INTERNATIONAL CBRNE MASTER COURSES SERIES

COLLANA DI SICUREZZA CHIMICA, BIOLOGICA, RADIOLOGICA E NUCLEARE

Director

Carlo BFull Professor (RtD) – President of the Scientific Board of the International MasterCourses in Protection Against CBRNe events, University of Rome Tor Vergata –President of the Scientific Board of CBRNe Book series

Scientific Board

Leonardo PFull Professor – Director of International Master Courses in Protection Against CBRNeevents and Director of Department of Biomedicine and Prevention, Faculty of Medicineand Surgery, University of Rome Tor Vergata

Pasquale GSenior Researcher – Coordinator of International Master Courses in Protection AgainstCBRNe events and of Quantum Electronics and Plasma Physics Research Group,Department of Industrial Engineering, University of Rome Tor Vergata

Tiziano LPrime Minister’s Office – Coordinator Training and Education Department

Francesco CPrime Minister’s Office – Civil Protection Department

Vittorio Francesco CMinistry of Defense – SMD I REPARTO

Vincenzo RMinistry of Interior

Franco SMinistry of Defense – NBC School of Rieti

Vincenzo TMinistry of Interior – Department of Public Safety

Emanuele FV Department – General Direction for Politics Affaires and Security, Foreign Office

Luciano CMinistry of Interior – Department of National Fire Fighters

Roberta FENEA–Italian National Agency for New Technology, Energy and Sustainable EconomicDevelopment

Sandro SENEA–Italian National Agency for New Technology, Energy and Sustainable EconomicDevelopment

Massimo CINGV–National Institute for Geophysics and Volcanology

Giovanni RNational Health Institute

Antonio GResponsible for the relationships with the Italian private entities of the InternationalMaster Courses in Protection Against CBRNe events

Editorial Board

Sandro MAssociate Professor – Didactic Management Unit of International Master Courses inProtection Against CBRNe events, University of Rome Tor Vergata

Andrea MSenior Researcher – Didactic Management Unit of International Master Courses inProtection Against CBRNe events, University of Rome Tor Vergata

Francesco UProfessional Journalist – Didactic Board of International Master Courses in ProtectionAgainst CBRNe events, University of Rome Tor Vergata

Lugi SProfessional Journalist – Didactic Board of International Master Courses in ProtectionAgainst CBRNe events, University of Rome Tor Vergata

Francesco GDidactic Management Unit of International Master Courses in Protection AgainstCBRNe events, University of Rome Tor Vergata

Dieter RCo–owner of Hotzone Solutions Group – Didactic Management Unit of InternationalMaster Courses in Protection Against CBRNe events, University of Rome Tor Vergata

Fabrizio D’ADidactic Management Unit of International Master Courses in Protection AgainstCBRNe events, University of Rome Tor Vergata

Paolo Maurizio SDidactic Management Unit of International Master Courses in Protection AgainstCBRNe events, University of Rome Tor Vergata

Daniele D GDidactic Management Unit of International Master Courses in Protection AgainstCBRNe events, University of Rome Tor Vergata

Mariachiara CDidactic Management Unit of International Master Courses in Protection AgainstCBRNe events, University of Rome Tor Vergata

Orlando CDidactic Management Unit of International Master Courses in Protection AgainstCBRNe events, University of Rome Tor Verga

Alessandro SDidactic Management Unit of International Master Courses in Protection AgainstCBRNe events, University of Rome Tor Vergata

INTERNATIONAL CBRNE MASTER COURSES SERIES

COLLANA DI SICUREZZA CHIMICA, BIOLOGICA, RADIOLOGICA E NUCLEARE

CBRNe

Peace cannot be kept by force; it can only be achieved by understanding.

Albert E

The CBRNe Book Series was born as an initiative of the Directive Board and ofthe Scientific Committee of “International Master Courses in Protection AgainstCBRNe events” (www.mastercbrn.com) at the University of Rome Tor Vergata.The evolution and increase in Security and Safety threats at an international levelplace remarkable focus on the improvement of the emergency systems to dealwith crisis, including those connected to ordinary and non–conventional events(Chemical, Biological, Radiological, Nuclear, and explosives). In every industrialCountry there are multiple entities with specialized teams in very specific fields,but the complexity of the events requires professionals that not only have specificknow-how, but also expertise in the entire relevant areas. Given the global interestin these issues, the Department of Industrial Engineering and the Faculty ofMedicine and Surgery of the Tor Vergata University organize the internationalMaster Courses in “Protection against CBRNe events”: I Level Master Coursein “Protection against CBRNe events” ( ECTS) and II Level Master Course in“Protection against CBRNe events” ( ECTS). These courses aim at providingattendees with comprehensive competences in the field of CBRNe Safety andSecurity, through teaching and training specifically focused on real needs. BothMaster Courses are designed according to the spirit of the Bologna Process forHigher Education, the Italian law and educational system. The Master Courses areorganized also in cooperation with the following Italian Public Entities:

