Valutazioni di dose per manipolazione di ceneri da

Valutazioni di dose per manipolazione di ceneri
da combustione domestica di pellet
F. Trotti1, C. Operti2, P. Sabatini3, G. Agnesod2, L. Belleri1, S. Bucci4, E. Caldognetto1, E. Chiaberto5, M. Forte6, L. Gaidolfi7, M. Garavaglia8, C. Giovani8, M. Magnoni5, L. Minach9, I. Peroni4, C. Pantalone10, R. Rusconi6, R. Sogni7, L. Verdi9
1) Arpa Veneto, 2) Arpa Valle d’Aosta, 3) Arpa Umbria, 4) Arpa Toscana, 5) Arpa Piemonte, 6) Arpa Lombardia, 7) Arpa Emilia Romagna, 8) Arpa Friuli Venezia Giulia, 9) Arpa Bolzano, 10) Arpa Marche
Introduzione
Nell’estate del 2009, a seguito del rinvenimento in Valle d’Aosta di pellet per riscaldamento e di ceneri della sua combustione con valori di concentrazioni di attività di Cs-137 pari rispettivamente a 300 e
30000÷40000 Bq/kg la Procura della Repubblica locale ha aperto un procedimento giudiziario che ha avuto come conseguenza l’avvio di una serie di misurazioni condotte dalle ARPA . Nel pellet in questione, di
provenienza lituana, è stato riscontrato anche Cs-134 in rapporto di concentrazione con il Cs-137 tale da far ricondurre la presenza di sostanze radioattive all’incidente di Chernobyl. Il D.Lgs. 230/95 prevede come
soglia per l’esenzione dalle disposizioni in esso contenute da parte di “pratiche”con sorgenti di radiazioni ionizzanti il rispetto dei criteri di non rilevanza radiologica, corrispondenti, in sostanza, alla dose efficace
all’individuo della popolazione di 10 μSv/a. La presente non è una “pratica” (è un “intervento”, come tale, soggetto a regolamentazione assai flessibile), tuttavia il valore di dose indicato (o le poche decine di μSv/a
come da documenti tecnici internazionali di riferimento – IAEA Safety Series n. 89, 1988, …), consente un raffronto di merito.
Contenuto di radioattività in pellet e ceneri
Nel complesso, le Arpa hanno analizzato 657 campioni di pellet e 187 di ceneri. Tutti i dati sono stati inseriti nel database “Radia”. In tutti i campioni è stato determinato il contenuto di Cs-137 e in due campioni di
ceneri anche quello dello Sr-90. Il rapporto di Cs-137 tra pellet e ceneri ottenute dalla sua combustione è risultato pari circa a 1:100. Lo stesso rapporto è stato utilizzato per determinare la concentrazione di Sr-90 del
pellet a partire dalle sue ceneri. Le Figg.1e 2 presentano i relativi repertori suddivisi per regione, mentre le figg. 3 e 4 illustrano, rispettivamente per pellet e ceneri, le distribuzioni di frequenza dei valori misurati.
Cs-137 (Bq/kg)
Fig. 1
Fig. 3 / a) solo dati > Minima Attività Rilevabile
Fig. 2
Fig. 3 / b) solo dati > 100 Bq/kg
n°
campioni
Media
Mediana
Min
Max
Deviazione
99
standard percentile
Pellet
639a)
22
9.2
0.3
864.4
70.7
314.4
Ceneri
173b)
1625
900
105
45530
3951
12804
Tab.1 Statistiche sulle concentrazioni di Cs-137 nei pellet e nelle ceneri
Scenari per il calcolo della dose
Sono stati modellizzati diversi scenari per valutare l’esposizione di individui della popolazione in relazione all’impiego di pellet e alla manipolazione delle ceneri di combustione. Nell’intento di fornire una valutazione estremamente cautelativa sono stati utilizzati come dati di input valori di concentrazione di Cs-137
e Sr-90 “critici”, mentre gli scenari adottati, anche questi estremamente cautelativi, sono stati tipicamente tratti da IAEA Safety Report Series n. 19 (2001).
Lo Sr-90 è sempre considerato in equilibrio con l’Y-90 (nello scenario 5 è stato ignorato il contributo separato dell’Y-90 perché trascurabile). Per le puntuali
descrizioni degli scenari e indicazioni delle referenze si rimanda la lavoro completo.
