USA: attenzione sui siti contaminati da Plutonio

Semaforo rosso per la greenway

Un corridoio faunistico progetta di collegare due siti Superfund presso l'ex impianto di plutonio Rocky Flats e il Rocky Mountain Arsenal che un tempo produceva armi chimiche. La gente del posto teme che la contaminazione residua possa diffondersi.

Una scultura a grandezza naturale del "Cavallo della Guerra Fredda" sorveglia l'ex sito dell'impianto di produzione del plutonio di Rocky Flats, con lo skyline di Denver sullo sfondo. La scultura è realizzata in acciaio, fibra di vetro ed epossidica. (scultura e foto di Jeff Gipe)<

Di John Abbotts

14 marzo 2025 - FONTE

A settembre, il consiglio comunale di Westminster, Colorado, ha votato di non finanziare un ponte pedonale e un sottopassaggio nel sito di Rocky Flats a causa di preoccupazioni sulla contaminazione residua del suolo da plutonio e altri materiali pericolosi. Nel processo, il consiglio comunale ha ritirato circa $ 200.000 di sostegno finanziario per lo sviluppo del progetto, noto come Rocky Mountain Greenway.

L'US Fish and Wildlife Service ha proposto la greenway per collegare i rifugi della fauna selvatica al Rocky Mountain Arsenal tramite sentieri escursionistici attraverso il rifugio Two Ponds fino a Rocky Flats, con l'intenzione di collegarsi in seguito al Rocky Mountain National Park. Ma il piano è controverso: sia Rocky Flats che l'Arsenal sono ancora nella National Priorities List dell'US Environmental Protection Agency, identificati dal 1987 come siti di bonifica "Superfund" che contengono contaminazione residua.

L'esercito statunitense fondò l' Arsenal per produrre armi chimiche a supporto degli sforzi della seconda guerra mondiale e, negli anni '90, il governo federale affittò parte dell'Arsenal alla Shell Chemical Co. per produrre fertilizzanti e pesticidi. Nel 1952, la Commissione per l'energia atomica iniziò le operazioni a Rocky Flats come impianto federale per armi atomiche, producendo inneschi di plutonio per bombe all'idrogeno. (Una bomba all'idrogeno o bomba H usa la fissione nel primario, uranio o plutonio, per innescare il secondario in una reazione di fusione che combina due nuclei atomici per formare un singolo nucleo più pesante, rilasciando una quantità di energia molto maggiore.) Le operazioni iniziarono in gran parte in segreto a Rocky Flats, situato in un'area scarsamente popolata a 16 miglia controvento e in salita rispetto alla città di Denver. Ma alla fine degli anni '70, il pubblico divenne più informato sulle operazioni dell'impianto e il movimento contrario alle armi atomiche iniziò a concentrarsi sull'impianto, organizzando proteste e azioni di disobbedienza civile.

Edifici del plutonio della Rocky Flats Plant (area "700") nel 1988. L'edificio 707 (edificio a forma di L nell'angolo in alto a destra) era la principale struttura di produzione e assemblaggio del plutonio della centrale. National Park Service

I lavoratori di Rocky Flats ispezionano il caveau di stoccaggio del plutonio nell'edificio 707. Utilizzano il recuperatore XY automatizzato per selezionare e recuperare il plutonio metallico dal caveau di stoccaggio per la distribuzione ad altri processi nell'edificio. Dipartimento dell'energia

Impianto sud del Rocky Mountain Arsenal, circa 1970. L'impianto produceva sia munizioni convenzionali che chimiche, tra cui fosforo bianco, napalm, gas mostarda e gas cloro. In seguito, l'esercito affittò le strutture dell'Arsenal a industrie private per produrre fertilizzanti e pesticidi. National Park Service