— Presidenza del Consiglio dei Ministri (Prime Minister’s Office);— Ministero della Difesa (Ministry of Defence);— Ministero dell’Interno (Ministry of The Interior);— Istituto Superiore di Sanità (National Health Institute);— Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (National Institute for Geophysics

and Vulcanology);— ENEA (Italian National Agency for New Technology, Energy and Sustainable

Economic Development);

— University Consortia CRATI, MARIS and SCIRE;— Comitato Parlamentare per l’Innovazione Tecnologica (Parliamentary Com-

mittee for Technological Innovation).

And together with the following International Entities:

— OPCW (Organization for the Prohibition of Chemical Weapons)— NATO Joint Centre Of Excellence (Czech Republic);— NATO SCHOOL of Oberammergau (Germany);— HotZone Solutions Group (The Netherlands);— VVU– Sternberk (Czech Republic);— Seibersdorf Laboratories GmbH (Austria);— Chernobyl Centre (Ukraine).

All the above–mentioned organizations have signed official cooperation agree-ments with the University of Rome Tor Vergata in the aim of Master course activi-ties. The Master have also cooperation with OSCE, IAEA, ECDC, KEMEA in theaim of the didactical activities and we are working to formalize this collaborationwith a formal cooperation agreement.

Both Master Courses have been officially granted the “NATO selected” statusand have been included in the NATO Education and Training OpportunitiesCatalogue (ETOC) and also they are supported by OPCW.

The purpose of the CBRNe book series is to give a new perspective of thesafety and security risks from both a civil and military point of view, touching allthe aspects of the risks from the technological to the medical ones, talking aboutagents and effects, protection, decontamination, training, emergency management,didactic, investigation, communication and policy.

The authors will be experts of the sector coming from civil, military, acade-mic/research and private realities. A special thanks for the realization of this seriesgoes to Prof. Carlo Bellecci for his initial encouragement, continuous support andhelp.

Romeo Gallo

Radioattività

Un manuale per i First Responder

Copyright © MMXVAracne editrice int.le S.r.l.

www.aracneeditrice.itinfo@aracneeditrice.it

via Quarto Negroni, Ariccia (RM)

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I diritti di traduzione, di memorizzazione elettronica,di riproduzione e di adattamento anche parziale,

con qualsiasi mezzo, sono riservati per tutti i Paesi.

Non sono assolutamente consentite le fotocopiesenza il permesso scritto dell’Editore.

I edizione: novembre

Indice

Prefazione

Capitolo IRadioattività

.. Alcuni utili richiami, – .. La radioattività, – ... Radiazionidirettamente ionizzanti, – ... Radiazioni indirettamente ionizzanti, – ... Radiazioni alfa, beta e gamma, .

Capitolo IIPrincipali grandezze radiologiche

.. Il pericolo radiologico, – .. Le grandezze radiologiche, –.. Grandezze di sorgente: l’attività, – ... L’attività (A), – ... Iltempo di dimezzamento, – .. Interazione delle radiazioni ionizzanticon la materia, – ... La sezione d’urto, – ... Interazione delle ra-diazioni ionizzanti con la materia – particelle cariche, – ... Interazionedelle radiazioni ionizzanti con la materia – radiazioni indirettamente ioniz-zanti, – ... Grandezze caratteristiche delle interazioni tra radiazioni emateria, – ... Energia media di ionizzazione, – .. Grandezze dicampo, – ... Grandezze di campo – fluenza e flusso di particelle, –... Grandezze di campo – fluenza e flusso di energia, – ... Grandezzedi campo: l’esposizione (X), – ... Grandezze di campo: il kerma (K), –... Relazione tra l’esposizione (X) ed il kerma (K), – .. Grandezze didose, – .. La dose assorbita (D), – ... Relazione tra l’esposizione(X) e la dose assorbita (D), – ... Condizione di equilibrio delle particellecariche (EPC), – ... Relazione tra la dose assorbita (D) ed il kerma(K), – ... La dose assorbita nel corpo umano, – ... La misura delladose assorbita: il principio di Bragg–Gray, – .. Principi di radioprote-zione e grandezze di radioprotezione, – ... Dose equivalente (H), – ... Dose efficace (E), – ... Relazione tra campo e dose nel corpoumano, – ... Limiti di dose, – .. Grandezze operative, .

