamente e misura la probabilità che una data dose
di radiazione causi effetti patologici a lungo termine in un dato organo.
Accumulare 1 Sv nel tempo aumenta del 4-6% la probabilità di
essere in seguito affetti da un tumore per effetto della radiazione.
• La probabilità è maggiore per bambini e feti, e in piccola misura per le donne.
• La probabilità di ammalarsi comunque di tumore nel corso della vita è circa il 20%.
• Un Sievert è una dose molto grande di radiazione anche sommando sull’intera vita.
• È possibile che il “modello proporzionale” non sia corretto a bassissime dosi: il corpo
umano ha meccanismi di riparazione cellulare che potrebbero diminuire il rischio.
“Fisica per i cittadini” Lez. X - Prof. Lorenzo Magnea - Università degli Studi di Torino - Dipartimento di Fisica
Dosi di radiazione
https://xkcd.com/radiation/
Ogni box contiene esempi
di dosi di radiazione.
La dose totale
rappresentata in un box
corrisponde a poche unità
nel box successivo.
Un grafico ricco di
informazioni!
“Fisica per i cittadini” Lez. X - Prof. Lorenzo Magnea - Università degli Studi di Torino - Dipartimento di FisicaDosi di radiazione “Fisica per i cittadini” Lez. X - Prof. Lorenzo Magnea - Università degli Studi di Torino - Dipartimento di Fisica
Dosi di radiazione “Fisica per i cittadini” Lez. X - Prof. Lorenzo Magnea - Università degli Studi di Torino - Dipartimento di Fisica
INCIDENTI NUCLEARI “Fisica per i cittadini” Lez. X - Prof. Lorenzo Magnea - Università degli Studi di Torino - Dipartimento di Fisica
Reattori nucleari
Schema di funzionamento di un tipico reattore nucleare
“Fisica per i cittadini” Lez. X - Prof. Lorenzo Magnea - Università degli Studi di Torino - Dipartimento di Fisica1979: Three Mile Island La centrale nucleare di Three Mile Island (Pa, USA) nel 2014: a sinistra il reattore dismesso. “Fisica per i cittadini” Lez. X - Prof. Lorenzo Magnea - Università degli Studi di Torino - Dipartimento di Fisica
1979: Three Mile Island
Il 28 marzo 1979 si verifica un incidente con fusione parziale del nucleo.
•Diverse cause concomitanti: progettazione poco attenta, rotture meccaniche, errori umani.
•Il sistema di raffreddamento secondario spento da un operatore causa errata lettura.
•Per evitare danni alla struttura di contenimento gas radioattivi sono emessi all’esterno.
Misure accurate della contaminazione iniziano a poche ore dall’incidente.
La struttura di contenimento del reattore rimane intatta.
I livelli di radioattività ambientale indotta rimangono trascurabili.
•Dose media stimata di 14 μSv per persona per i due milioni di abitanti presso la centrale.
•Il numero probabile di tumori in eccesso causati dall’incidente è tra zero e due.
•Per precauzione 140000 persone evacuano volontariamente la zona per qualche settimana.
Il secondo reattore della centrale rimane a tutt’oggi operativo.
Importanti conseguenze tecniche e politiche circa la sicurezza dei reattori.
“Fisica per i cittadini” Lez. X - Prof. Lorenzo Magnea - Università degli Studi di Torino - Dipartimento di Fisica1979: Three Mile Island
Coincidenze ….
“Fisica per i cittadini” Lez. X - Prof. Lorenzo Magnea - Università degli Studi di Torino - Dipartimento di Fisica1986: Chernobyl “Fisica per i cittadini” Lez. X - Prof. Lorenzo Magnea - Università degli Studi di Torino - Dipartimento di Fisica
1986: Chernobyl
Il 26 aprile 1986 si verifica un catastrofico incidente con fusione del nucleo.
• Gravissimi difetti di progettazione: manca completamente l’edificio di contenimento.
• Gravissimi difetti di progettazione: la reattività cresce con la temperatura.
• Gravissimi difetti di progettazione: barre di controllo inefficaci in emergenza.
• Impreparazione e gravissimi errori tecnici e procedurali da parte del personale.
Due esplosioni (non nucleari) dovute alla pressione scoperchiano il reattore.
• Negli istanti precedenti le esplosioni il reattore raggiunge una potenza di 33 GW.
• Le esplosioni disaccoppiano il moderatore e terminano la reazione a catena.
• Si sviluppano incendi causa materiali combustibili (bitume, grafite come moderatore).
Enormi dosi di radioattività all’interno della struttura (~100 SV/ora).
• 31 morti (in tre mesi) tra gli operatori, i pompieri e il personale di emergenza.
Livelli alti di contaminazione regionale, significativi in diversi paesi europei.
• La catastrofe resa pubblica solo dopo la misurazione di livelli anomali in Svezia.
• Contaminazione da 131I, 137Cs, 134Cs, 90Sr misurabile anche a grandi distanze (Italia).
“Fisica per i cittadini” Lez. X - Prof. Lorenzo Magnea - Università degli Studi di Torino - Dipartimento di FisicaChernobyl: conseguenze
Evacuazione di circa 140000 persone e creazione di una zona di esclusione.