Verso la fine degli anni '80, quando il programma federale di bonifica in entrambi i siti era stato avviato, i lavori erano già iniziati sul nuovo Denver International Airport sui terreni del Rocky Mountain Arsenal e i sobborghi di Denver si erano costantemente estesi verso ovest, in direzione di Rocky Flats. Di conseguenza, in ogni sito c'era consenso sul fatto che una bonifica accelerata avrebbe protetto in modo più efficace l'area metropolitana e gli standard di bonifica erano più flessibili rispetto a un "uso senza restrizioni" per sviluppare rifugi nazionali per la fauna selvatica in ogni sito. Le conseguenze furono una contaminazione residua, soprattutto a Rocky Flats, dove non c'era limite alla quantità di plutonio rimasta sotto sei piedi di terreno in un'area industriale recintata dal pubblico e con il terreno circostante convertito in un rifugio per la fauna selvatica. Questa "bonifica a basso costo" a Rocky Flats, oltre a una serie di insabbiamenti di incidenti nel sito, creò una continua sfiducia e controversia sugli usi successivi alla bonifica vicino a Rocky Flats. Città e cittadini si opposero a diverse proposte di riutilizzo, anche sulla questione dell'accesso pubblico al rifugio. Ora si teme che la proposta di una greenway (un sentiero tra i due tratti) possa facilitare la contaminazione incrociata, trasportando materiale radioattivo dal sito di Rocky Flats alla proprietà chimicamente pericolosa di Arsenal e viceversa.

Mappa concettuale per Rocky Mountain Greenway, Colorado. Contea di Jefferson, Colorado

Contaminazione, poi un raid

Ciascuno dei due siti Rocky Mountain ha una storia controversa. Al Rocky Mountain Arsenal, i contaminanti chimici sono stati identificati come pesticidi organoclorurati, simili al DDT e ai suoi cugini chimici, di cui Rachel Carson aveva messo in guardia nel suo classico libro del 1962 Silent Spring . Altri contaminanti nel sito includono metalli pesanti, organofosfati e pesticidi carbammati, con ciascuna di queste classi di pesticidi nota per essere neurotossica, insieme a un pot-pourri di altri contaminanti chimici nelle falde acquifere .

Per quanto riguarda Rocky Flats, un articolo del 1972 del radiochimico Edward Martell e di uno dei suoi colleghi del National Center for Atmospheric Research di Boulder, Colorado, riportava che appena a est del confine del sito i livelli di plutonio 239 e americio 241 radioattivi erano "fino a centinaia di volte superiori a quelli dei test nucleari". Nel 1969, un incendio ben visibile presso l'impianto di lavorazione del plutonio del sito diede il via a un monitoraggio esterno; all'epoca, si presumeva che l'incendio fosse la fonte della contaminazione rilevata. In seguito, la Commissione per l'energia atomica fu costretta ad ammettere che un incendio del 1957 in un edificio separato per il recupero del plutonio o perdite da fusti contenenti rifiuti contaminati da plutonio erano più probabilmente la fonte della contaminazione del suolo esterno.

Un barile per lo stoccaggio dei rifiuti, inclinato di lato, mostra corrosione e perdite sulla piazzola 903. La piazzola era la principale fonte di contaminazione da plutonio e americio presso il sito dell'impianto Rocky Flats. Dipartimento dell'energia

I fusti di rifiuti contenenti solventi e oli contaminati da plutonio sono immagazzinati all'esterno su terreno nudo presso la piazzola 903 nel 1962. In totale, oltre 8.000 fusti di rifiuti sono stati immagazzinati in tutti gli edifici di Rocky Flats, di cui 4.000 solo su questa piazzola. I fusti sono stati rimossi nel 1967 e nel 1968. Dipartimento dell'energia

I lavoratori procedono al campionamento del terreno presso la piazzola 903 circa nel 2005, dopo che i bidoni dei rifiuti sono stati rimossi e una piazzola di asfalto è stata installata per controllare la diffusione della contaminazione. Dipartimento dell'energia

Quando l'impianto di Rocky Flats era ancora in funzione, accettava metallo contaminato da un altro impianto della Atomic Energy Commission. Nel processo di trattamento e seppellimento dei rifiuti, Rocky Flats rilasciò trizio in un corso d'acqua vicino, contaminando la fonte di acqua potabile per la città e la contea di Broomfield, cinque miglia a ovest dell'impianto. La contaminazione si verificò per più di un decennio fino al 1970; il trizio non fu rilevato fino al 1973 .

