Radiazioni nella vita quotidiana

LE RADIAZIONI E LA VITA
“La vita sulla terra si è sviluppata con la costante presenza delle radiazioni naturali. Esse non sono
niente di nuovo, niente di inventato dall’intelligenza umana: le radiazioni ci sono sempre state.”
Eric J Hall, professore di radiologia, College of Physicians and Surgeons, Columbia University, New York. "Radiation and Life”
Traduzione a cura di Angela Alessio e Massimo Vascotto – 12/1999
LE RADIAZIONI E LA VITA
Le radiazioni sono energia che viaggia attraverso lo spazio. La luce del sole è una delle forme più familiari di radiazione.
Ci porta luce, calore ed abbronzature. Controlliamo i suoi effetti su di noi con gli occhiali da sole, l’ombra, i condizionatori
d’aria e gli schermi solari.
Non ci sarebbe vita sulla terra senza grandi quantità di luce solare, ma abbiamo pian piano capito che la troppa
esposizione alla luce solare non è una cosa buona. Infatti. potrebbe essere pericolosa, quindi la controlliamo. La luce solare
consiste in radiazioni in una gamma di lunghezze d’onda dall’infrarosso, ad onda lunga, all’ultravioletto, la più piccola
lunghezza d’onda. Al di là dell’ultravioletto, ci sono tipi di radiazione ad energia più alta, che vengono usati in medicina e che
noi tutti riceviamo, a piccole dosi, dallo spazio, dall’aria e dalla terra. In generale, possiamo chiamare queste radiazioni
ionizzanti. Esse possono causare danni alla materia, in particolare ai tessuti vivi. Quindi, ad alti livelli, sono pericolose e
dobbiamo controllare la nostra esposizione ad esse.
Gli esseri viventi si sono evoluti in un ambiente caratterizzato da livelli significativi di radiazioni ionizzanti. Inoltre, molti
di noi devono la vita e la salute a radiazioni di questo tipo, prodotte artificialmente. I raggi X usati in campo medico e
dentistico evidenziano problemi nascosti. Altre radiazioni vengono usate per sterilizzare gli alimenti ed alcune persone
vengono trattate con radiazioni per curare certe malattie. Noi tutti traiamo beneficio da numerosi prodotti e servizi, resi
possibili dall’uso assennato di materiali radioattivi.
La radiazione di fondo è quella naturale, inevitabilmente presente nel nostro ambiente. I suoi valori possono variare
ampiamente.
Le persone che vivono in aree granitiche o su sabbie mineralizzate ricevono maggiori quantità di radiazioni terrestri
rispetto agli altri, mentre chi vive o lavora ad altitudini elevate riceve maggiori quantità di radiazioni cosmiche. Radiazioni a
cui siamo largamente esposti per cause naturali sono quelle del radon, un gas che filtra dalla crosta terrestre ed è presente
nell’aria che respiriamo.
Nel diagramma, di seguito riportato, vengono riportate le medie delle dosi annuali di radiazione provenienti da fonti
naturali in Europa e Australia: in giallo i raggi cosmici; in rosso i raggi gamma all’aria aperta; in verde i raggi gamma in
ambiente chiuso; in blu il radon.
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LE RADIAZIONI E LA VITA
Le radiazioni provengono dagli atomi, le unità
basilari che costituiscono la materia.
L’ATOMO INSTABILE
La maggior parte degli atomi è stabile; un
atomo di carbonio 12, ad esempio, rimane un
atomo di carbonio 12 per sempre ed un atomo di
ossigeno 16 rimane un atomo di ossigeno 16 per
sempre, ma alcuni atomi ad un certo punto si
disintegrano, dando origine ad un atomo totalmente
nuovo. Questi atomi sono detti “instabili” o
“radioattivi”. Un atomo instabile ha un eccesso di
energia interna, col risultato che il suo nucleo può
trasformarsi per assumere una forma più stabile.
Questo processo è chiamato “decadimento
radioattivo”.
Ogni tipo di atomo è chiamato isotopo e gli
isotopi instabili (e quindi radioattivi) sono chiamati
radioisotopi. Alcuni elementi, come ad esempio l’uranio, non hanno isotopi stabili.