Indice

Capitolo IIIMisure di dose da irradiazione esterna: gli strumenti

.. Rivelatori attivi: principali caratteristiche, – ... Sensibilità, –... Risoluzione energetica, – ... Funzione di risposta, – ... Li-nearità, – ... Efficienza di rivelazione, – ... Risposta temporale:tempo morto, – .. Rivelatori attivi: rivelatori a gas, – ... Rivelatoria gas – principio di funzionamento, – ... Camere a ionizzazione, – ... Contatore proporzionale, – ... Contatori Geiger Muller, –.. Rivelatori a scintillazione, – ... Materiali scintillanti, – ... Ifotomoltiplicatori, – .. Rivelatori allo stato solido: semicondutto-ri, – .. Rivelatori passivi: principali caratteristiche, – .. Dosi-metria a termoluminescenza, – ... Dosimetri a termoluminescenzaTLD, – .. Dosimetria a pellicola fotografica, – ... Proprietàdelle pellicole, – ... Film–badge, – .. Dosimetri chimici e do-simetri calorimetrici, – ... Dosimetri chimici, – ... Dosimetricalorimetrici, .

Capitolo IVProtezione dalle radiazioni ionizzanti

.. Protezione dalle radiazioni ionizzanti: rapporto tra dose e tempo diesposizione, – .. Protezione dalle radiazioni ionizzanti: influenzadella distanza – costante specifica gamma, – ... La costante specificagamma (k), – ... L’uso della costante specifica gamma per il calcolodiretto della dose, – ... Dose assunta da un soccorritore in movimentoverso la sorgente, – ... Dose assunta da un soccorritore in movimen-to nell’area irradiata, – .. Protezione dalle radiazioni ionizzanti:schermature, – ... Buona e cattiva geometria, – ... Effetto dibuild–up, – ... Spessore di dimezzamento, – ... Schemi realizzaticon più materiali, – ... L’intensità della radiazione oltre lo schermo, – .. Intervento con sorgente sconosciuta, – ... Dose assorbita daun soccorritore in movimento verso una sorgente sconosciuta, – ... Doseassorbita da un soccorritore in movimento nell’area irradiata, .

Capitolo VContaminazione radioattiva

.. Cause della contaminazione, – .. Interventi, – ... Prin-cipi generali per gli interventi, – ... Livelli di intervento e livelli diintervento derivati – Campo di applicazione, – .. Contaminazione: con-seguenze per l’uomo, – .. Contaminazione del corpo umano, – .. Tempo di dimezzamento biologico e tempo di dimezzamentoeffettivo, – .. Dose impegnata, – .. Metodi di valutazione delleesposizioni, – .. Coefficienti di dose efficace impegnata, .

Indice

Capitolo VIIl trasporto di materie radioattive

.. Tipi di colli, – .. Limiti al contenuto dei colli, – ... Colloesente, – ... Collo industriale, – ... Collo di tipo A, –... Collo di tipo B, – ... Collo di tipo C, – .. Imballaggicontenenti materie fissili, – .. Limiti di livello di radiazione, – .. Test, – .. Indice di trasporto (IT o TI), – .. Indicedi sicurezza per la criticità (CSI), – .. Categorie dei colli, –.. Etichette ed indicazioni per i colli, – .. Condizioni per lostivaggio dei veicoli ed il trasporto, .

Capitolo VIILe vecchie unità di misura

Allegato I

Allegato II

Bibliografia

Prefazione

La riduzione delle risorse energetiche fossili, la riduzione delle risorsedi acqua potabile, e la guerra per il controllo delle risorse energetiche,costituiscono una parte delle cause della attuale crisi globale, la qualepotrebbe portare ad un evento CBRNe (Chimico, Biologico, Radio-logico, Nucleare, ed esplosivo) intenzionalmente provocato. Questotipo di eventi potrebbe anche essere la conseguenza di un rilascioaccidentale di sostanze (ad esempio un incidente che coinvolga uncamion contenente una sostanza chimica industriale tossica), o dieventi naturali come uno tsunami o un terremoto. Ciò detto, l’altapercentuale di rischio connessa al loro possibile verificarsi è palese.L’emergenza CBRNE non è da intendersi esclusivamente come unevento di guerra o terroristico, ma anche come derivante da un eventoinvolontario o naturale.