Cs-137
Sr-90
(Bq/kg)
Pellet
240
47
Ceneri
24000
4700
Tab. 2 Dati di input per Cs-137 e Sr-90 impiegati per le stime di dose
all’individuo, per il caso “estremo”
Scenario 1 / Inalazione indoor di ceneri
durante la pulizia della stufa
Scenario 2 / Irraggiamento indoor dalle ceneri nella stufa
Scenario 3 / Irraggiamento dal terreno di casa
Individuo che inala le ceneri durante la pulizia della stufa
(5 minuti al giorno) durante la stagione fredda (da ottobre ad aprile)
Individuo che si riscalda nei pressi della stufa (a 50 cm)
per diverse ore (10 al giorno) nella stagione fredda (da ottobre ad aprile)
DCs-137(μSv/a) =(Cash,i· Mash,1l· NL·T· CT· TR·106· e-μ·x)/d2
DSr-90(μSv/a) =[Cash,i· Mash,1l· NL· CT· TR· Ke· (Fsr· Emax,sr + Fy· Emax,y)· R]/d2
IIndividuo che staziona sul terreno di casa - o all’interno della stessa - trattato con
le ceneri del pellet (tutte quelle prodotte in 1 anno di combustione di pellet)
Simbolo
Grandezza
i
Cs-137, Sr-90
Cash,i (Bq/kg)
Concentrazione di
attività nelle ceneri
Rateo di inalazione
BR (m3/h)
IDFi (μSv/Bq)
CT (h/d)
TR (d/a)
RF (kg/m3)
Valore
1.125
-2
Coefficiente di dose
3.9·10 (Cs-137),
per inalazione
1.651·10-1 (Sr-90 + Y-90)
Tempo di pulizia
0.083
giornaliero
Periodo di
210 (ottobre-aprile
riscaldamento annuo
inclusi)
Polverosità
1·10-6
>
Simbolo
Grandezza
I
Cs-137, Sr-90
Cash,i (Bq/kg)
Mash,1l (kg)
NL
Γ(Sv·m2)/(Bq·h)
CT (h/d)
TR (d/a)
Scenario 4 / Ingestione di vegetali coltivati su
terreno fertilizzato con ceneri di pellet
Individuo che consuma, in parte, vegetali cresciuti sul terreno di casa trattato con le ceneri
(tutte quelle di 1 anno di combustione di pellet)
Simbolo
Grandezza
i
Cs-137, Sr-90
Cdep,i (Bq/
m2)
ρ (kg/m2)
Concentrazione superficiale di
attività nel terreno
Densità superficiale del terreno
Valore
Vedi equazione
scenario 3
260
Tsoilveg,i
Fattore di trasferimento suolo- 0.04 (Cs-137), 0.3 (Sr-90)
vegetale
DFi (μSv/ Bq) Coefficiente di dose efficace per
1.3·10-2 (Cs-137),
ingestione
2.83·10-2 (Sr-90+Y-90)
H (kg/a)
Consumo di vegetali cresciuti sul
82
terreno trattato
Esposizione di un individuo che risiede
nei pressi di un utilizzatore di pellet
per riscaldamento
Scenario 5 / Emissione di fumi dal camino
della stufa
L’individuo inala direttamente i fumi del camino, è irraggiato dal suolo interessato
dalla deposizione e consuma vegetali cresciuti sullo stesso
Di(μSv/a) =(Cp,i· Mp· NL· TR· AF· DFi)/(365· 24· 3600)
Simbolo
Grandezza
i
Cs-137, Sr-90
Cp,i (Bq/kg)
Concentrazione di attività
nel pellet
Massa di un sacco di pellet
Mp (kg)
NL
Valore
15
Numero di sacchi bruciati al
2
giorno
TR (d/a)
Periodo di riscaldamento
210 (ottobre-aprile
annuo
inclusi)
AF
Frazione di Cs-137 o Sr-90
0.80
emesso dal camino sul totale
DFi (μSv/a per Bq/
Coefficiente di dose
160 (Cs-137), 51 (Sr-90)
efficace per unità di rilascio
s)
μ (cm-1)
x (cm)
Ke (μGy·cm2/
Bq·MeV·h)
Fsr,y
Emax,sr,y (MeV)
R (Sv/Gy)
Concentrazione di attività
nelle ceneri
Massa ceneri per 1 sacco di
0.04
pellet da 15 kg
Numero di sacchi bruciati al
2
giorno
Costante gamma specifica
8.94·10-14
per il Cs-137
Tempo di permanenza
10
giornaliero presso la stufa
Periodo di riscaldamento
210 (ottobreannuo
aprile inclusi)
Distanza stazionamento
50
stufa
Coefficiente attenuazione
0.553
acciaio
Spessore pareti acciaio
0.5
stufa
Costante gamma specifica
1.25·10-3
per radiazione di
frenamento da emettitori
beta
Frazione di energia delle
5.45·10-3 (Sr-90),
particelle beta convertita in 2.11·10-2 (Y-90)
gamma di frenamento
End point energy
0.59 (Sr-90), 2.28
(Y-90)
Conversione da dose
0.7
assorbita in aria a dose
efficace
Risultati e conclusioni
Simbolo
Grandezza
i
Cs-137, Sr-90
Valore
Cash,i (Bq/kg) Concentrazione di attività nelle
ceneri
2
A (m )
Superficie terreno di casa trattato
con le ceneri
Mash,1l (kg)
Massa ceneri per 1 sacco di
pellet da 15 kg
NL
Numero di sacchi bruciati al
giorno
TR (d/a)
Periodo di riscaldamento annuo
λrid,i (d-1) =
Costante di riduzione presenza
nel suolo
(λd,i + λrimsoil)
-1
λd,i (d )
Costante di decadimento
λrimsoil (d-1)
tashd (d)
Costante di rimozione chimica
nel suolo
Arco temporale esercizio pratica
DFi (Sv/a per Coefficiente di dose efficace per
Bq/m2)
unità di concentrazione
superficiale
SOFcs
Fattore di occupazione e
schermatura per il Cs-137
<
Cwetveg,i(Bq/kg) = (Cdep,i · Tsoilveg,i)/ρ
Concentrazione di attività nel vegetale (peso fresco)
Di(μSv/a) = Cwetveg,i · DFi · Hveg
(ref. “Elementi di Fisica Sanitaria, CNEN, 1971)
d (cm)
Valore
dj,i[Bq/(m2· d)] = [(Cash,i· Mash, 1l· NL)· TR/365]/(A)
Rateo di deposizione al suolo di Cs-137,Sr-90(media annua)
Cdep,i(Bq/m2)= dj,i· (1-e-lrid,i· tashd)/lrid,i
Concentrazione superficiale di Cs-137, Sr-90
Di(μSv/a)= Cdep,i· DFi· SOFi· 106
La massima dose efficace individuale riscontrata dalla somma delle stime
dei singoli scenari è risultata di poco superiore a 10 μSv/a.