Quando un atomo di un radioisotopo decade, cede un po’ della sua energia in eccesso come radiazione, sotto forma di
raggi gamma o particelle rapide. Se esso decade con un’emissione alfa o beta, diventa un elemento nuovo. Per tutta la durata di
questo processo, l’atomo progredisce verso uno stato stabile, in cui non sarà più radioattivo.
Un’altra forma di radiazione nucleare si ha quando una forma di radioisotopo si muta in un’altra forma o isomero,
rilasciando nel processo un raggio gamma. La forma eccitata viene indicata con una “m” vicino al suo numero atomico, ad
esempio il tecnezio 99m (Tc 99m)
decade nel Tc 99. I raggi gamma
vengono spesso emessi assieme a
radiazioni alfa o beta, perché il nucleo
decade in uno stato meno eccitato.
A prescindere dalle normali misure
di massa e volume, la quantità di
materiale radioattivo si misura in
Becquerel (Bq), un’unità di misura che
ci permette di paragonare la radioattività
presente in materiali naturali e non.
LE RADIAZIONI IONIZZANTI
Ora ci occuperemo soprattutto di radiazioni ionizzanti, provenienti dal nucleo atomico. Esse compaiono in due forme raggi e particelle, all’estremità ad alta frequenza dello spettro energetico. Le radiazioni ionizzanti producono, nel materiale che
colpiscono, particelle elettricamente cariche, chiamate ioni. Questo processo è detto ionizzazione.
Le radiazioni ionizzanti sono in grado di toccare le grandi molecole chimiche di cui tutti gli organismi viventi sono
composti e quindi causano cambiamenti biologicamente importanti.
Ci sono vari tipi di radiazione ionizzante:
I raggi gamma (γ) e i raggi X, come la luce, rappresentano l’energia trasmessa in un’onda, senza il movimento del
materiale, proprio come il calore e la luce, provenienti da un fuoco o dal sole, che viaggiano nello spazio. I raggi gamma e i
raggi X sono virtualmente identici, tranne per il fatto che i raggi X non provengono dal nucleo atomico. A differenza della
luce, entrambi hanno un grosso potere di penetrazione e possono passare attraverso il
corpo umano. Come protezione contro di essi, vengono usate spesse barriere di
calcestruzzo, piombo o acqua.
Le particelle alfa hanno una carica elettrica positiva e vengono emesse sia da
elementi pesanti presenti in natura, come l’uranio e il radio, sia da alcuni elementi
artificiali. A causa della loro relativa grandezza, le particelle alfa collidono
immediatamente con la materia e perdono velocemente la loro energia. Quindi hanno
un basso potere di penetrazione e possono essere fermate dal primo strato
dell’epidermide o da un foglio di carta.
Comunque, se vengono introdotte nel corpo umano, ad esempio per respirazione o
ingestione, le particelle alfa possono alterarne le cellule. Dentro al corpo, poiché
rilasciano la loro energia dopo una distanza relativamente breve, le particelle alfa
possono causare danni biologici maggiori delle altre radiazioni.
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LE RADIAZIONI E LA VITA
Le particelle beta sono elettroni ad alta velocità espulsi dal nucleo degli atomi. Queste particelle sono molto più
piccole delle particelle alfa e possono penetrare anche da 1 a 2 centimetri d’acqua o carne umana. Le particelle beta vengono
emesse da molti elementi radioattivi. Possono
essere fermate da un foglio d’alluminio di un
paio di millimetri di spessore.
Le radiazioni cosmiche consistono in
una varietà di particelle altamente
energetiche,
inclusi
i
protoni,
che
bombardano la terra dallo spazio. Esse sono
più intense ad altitudini elevate che al livello
del mare, dove l’atmosfera terrestre è più
densa e dà la maggiore protezione.
Anche i neutroni sono particelle
molto penetranti. Sulla terra, provengono
principalmente dalla scissione o fissione di certi atomi, all’interno di un reattore nucleare. L’acqua ed il calcestruzzo sono gli
scudi usati più comunemente contro le radiazioni da neutroni provenienti dal nucleo di un reattore nucleare.
E’ importante capire che le radiazioni ionizzanti non fanno diventare un corpo radioattivo.