Nel 1986, gli emendamenti alla legislazione Superfund hanno ampliato l'autorità dell'Environmental Protection Agency (EPA) per supervisionare la bonifica delle strutture federali contaminate. L'anno seguente, l'agenzia ha designato Rocky Mountain Arsenal come sito Superfund.

Poi, nel giugno 1989, l'FBI e l'EPA fecero irruzione nell'impianto di Rocky Flats in risposta alle accuse di molteplici crimini ambientali nel sito. Dopo un'indagine, la produzione di plutonio terminò e l'EPA designò Rocky Flats come sito Superfund nello stesso anno. Nel 1992, Rockwell International, l'appaltatore incaricato della gestione del sito, si dichiarò colpevole di crimini ambientali e pagò una multa di 18,5 milioni di dollari .

Piani di bonifica contestati

Le agenzie di regolamentazione responsabili della bonifica ambientale, l'ufficio Region 8 dell'EPA, con sede a Denver, e il Dipartimento della Salute Pubblica e dell'Ambiente del Colorado, hanno certificato la bonifica come parzialmente completata in ogni sito. Le "parti responsabili" sono ora l'esercito degli Stati Uniti per l'Arsenal e il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti per Rocky Flats.

Al Rocky Mountain Arsenal, la bonifica si è estesa fino a 10 piedi sotto la superficie, considerata una profondità sufficiente per impedire agli animali che scavano tane di diffondere la contaminazione chimica diffusa lì. Nel 2010, le agenzie di regolamentazione hanno stabilito che alcune parti dell'Arsenal erano sufficientemente bonificate per fungere da National Wildlife Refuge e hanno trasferito la gestione della proprietà designata allo US Fish and Wildlife Service. Quel servizio ha trasferito una piccola mandria di bisonti da un'area nazionale nel Montana, e i bisonti continuano ad abitare il rifugio.

L'esercito mantiene la responsabilità di un'area centrale, insieme a luoghi contaminati più piccoli coperti per il monitoraggio e la bonifica delle falde acquifere. Nel 2019, il Dipartimento della Salute Pubblica del Colorado ha citato in giudizio Shell e l'esercito presso la Corte Distrettuale degli Stati Uniti per sostanze chimiche pericolose provenienti dall'Arsenal che fuoriuscivano nelle falde acquifere. La causa sosteneva che erano stati trovati livelli pericolosi di pesticidi organoclorurati, metalli pesanti, solventi clorurati e aromatici e prodotti di degradazione di agenti chimici e sottoprodotti di fabbricazione nelle falde acquifere. Il contenzioso su quel caso è ancora in corso .

A Rocky Flats, la controversia sulle passate attività del sito si è estesa alla sua bonifica, con alcuni oppositori che hanno definito i piani proposti come "esca e cambio". All'inizio del processo di bonifica, il Dipartimento dell'Energia ha finanziato un comitato consultivo che, a sua volta, ha istituito un gruppo di lavoro "futuri utilizzi del sito". Una delle raccomandazioni del gruppo di lavoro era che la contaminazione residua da plutonio fosse ripulita fino al livello di fondo, per proteggere i futuri residenti della zona, indipendentemente da quanto tempo ci sarebbe voluto. Tuttavia, i funzionari statali hanno valutato che una bonifica rapida che convertisse alcune aree in un National Wildlife Refuge fosse l'approccio auspicabile per proteggere le aree metropolitane esterne che si espandevano verso i confini del sito.