Utilizzando come dati di input per il Cs-137 il massimo valore rinvenuto nelle
ceneri (40000 Bq/kg) e il valore del campione di pellet correlato (300 Bq/kg),
le dosi efficaci individuali dovute al Cs-137 per utilizzatore di pellet e per il
suo vicino di casa, crescono rispettivamente del 40 e del 12 %.
Utilizzando per il Cs-137 un dato medio di contaminazione (20 Bq/kg nel pellet e 2000 Bq/kg nelle ceneri) e analogamente per lo Sr-90 (caso “critico”
diviso 12), le dosi efficaci totali individuali, per l’utilizzatore ed il suo vicino,
non superano il μSv/a.
Sono esentate dalla normativa nazionale di radioprotezione le “pratiche”
conformi ai criteri di non rilevanza radiologica corrispondenti, in termini di
dose efficace individuale per il pubblico, a 10 μSv/a. Tale valore rappresenta
un arrotondamento convenzionale rispetto alle poche decine di μSv/a di cui
parlano i documenti tecnici internazionali di riferimento (ad es. IAEA Safety
Series n. 89, 1988). Le dosi di cui alla tabella (ma anche il caso delle ceneri
da 40000 Bq/kg di Cs-137), considerato anche che l’attività di cui si tratta non
è una “pratica” (ma un “intervento”), si collocano dunque in un’area di non
rilevanza radiologica.
SOFsr
Fattore di occupazione per lo
Sr-90
50
0.04
2
210 (ottobre-aprile
inclusi)
2.03·10-4 (Cs-137),
2.05·10-4 (Sr-90)
6.3·10-5 (Cs-137),
6.53·10-5 (Sr-90)
0.00014
365
3.37·10-9 (Cs-137),
3.5·10-9 (Sr-90 + Y-90)
0.125 (1 ora al giorno
outdoor; 10 ore al
giorno indoor con 20%
schermatura delle
pareti)
0.042 (1 ora al giorno
outdoor)
>
Di(μSv/a) =Cash,i · BR · DFi · CT · TR · RF
Si ringrazia ISPRA (nello specifico il collega Giuseppe Menna) per la collaborazione prestata nell’estrazione dei dati analitici su pellet e ceneri da relativa combustione dal database nazionale.
>
Esposizione di un individuo che utilizza pellet per riscaldamento e le relative ceneri
di combustione come fertilizzante
Le stime di dose qui prodotte hanno forti elementi di cautela (ad es. si ipotizza
che per un intero anno siano sempre usati pellet con valori “critici” di Cs-137
e Sr-90 – per 30 anni addirittura nello scenario 5).
Non sembra, tuttavia, opportuno “archiviare” la questione pellet. La statistica
sullo Sr-90 è assai modesta e, secondo alcuni autori, il rapporto tra stronzio
e cesio in pellet e ceneri risulta assai variabile e anche superiore all’unità;
questo potrebbe configurare situazioni con presenza di Sr-90 (per es. nelle
ceneri da 40000 Bq/kg di Cs-137) non trascurabile. Vanno approfonditi i casi
di rinvenimento di pellet con 800 Bq/kg di Cs-137 (quale concentrazione nelle
ceneri?). Possono sussistere, dunque, situazioni che postulano l’adozione di
provvedimenti, anche amministrativi, di cautela.
Tab 3 - Stime di dose efficace annue per l’individuo nel caso più “critico”
Scenario
Inalazione indoor (1)
Dose Cs-137
(μSv/a)
0.02
Dose Sr-90 (μSv/
a)
0.01
Dose totale
(μSv/a)
0.03
Irraggiamento indoor (2)
1.08
0.01
1.10
Irraggiamento dal terreno di
casa (3)
Ingestione di vegetali coltivati
nel terreno di casa (4)
Emissione di fumi dal camino (5)
3.28
0.22
3.50
1.27
4.42
5.69
6.14
0.38
6.52
Utilizzatore di pellet (1÷4)
5.65
4.67
10.32
Vicino di casa (5)
6.14
0.38
6.52