LA RADIOATTIVITA’ DI ALCUNI ELEMENTI NATURALI E NON
1 essere umano adulto
7000 Bq
1 kg di caffè
1000 Bq
1 kg di fertilizzante superfosfatico
5000 Bq
L’aria in una casa australiana di 100mq (radon)
3000 Bq
1 rilevatore di fumo ad uso casalingo
30000 Bq
Radioisotopi per diagnosi mediche
70 milioni di Bq
Fonte di radioisotopi per terapie mediche
100 000 000 milioni di Bq
1 kg di scorie nucleari vetrificate di alto livello vecchie di 50 anni
10 000 000 milioni di Bq
1 insegna luminosa (anni ’70) indicante ”Uscita”
1 000 000 milioni di Bq
1 kg di uranio
25 milioni di Bq
1 kg di uranio grezzo (Canadese, 15%)
25 milioni di Bq
1 kg di uranio grezzo (Australiano, 0.3%)
500 000 Bq
1 kg di scorie radioattive di basso livello
1 milione Bq
1 kg di cenere di carbone
2000 Bq
1 kg di granito
1000 Bq
NB: Sebbene la radioattività intrinseca sia la stessa, la dose di radiazioni ricevuta da una persona che maneggia un
chilogrammo di uranio canadese di grado elevato sarà molto maggiore che per la stessa esposizione ad un chilogrammo di
uranio puro, poiché quello grezzo contiene un certo numero di prodotti di decadimento di breve vita (vedi la sezione sul
decadimento radioattivo, più avanti).
MISURAZIONE E MONITORAGGIO DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI
I Gray ed i Sievert
I nostri cinque sensi non possono percepire le radiazioni o capire se un materiale è radioattivo. Comunque, vari strumenti
possono individuare e misurare le radiazioni, in maniera affidabile ed accurata.
Le radiazioni ionizzanti vengono misurate con le unità di misura internazionali, il Gray (Gy) ed il Sievert (Sv).
La quantità di radiazione o “dose” ricevuta da una persona è misurata nei termini dell’energia assorbita dai tessuti
corporei ed è espressa in Gray.
Un’uguale esposizione a diversi tipi di radiazione però non produce necessariamente effetti biologici uguali. Un Gray di
radiazione alfa, ad esempio, avrà un effetto maggiore di un Gray di radiazione beta. Quando prendiamo in considerazione gli
effetti di una radiazione, la esprimiamo in unità di misura chiamate Sievert.
Un Sievert di radiazione produce un effetto biologico costante, a prescindere dal tipo di radiazione.
Quantità più piccole sono espresse in “milliSievert” (un millesimo di Sievert) o “microSievert” (un milionesimo).
Useremo qui l’unità di misura più comune, il milliSievert (mSv).
IN CHE MISURA LE RADIAZIONI IONIZZANTI SONO PERICOLOSE?
Una scala dei livelli di radiazione
Il seguente schema indica i probabili effetti ed implicazioni per il corpo umano di una serie di dosi di radiazione e tempi
di esposizione.
10.000 mSv (10 Sievert) in una dose di breve durata causerebbero malessere immediato e conseguente morte nel giro di poche
settimane.
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LE RADIAZIONI E LA VITA
Fra i 2 e i 10 Sievert in una dose di breve durata causerebbero un grave malessere da radiazione e l’aumento della probabilità
che esso possa essere fatale.
1.000 mSv (1 Sievert) in una dose di breve durata causerebbero probabilmente un malessere (temporaneo) come la nausea e
una diminuzione del numero dei globuli bianchi, ma non la morte. Inoltre, la gravità della malattia aumenta con l’aumentare
del dosaggio.
1000 mSv, accumulati in un certo periodo di tempo, causerebbero probabilmente un cancro fatale, molti anni più tardi, in 5
persone su 100 esposte ad essi (se ad esempio la normale incidenza del cancro fosse del 25%, questa dose l’aumenterebbe al
30%).
50 mSv all’anno sono, se accumulati, il più basso dosaggio che abbia dato prova di poter causare il cancro. E’ il dosaggio
emesso da livelli di fondo naturali in numerose località. Inoltre, la probabilità dell’insorgere di un cancro (piuttosto che la sua
gravità) aumenta con l’aumentare del dosaggio.