Parlando di eventi accidentali ti tipo radiologico, quello che forseci ha colpito di più, ma negativamente, è stato il disastro nucleare diFukushima Daiichi, cioè la catastrofe alla centrale nucleare di “Fuku-shima I” dell’ marzo . Il disastro si verificò dopo che lo tsunami,innescato dal terremoto di Tohoku, colpì la centrale nucleare, e no-tevoli quantità di materiali radioattivi furono rilasciati a partire dal marzo. Questo è diventato il più grande incidente nucleare dopo ildisastro di Chernobyl del , e il secondo (con Chernobyl) di livello sulla “International Nuclear Event Scale” (INES). . personefurono dovute essere evacuate dalla zona, circa . morirono acausa di sisma e tsunami, e circa . decessi sono stati attribuiti (adagosto ) alle condizioni di evacuazione, come il vivere in alloggitemporanei e per la chiusura di ospedali.

È facile associare un evento nucleare ad una guerra: Hiroshimae Nagasaki sono due momenti scioccanti ed indimenticabili dellanostra storia contemporanea. I bombardamenti atomici delle città diHiroshima e Nagasaki in Giappone sono stati condotti dagli Stati Unitidurante le ultime fasi della Seconda Guerra Mondiale nel . Questi

Prefazione

due eventi sono ad oggi gli unici casi di uso di armi nucleari in guerra.La bomba atomica Little Boy fu sganciata sulla città di Hiroshimail agosto , seguita dalla bomba Fat Man sulla città di Nagasakiil agosto. Entro i primi due/quattro mesi dai bombardamenti, glieffetti acuti delle radiazioni uccisero circa .–. persone aHiroshima e circa .–. a Nagasaki, quasi la metà dei decessiè avvenuta il primo giorno. Nei mesi successivi, un gran numero dipersone morirono per gli effetti delle ustioni, delle malattie da radia-zioni e a causa di altre lesioni aggravate dalla malattia. In entrambele città, la maggior parte dei morti furono civili, anche se Hiroshimaaveva una guarnigione di dimensioni ragguardevoli.

Infine, per dare una descrizione più generale dello scenario in-ternazionale, è necessario descrivere alcuni eventi CBRNe legati alterrorismo. Parlando di attacchi terroristici R–N, uno dei più noti èl’omicidio di Alexander Litvinenko. Nel Regno Unito, Litvinenkodiventò giornalista per un sito indipendentista ceceno. Il novem-bre Litvinenko improvvisamente si ammalò e fu ricoverato inospedale. Per diversi giorni soffrì di diarrea grave e vomito. Ad uncerto punto non riuscì più a camminare senza assistenza. Per diversesettimane le condizioni di salute di Litvinenko peggiorarono e i me-dici cominciarono a indagare a fondo sulle cause della sua malattia.Litvinenko era diventato fisicamente debole, e trascorse periodi diincoscienza. Morì tre settimane più tardi, diventando la prima vittimaconfermata della sindrome da radiazione acuta indotta da polonio–.Secondo i medici, “l’omicidio di Litvinenko rappresenta un punto diriferimento inquietante: l’inizio di un’era di terrorismo nucleare”.

Questa analisi ha una sola conclusione: il modo corretto di affronta-re queste emergenze è quello di costruire un team altamente preparatodi Tech Advisors e First Responders per sostenere i Top Decision Makersnon solo nell’affrontare l’evento di un rilascio di agenti pericolosi,ma principalmente per gestire le sue conseguenze sul territorio, im-mediatamente e nel medio e lungo termine. Al momento attuale,esperti del genere sono davvero pochi e di solito concentrati nelleamministrazioni centrali.

Questo libro è uno strumento importante e utile per i First Respon-ders finalizzato fornire a questi una conoscenza, basata sulla pratica,delle radiazioni e dei rischi ad esse connessi. Il testo consente anchedi imparare a valutare i rischi che gli stessi First Responders e la popola-

Prefazione

zione corrono in caso di evento R–N. Esercizi, esempi e casi studiorendono il testo interessante e interattivo. È uno dei più interessantie completi libri di testo per i First Responders che devono affrontareeventi R–N.

Andrea Malizia

Capitolo I

Radioattività

Prima di passare a specifiche trattazioni, è opportuno richiamarealcuni concetti di base sulla radioattività.