I lavoratori di Rocky Flats insacchettano e riconfezionano i residui nel 2002. Dipartimento dell'Energia

Fusti di rifiuti riconfezionati a Rocky Flats in attesa del trasferimento in un altro sito del complesso di armi nucleari del Dipartimento dell'Energia. Governo degli Stati Uniti

I lavoratori usano lo "Sludge Daddy" per rimuovere gli ultimi 95.000 galloni di fanghi da un edificio di Rocky Flats nel febbraio 2004. Dipartimento dell'energia

Il Dipartimento dell'Energia e gli enti regolatori federali e statali del sito hanno concordato di limitare i costi totali di bonifica e hanno stabilito un limite di contaminazione residua del plutonio nei primi tre piedi di terreno e un limite superiore tra tre e sei piedi. (Non c'era alcun limite di contaminazione al di sotto dei sei piedi.) Questi limiti erano sufficienti per qualificare le aree esterne di Rocky Flats come National Wildlife Refuge e quelle aree sono state rilasciate al Fish and Wildlife Service nel 2006. Da allora, la controversia è rimasta perché la contaminazione residua è troppo alta per usi illimitati di Rocky Flats.

Opposizione alla greenway

La città di Westminster è ora il terzo governo municipale a esprimere preoccupazione per la contaminazione residua a Rocky Flats. Nel 2016, la città di Superior, a nord del sito, ha votato per ritirarsi dal Rocky Mountain Greenway, una sovvenzione e un progetto del Federal Lands Access Program. La città e la contea di Broomfield hanno seguito l'esempio nell'ottobre 2020, approvando all'unanimità una risoluzione per il ritiro dal Greenway. Il consiglio comunale di Broomfield ha assunto un consulente ambientale per condurre il campionamento del suolo lungo il Greenway proposto e la risoluzione ha espresso preoccupazione per gli alti livelli di plutonio rilevati nel suolo. Dopo la risoluzione, la città ha dichiarato che non avrebbe contribuito con i 105.000 $ che avrebbero dovuto essere destinati al progetto Greenway e non avrebbe consentito lavori di costruzione correlati al Greenway sulla proprietà di Broomfield.

La città di Broomfield si è anche opposta a un'altra proposta post-bonifica, la Jefferson Parkway Highway Authority, descritta sulla sua pagina web come una "strada a pedaggio regionale di proprietà pubblica e finanziata privatamente". La strada proposta passerebbe appena fuori dal rifugio per la fauna selvatica, che era il confine orientale dell'ex impianto di plutonio. L'autorità del parco non aveva in programma di campionare il terreno nelle vicinanze finché sia ​​Broomfield che un comitato consultivo dei cittadini non hanno raccomandato di farlo prima dell'inizio dei lavori. L'autorità ha quindi iniziato a campionare e, a settembre 2019, ha segnalato un campione contenente 264 picocurie di plutonio per grammo. (Un picocurie è un trilionesimo di un curie, una misura della radioattività.) Questo era molto più alto del limite massimo di 50 picocurie per grammo per la contaminazione superficiale all'interno dell'ex zona industriale. Sebbene questo fosse l'unico campione sopra il limite, data la precedente resistenza dell'autorità al campionamento, la comunità ha perso fiducia nella sicurezza del progetto.

Il consiglio comunale di Broomfield ha votato all'unanimità a febbraio 2020 per ritirarsi dalla Jefferson Parkway Association, rimuovendo un pagamento annuale di $ 70.000 nel processo. Nel 2022, la contea di Jefferson e la città di Arvada hanno citato in giudizio Broomfield in risposta, sostenendo che il parkway non poteva continuare senza la continua partecipazione di quella contea. Ma un giudice del tribunale distrettuale del Colorado ha respinto quella causa a dicembre 2023, esortando le parti a negoziare sulla partecipazione di Broomfield. La città e la contea di Broomfield hanno espresso soddisfazione per quella decisione e il futuro del parkway è stato descritto come "incerto".