20 mSv all’anno in media per 5 anni sono il limite per gli impiegati in industrie nucleari ed i minatori in miniere di uranio o
sabbie minerali, che vengono accuratamente monitorati.
10 mSv all’anno sono la reale dose massima ricevuta da qualsiasi minatore australiano in una miniera d’uranio.
3-5 mSv all’anno sono il dosaggio tipico (oltre al sottofondo) ricevuto dai minatori in miniere d’uranio in Australia e Canada.
3 mSv all’anno (approssimativamente) sono la normale radiazione di sottofondo da fonti naturali nel Nord America, inclusa
una media di quasi 2 mSv all’anno da radon nell’aria.
2 mSv all’anno (approssimativamente) sono la normale radiazione di sottofondo da fonti naturali in Australia, inclusa una
media di 0.7 mSv all’anno da radon nell’aria. Questa dose si avvicina molto alla dose minima che ogni essere umano sulla
terra riceve.
0.3-0.6 mSv all’anno è il tipico dosaggio da fonti artificiali di radiazione, principalmente mediche.
0.05 mSv all’anno, una frazione della radiazione naturale di sottofondo, sono il limite massimo di radiazione alla barriera
perimetrale di una stazione nucleare per la produzione di energia elettrica. In pratica, la dose reale è molto inferiore.
Per livelli più bassi di esposizione alle radiazioni, gli effetti biologici sono così piccoli che non possono essere rilevati. Gli
standard per la protezione dalle radiazioni comunque suppongono che l’effetto sia direttamente proporzionale alla dose, anche
a bassi livelli. Secondo questa teoria “lineare” degli effetti delle radiazioni, se la dose viene dimezzata, l’effetto - o il rischio di
subirne un effetto - è dimezzato.
Dosi di radiazione più concentrate, pur non essendo immediatamente fatali, possono originare un cancro che verrebbe
rilevato soltanto parecchi anni dopo l’esposizione alle radiazioni.
Il corpo umano ha dei meccanismi di difesa dai danni prodotti sia dalle radiazioni che da agenti cancerogeni chimici.
Comunque, solitamente, il corpo umano ha a che fare soltanto con danni relativamente piccoli ma costanti e non con un danno
grave in un solo momento, come fu il caso dei sopravvissuti alla bomba atomica nel 1945. Si è tenuto conto di questo effetto
nel calcolare i rischi professionali, ma il grado di protezione dall’esposizione a radiazioni di basso livello potrebbe essere ben
maggiore di quanto cautamente permesso da queste stime.
Circa 30000 Australiani lavorano in ambienti in cui possono venire esposti a radiazioni
al di sopra dei livelli di sottofondo.
Di conseguenza, indossano dei “dosimetri” di controllo (dispositivi di controllo
personale) mentre lavorano e la loro esposizione viene monitorata accuratamente.
LA RADIAZIONE DI FONDO
I livelli di radiazione di sottofondo, in natura, variano da 1.0 a 3.5 milliSievert all’anno
ed in alcune località possono essere molto più elevati. Il più alto livello conosciuto di
radiazione di sottofondo in una zona abitata da una popolazione sedentaria si ha negli Stati di
Kerala e Madras, in India, dove circa 140000 persone ricevono un dosaggio medio annuale di
oltre 15 milliSievert all’anno da raggi gamma, più un valore simile da radon.
Livelli paragonabili si hanno in Brasile, Iran e Sudan, con esposizioni medie fino a 38
mSv all’anno. Si conoscono quattro posti in India ed Europa in cui la radiazione naturale di
sottofondo dà dosaggi di più di 50 mSv all’anno. Non sono stati rilevati effetti nocivi alla
salute originati dalle dosi provenienti da questi alti livelli naturali.
RADIAZIONI ARTIFICIALI
Radiazioni ionizzanti vengono anche generate da varie attività mediche, commerciali ed industriali. La fonte di
esposizione più familiare e, in termini nazionali, anche più diffusa è costituita dai raggi X per uso medico. Una tipica
proporzione fra radiazioni naturali di sottofondo e radiazioni da fonti artificiali è illustrata nel diagramma a torta (a sinistra).
La radiazione naturale costituisce l’88% della dose annuale per la popolazione e le procedure mediche rappresentano la
maggior parte del restante 12%. Le radiazioni naturali non differiscono in tipo o effetto da quelle artificiali.