.. Alcuni utili richiami

L’atomo può essere schematizzato come un sistema planetario costitui-to dal nucleo e dagli elettroni che gli ruotano intorno su orbitali atomici.Gli elettroni hanno carica elettrica, negativa, di ,·- cou-lomb. Il nucleo è costituito da neutroni e protoni. I neutroni sonoparticelle neutre, mentre i protoni hanno carica elettrica positiva, divalore uguale a quella degli elettroni. Complessivamente l’atomo èneutro, quindi il numero di elettroni è pari a quello dei protoni. Dalnumero e dalla distribuzione degli elettroni derivano le caratteristichechimiche degli elementi. Dalla combinazione chimica degli atomi, diuguali o diversi elementi, si ottengono le molecole, che sono le piùpiccole particelle di una sostanza che ne possiedono le proprietà. Lamassa dell’atomo è concentrata quasi esclusivamente nel nucleo. Glielettroni hanno una massa quasi . volte più piccola della massadei protoni o dei neutroni che a loro volta hanno masse quasi uguali epari ad unità di massa atomica. Gli elementi vengono caratterizzatidal numero atomico (numero di protoni, uguale al numero di elettroni),indicato con Z, e dal numero di massa (numero dei protoni sommato alnumero dei neutroni), indicato con A. Il generico elemento X vieneindicato così:

AZ

X

Attualmente gli elementi chimici noti sono e, sulla base del loronumero atomico, vengono ordinati nella tavola periodica. Quelli con

Radioattività

Figura .. Gli isotopi dell’idrogeno.

numero atomico superiore a sono stati ottenuti artificialmente esono comunemente detti transuranici, essendo l’uranio l’elementonaturale con il più alto valore di Z, pari appunto a .

Nell’indicazione dell’elemento talvolta il numero atomico vieneomesso, poiché caratteristico e costante per ogni singolo elemento. Hainvece rilevanza, particolarmente in radiologia, il numero di massache, a parità di elemento, può essere variabile. Per semplicità glielementi possono essere quindi indicati con il loro simbolo seguitodal solo numero di massa. Ad esempio, il radio

Ra, con numero

atomico pari a e numero di massa pari a , può essere indicatocome Ra–. Gli atomi di uno stesso elemento, dunque, possonoesistere con diverso numero di neutroni. Le caratteristiche chimicherestano invariate, mentre cambiano le caratteristiche nucleari, avendonumeri di massa diversi. Tali atomi sono detti isotopi o nuclidi. Di unelemento alcuni isotopi possono essere radioattivi e vengono dettiradioisotopi o radionuclidi. Nella Fig. . è rappresentato l’idrogeno ed isuoi isotopi: il deuterio, isotopo stabile, ed il trizio, isotopo radioattivo.

.. La radioattività

Con il termine radioattività si intendono i fenomeni originati dai “ra-dionuclidi”, nuclei di atomi instabili per la loro composizione (numerodi neutroni e protoni). I radionuclidi, tendono ad una condizione distabilità attraverso un processo nel tempo, detto di “disintegrazione” o

. Radioattività

“decadimento”, con l’emissione di radiazioni sotto forma di particelle(radiazione alfa, radiazione beta, neutroni) e/o onde elettromagneti-che. A seguito del decadimento il radionuclide si trasforma in un altronuclide. Se anche quest’ultimo non è stabile, il processo si ripeteràattraverso una così detta catena di decadimento, sino ad ottenere un iso-topo stabile. I radionuclidi possono essere di origine naturale oppureartificiale, creati dall’uomo variando la struttura di nuclei di atomi sta-bili. Nel loro percorso le radiazioni nucleari sono capaci di trasferire laloro energia agli elettroni degli atomi delle sostanze che attraversanopotendoli far fuoriuscire dall’atomo, dando luogo al fenomeno dettodi ionizzazione. Per questo motivo si parla di “radiazioni ionizzanti”.Le radiazioni ionizzanti possono essere direttamente ionizzanti (alfa,beta) o indirettamente ionizzanti (raggi gamma, raggi X, neutroni). L’e-nergia ceduta dalla radiazione ad un elettrone dell’atomo, può ancheessere non sufficiente a produrre ionizzazione ma solo la transizionedell’elettrone ad un’orbita superiore. In questo caso si ha l’eccitazionedell’atomo a cui segue una diseccitazione con l’emissione di un fotone.

Figura .. Radiazioni.