Rifugi per la fauna selvatica di Rocky Flats (ovest, area di accesso pubblico in blu scuro) e Rocky Mountain Arsenal (est). Il rifugio nazionale per la fauna selvatica di Two Ponds è piccolo e senza etichetta, a ovest di Westminster. L'aeroporto internazionale di Denver si trova a est del rifugio Rocky Mountain Arsenal e le aree popolate confinano con ciascuno dei tre rifugi. I partner rimanenti per la Rocky Mountain Greenway sono le contee di Jefferson e Boulder e le città di Boulder e Arvada. US Fish & Wildlife Service

In una mossa di escalation, nel gennaio 2024, il capitolo statale del Colorado dei Physicians for Social Responsibility e altri cinque gruppi hanno intentato una causa federale a Washington DC, cercando di impedire alla greenway di passare attraverso Rocky Flats. I querelanti hanno cercato di impedire alla US Federal Highway Administration, allo US Fish and Wildlife Service e ai rispettivi dipartimenti di gabinetto (Trasporti e Interni) di costruire un sentiero di otto miglia attraverso l'area più pesantemente contaminata dal plutonio del rifugio per la fauna selvatica. (La denuncia presupponeva che la greenway sarebbe partita da Westminster, ma la decisione più recente di quella città di ritirare i fondi sembra richiedere un percorso diverso.) Secondo la denuncia, la città di Boulder ha suggerito almeno dal 2016 che il percorso della greenway eviti completamente Rocky Flats .

Il giudice presidente, Timothy J. Kelley, ha respinto la richiesta di ingiunzione preliminare avanzata dai querelanti nel settembre 2024. Il caso è ora in attesa del processo.

Finora, le preoccupazioni per Rocky Flats e il suo rifugio per la fauna selvatica hanno già limitato l'accesso del pubblico al rifugio. Da aprile 2018, il Denver School District, il più grande della zona, ha proibito ai suoi quasi 100.000 studenti di visitare Rocky Flats durante le gite scolastiche. Altri distretti scolastici, tra cui quello di Boulder, avevano precedentemente emesso ordini simili per proteggere i loro studenti.

Rocky Flats wildlife refuge nel 2011 dopo che l'ex centrale è stata smantellata e il sito ripulito. Dipartimento dell'Energia

Non è ancora chiaro come l'amministrazione Trump considererà la partecipazione pubblica, le proteste pubbliche e lo stato di diritto a Rocky Flats e in altri siti Superfund. Il nuovo Segretario all'Energia, Chris Wright, è l'ex amministratore delegato di una società di fracking con sede a Denver, un noto critico del cambiamento climatico , ed è stato nei consigli di amministrazione di EMX Royalty, una società canadese che cerca royalties dall'estrazione mineraria , e Oklo, Inc., che progetta piccoli reattori nucleari modulari . Wright è ora responsabile della supervisione della produzione di armi atomiche, della bonifica di ex stabilimenti di armi e della politica energetica degli Stati Uniti in generale. Non è chiaro come Wright interagirà con gli attivisti per la pace del Colorado e i gruppi per la protezione ambientale preoccupati per l'ex stabilimento di armi contaminato dal plutonio a Rocky Flats. Ma la lotta sul futuro di questo sito storico sembra tutt'altro che finita.

John Abbotts è un ex ricercatore scientifico presso l'Università di Washington, che analizza le questioni di politica pubblica connesse alla bonifica ambientale presso... Leggi di più

Elenco isotopi radioattivi dispersi nell'ambiente e radiotossicità

Di seguito un elenco approssimativo degli isotopi più rilevanti dispersi nell'ambiente dall'inizio dell'era atomica, ordinati in base a una valutazione complessiva della pericolosità (tenendo conto della radiotossicità, della modalità di emissione, della capacità di bioaccumulo e dei danni associati) e delle patologie a loro collegate:

1. Plutonio-239 e Altri Actinidi (es. Plutonio-240, Americio-241)

   • Pericolosità: Altissima
   • Caratteristiche:
     • Emissione di particelle alfa ad alta LET (Linear Energy Transfer), che, se inalate o ingerite, possono causare danni cellulari significativi.
     • Lunga emivita (decine di migliaia di anni), che comporta un rischio persistente per lungo tempo.
   • Patologie Correlate:
     • Elevato rischio di sviluppare cancro polmonare (se inalato), cancro osseo e altri tumori solidi.