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LE RADIAZIONI E LA VITA
DECADIMENTO RADIOATTIVO
Gli atomi di una sostanza radioattiva decadono in maniera casuale, ma a
scadenze caratteristiche. Sono noti il tempo impiegato, il numero di passaggi
richiesto e i tipi di radiazione emessa ad ogni passaggio.
Il periodo di dimezzamento è il tempo che metà degli atomi di una sostanza
radioattiva impiega per decadere. Il periodo di dimezzamento può variare da
meno di un milionesimo di secondo a milioni di anni, a seconda dell’elemento.
Dopo un periodo di dimezzamento, il livello di radioattività di una sostanza
è dimezzato, dopo due periodi di dimezzamento è ridotto a un quarto, dopo tre ad
un ottavo e così via.
Tutti gli atomi di uranio sono leggermente radioattivi. Il precedente schema
per l’uranio 238 mostra i vari cambiamenti, il tipo di radiazione emessa ad ogni
passaggio ed il “periodo di dimezzamento” di ogni passaggio che l’U238
attraversa nel corso della sua trasformazione in piombo 206, stabile e non
radioattivo. Minore è la durata della vita di ogni tipo di radioisotopo, maggiore è
la radiazione emessa per unità di massa.
Vedi anche la pubblicazione dell’ANSTO su radioattività, radioisotopi ecc.
Periodi di decadimento radioattivo: dopo dieci periodi di dimezzamento, il livello di radioattività è
ridotto ad un millesimo.
I RISCHI DELLE RADIAZIONI PER LA SALUTE
Molte cose potenzialmente di grande beneficio per l’umanità sono associate a dei rischi. Le radiazioni ricadono in questa
categoria.
Comunque, i materiali radioattivi dovrebbero essere usati solo quando i benefici
sono significativamente maggiori dei rischi.
Le radiazioni ionizzanti sono solo una delle centinaia di cose che possono causare
gravi effetti alla salute degli esseri umani. Il livello dei danni causati dalle radiazioni
dipende a sua volta da molti fattori: la durata della dose, la sua quantità, il tipo di
radiazione, la parte del corpo ad essa esposta, l’età e lo stato di salute, ad esempio.
E’ noto da molti anni che dosi massicce di radiazione ionizzante, molto superiori
dei livelli di sottofondo, possono causare un quantificabile aumento di cancri, leucemie
(“cancro del sangue”) e mutazioni genetiche (anche se non negli esseri umani) nelle
generazioni future. Ma quali sono le possibilità di contrarre un cancro dopo
l’esposizione a piccole dosi di radiazione? Qualsiasi dose di radiazione, non importa
quanto piccola, implica un possibile rischio per la salute dell’uomo, ma per dosi al di
sotto dei 50 milliSievert i rischi sono così minimi che i loro effetti non sono misurabili
e sono quindi trascurabili.
C’è poi un ritardo di molti anni fra l’esposizione di una persona ad una potenziale
causa di cancro e l’insorgere della malattia. Ciò rende difficile stabilire con ogni
certezza quale di molti possibili agenti sia stata la causa di un particolare cancro. Il
fumo delle sigarette, fattori dietetici e la luce del sole sono fra le cause di cancro più
probabili. Ma è chiaro che le radiazioni usate in maniera impropria possono aumentare
i rischi per la salute.
D’altra parte, dosi massicce di radiazione direzionate contro un tumore vengono usate in radioterapia per uccidere le
cellule cancerose, mentre dosi ancor più massicce vengono usate per uccidere i batteri nocivi nel cibo e per sterilizzare bende
ed altri materiali per uso medico. Le radiazioni sono diventate uno strumento importante nel nostro mondo moderno. Vedi
anche “L’atomo pacifico” in questa serie.
LA PROTEZIONE DALLE RADIAZIONI
Dal momento che l’esposizione a radiazioni ionizzanti è rischiosa, dovremmo evitarla completamente? Anche se
volessimo, sarebbe impossibile. Abbiamo già detto che le radiazioni sono sempre state presenti nell’ambiente e nel nostro
corpo. Possiamo comunque evitare le esposizioni eccessive.