• La zona di esclusione ha un raggio di circa 30 Km ed è tuttora operativa.
• Si noti tuttavia: gli altri reattori della centrale sono da tempo riattivati (~6000 lavoratori).
• Gravi conseguenze economiche, sanitarie e psicologiche dell’evacuazione.
Danni a lungo termine per la salute, difficili da quantificare.
• Le stime più attendibili prevedono un eccesso totale di 2-4000 decessi da tumore.
• Utilizzando ipotesi diverse il numero previsto può variare tra 1000 e 20000.
• Esistono stime pseudo-scientifiche spesso citate che suggeriscono numeri molto maggiori.
• Studi dettagliati: ~2000 tumori in eccesso alla tiroide, quasi mai letali;
nessun eccesso statisticamente significativo nelle leucemie.
• Gravi conseguenze economiche, sociali e psicologiche, con riflessi sulla salute.
Costi economici per la decontaminazione e l’isolamento del sito.
• I costi totali sono stimati ~ 100 miliardi di dollari.
• Il “sarcofago” finale del reattore è in via di completamento.
Conseguenze internazionali politiche, economiche e … nel campo delle bufale.
“Fisica per i cittadini” Lez. X - Prof. Lorenzo Magnea - Università degli Studi di Torino - Dipartimento di Fisica2011: Fukushima
Centrale nucleare di Fukushima
Raffineria di Ichihara (a 400 Km)
“Fisica per i cittadini” Lez. X - Prof. Lorenzo Magnea - Università degli Studi di Torino - Dipartimento di Fisica2011: Fukushima
L’incidente si verifica nel contesto di una eccezionale catastrofe naturale.
• Uno dei cinque terremoti più forti mai registrati (magnitudo 9.0).
• Il terremoto provoca uno tsunami con onde di 14 metri alla centrale.
• Più di 15000 vittime del terremoto e dello tsunami.
Lo tsunami causa il fallimento dei sistemi di raffreddamento secondari.
• La reazione a catena viene arrestata automaticamente per effetto del terremoto.
• Barriera anti-tsunami insufficiente (~ 6 metri), progettata su dati degli ultimi secoli.
• Generatori di emergenza collocati in una zona non sicura della centrale.
• Fusione parziale di tre nuclei, il calore sviluppa idrogeno e causa esplosioni convenzionali.
• Emissione di grandi quantità di radioattività nell’atmosfera e nell’oceano.
Evacuazione degli abitanti in una zona di esclusione con raggio di ~20 Km.
• Livelli di radiazione monitorati con estrema accuratezza a livello locale e globale.
• Contaminazione complessiva dell’ordine del 10% di quella dovuta a Chernobyl.
• Fase iniziale delle operazioni nel contesto complessivo di una catastrofe.
“Fisica per i cittadini” Lez. X - Prof. Lorenzo Magnea - Università degli Studi di Torino - Dipartimento di FisicaFukushima: conseguenze
Numero totale ad oggi di decessi dovuti a radiazioni a Fukushima: circa zero.
• Alcuni operatori dell’emergenza esposti a dosi significative e rischi futuri.
Rischi a lungo termine dovuti alle radiazioni di Fukushima.
• Nessun rischio al di fuori delle zone direttamente contaminate (zona di esclusione).
• Futuri eccessi di tumori al di sotto della soglia di tracciabilità diretta.
• Modello lineare senza soglie: eccesso totale stimato di morti da tumore ~130.
• Eccesso previsto e già verificato di tumori infantili alla tiroide, causa assorbimento di 131I.
• Tumori alla tiroide quasi sempre curabili: numero di decessi previsti prossimo a zero.
Numero di decessi stimati a causa dell’evacuazione in emergenza: ~1000.
• Malati in ospedali evacuati, anziani, suicidi, incidenti.
Gravi problemi economici, sociali e psicologici dovuti all’evacuazione.
Costi elevatissimi di decontaminazione della zona di esclusione.
• Costo totale stimato ~100 miliardi di dollari (in parte a carico dell’operatore).
• Forte correlazione del costo con il livello di radioattività residua ritenuto accettabile.
Conseguenze locali e globali sulle politiche energetiche dei governi.
“Fisica per i cittadini” Lez. X - Prof. Lorenzo Magnea - Università degli Studi di Torino - Dipartimento di FisicaFukushima?
Oceani radioattivi
Mostri e mutanti
“Fisica per i cittadini” Lez. X - Prof. Lorenzo Magnea - Università degli Studi di Torino - Dipartimento di FisicaRiassumendo • Grandi dosi di radiazioni aumentano la probabilità dei tumori. • Gli effetti patologici sono noti e attivamente studiati. • L’energia nucleare da fissione controllata ha 75 anni. • Gravi incidenti hanno mostrato i rischi di questa tecnologia. • Aspetti politici e psicologici limitano lo sviluppo del nucleare. • Esistono architetture di reattori dotati di sicurezza passiva. • Il problema delle scorie è serio e politicamente complesso. “Fisica per i cittadini” Lez. X - Prof. Lorenzo Magnea - Università degli Studi di Torino - Dipartimento di Fisica
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