Ci sono vari strumenti, semplici e sensibili, capaci di rilevare anche minime quantità di radiazione, provenienti da
fonti naturali ed artificiali. Inoltre, abbiamo quattro modi per proteggerci: il tempo, la distanza, la schermatura ed il
contenimento.
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LE RADIAZIONI E LA VITA
Tempo: per le persone che, a causa del loro lavoro, sono esposte a radiazioni oltre alla naturale radiazione di sottofondo, la
dose viene ridotta ed il rischio di malattia quasi eliminato limitando il tempo di esposizione.
Distanza: con lo stesso meccanismo per il quale il calore emesso da un fuoco diminuisce se ci si allontana da esso, l’intensità
di una radiazione diminuisce con l’aumentare della distanza dalla fonte della radiazione.
Schermatura: barriere di piombo, calcestruzzo o acqua forniscono una buona protezione dalle radiazioni penetranti, come i
raggi gamma. I materiali radioattivi quindi vengono spesso riposti o maneggiati sotto acqua o vengono controllati a distanza in
stanze costruite con spessi strati di calcestruzzo o rivestite di piombo.
Contenimento: i materiali radioattivi vengono confinati in spazi più ristretti possibile e vengono tenuti lontani dall’ambiente
esterno. Gli isotopi radioattivi per uso medico, ad esempio, vengono somministrati in ambienti appositi, chiusi, mentre i
reattori nucleari operano all’interno di sistemi chiusi da barriere multiple che contengono i materiali radioattivi. Le stanze
vengono mantenute ad una pressione atmosferica inferiore, di modo che qualsiasi infiltrazione avvenga verso la stanza e non
verso l’esterno.
Protezione radiologica
La maggior parte degli Stati ha i propri sistemi di protezione dalle radiazioni, spesso basati sulle raccomandazioni
dell’International Commission on Radiological Protection (I.C.R.P.)1. Da più di cinquanta anni, l’autorità dell’I.C.R.P.
proviene dal rilievo scientifico dei suoi membri e dal valore delle sue raccomandazioni.
I tre punti chiave delle raccomandazioni dell’I.C.R.P. sono:
• Nessun trattamento deve essere adottato se la sua introduzione non produce un beneficio nettamente
positivo.
• Tutte le esposizioni devono essere mantenute basse ed ottenute ragionevolmente, tenendo conto dei
fattori economici e sociali.
• L’equivalente di una dose per gli individui non deve eccedere i limiti raccomandati dalla
Commissione per le circostanze appropriate
Gli standard australiani per la protezione dalle radiazioni sono basati sulle raccomandazioni dell’I.C.R.P. sia per la
categoria occupazionale che per quella pubblica.
L’I.C.R.P. raccomanda che la dose massima permissibile in un’esposizione per motivi occupazionali sia di 20 millisievert
annui in media per 5 anni (ossia 100 milliSievert), con un tetto massimo di 50 milliSievert in un anno singolo. Per
l’esposizione dei normali cittadini, il limite è di 1 milliSievert annuo in media per 5 anni. Per entrambe le categorie, le cifre
sono oltre ai livelli di sottofondo ed al di sopra di essi ed escludono l’esposizione per motivi medici.
In Australia, le regole per la protezione dalle radiazioni sono stabilite dagli Stati e dai Territori ed anche
dall’Environment Protection (Nuclear Codes) Act2 del 1978. Tre “Codici per la pratica” sono stati redatti da un comitato
congiunto Commonwealth - States Consultative per ricoprire:
• la protezione dalle radiazioni nelle miniere e le fabbriche di materiali radioattivi grezzi
• il trasporto sicuro di sostanze radioattive
• la gestione di scorie radioattive provenienti da miniere e fabbriche di materiali radioattivi grezzi
Altre informazioni sull’argomento, insieme a link per le fonti straniere, si trovano nelle istruzioni dell’U.I.C. su “Le
radiazioni ed il ciclo del carburante nucleare”
URANIUM INFORMATION CENTRE Ltd.
A.C.N. 005 503 828
GPO Box 1649N, Melbourne 3001
Australia
phone (03) 9629 7744
fax (03) 9629 7207
email: [email protected]
Ultima revisione: agosto 1998
1
Commissione Internazionale per la Protezione Radiologica
Atto di protezione ambientale (Codice nucleare)
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