2. Stronzio-90

   • Pericolosità: Molto elevata
   • Caratteristiche:
     • Si comporta in modo simile al calcio, accumulandosi nelle ossa e nei denti.
     • Emissione di particelle beta che, localmente, possono danneggiare i tessuti ossei.
   • Patologie Correlate:
     • Aumento del rischio di cancro osseo, leucemia e danni al midollo osseo.

3. Cesio-137

   • Pericolosità: Elevata
   • Caratteristiche:
     • Emissione di radiazioni beta e gamma; la componente gamma è particolarmente penetrante e contribuisce alla contaminazione ambientale.
     • Solubilità in acqua che facilita la sua diffusione e il trasferimento attraverso la catena alimentare.
   • Patologie Correlate:
     • Rischio aumentato di vari tumori solidi, effetti sul sistema immunitario e danni ai tessuti esposti a radiazioni ionizzanti.

4. Iodio-131

   • Pericolosità: Moderata (con rischi specifici)
   • Caratteristiche:
     • Emissione di particelle beta e radiazioni gamma; la sua breve emivita (~8 giorni) limita la durata della contaminazione, ma il suo comportamento biochimico porta ad un accumulo selettivo.
     • Si concentra nella tiroide, sfruttato per trattamenti medici, ma che in caso di contaminazione ambientale è un grave problema.
   • Patologie Correlate:
     • Cancro alla tiroide, ipertiroidismo, e altri disturbi della funzione tiroidea, specialmente nei bambini.

5. Trizio (Idrogeno-3)

   • Pericolosità: Relativamente bassa in termini di energia rilasciata, ma con rischi a lungo termine in caso di esposizione cronica
   • Caratteristiche:
     • Emissione di particelle beta a bassa energia; tuttavia, la sua facile integrazione nell'acqua lo rende quasi indistinguibile dall'acqua "normale" nell'ambiente e nei tessuti biologici.
   • Patologie Correlate:
     • Rischio a lungo termine di sviluppare tumori e possibili danni genetici dovuti all'esposizione cronica, anche se il rischio immediato è inferiore rispetto agli isotopi precedenti.

Note Importanti:

• L’ordine presentato è approssimativo e può variare in base a specifiche condizioni di esposizione (quantità, vie d’ingresso, durata, misure di contenimento) e alla biodisponibilità degli isotopi.
• La pericolosità effettiva di ciascun isotopo dipende anche dal contesto ambientale: ad esempio, isotopi come l’iodio-131, pur avendo una breve emivita, possono essere estremamente dannosi se concentrati nella tiroide, soprattutto in popolazioni vulnerabili.
• Alcuni altri isotopi (come il Cesio-134 o il Carbonio-14) sono presenti in tracce ma, in generale, sono meno rilevanti in termini di danno immediato e accumulo biologico rispetto a quelli elencati.
• Le patologie correlate, in particolare il rischio di cancro, sono legate all’effetto cumulativo delle radiazioni ionizzanti, la natura degli isotopi e il percorso di bioaccumulo nei tessuti.

Questa panoramica intende fornire un quadro generale delle principali sostanze radioattive disperse dall'inizio dell'era atomica, evidenziando come le proprietà fisiche e chimiche di ciascun isotopo determinino differenti livelli di rischio e tipologie di danno per la salute umana.

URANIO

L'uranio è sicuramente un elemento chiave nell'ambito dell'energia nucleare e della contaminazione ambientale, ma il suo profilo di rischio si differenzia rispetto agli isotopi elencati in precedenza. Ecco alcune considerazioni:

1. Radioattività e Tossicità Chimica

   • L'uranio possiede una radioattività relativamente bassa per unità di massa rispetto, ad esempio, al plutonio o al cesio.
   • Tuttavia, l'uranio è anche un metallo pesante e la sua tossicità chimica (in particolare per il rene) rappresenta un rischio significativo in caso di esposizione prolungata.

2. Isotopi dell'Uranio

   • Gli isotopi principali sono l'uranio-238 (circa il 99,3% dell'uranio naturale) e l'uranio-235 (circa lo 0,7%).
   • Entrambi hanno emivite estremamente lunghe (migliaia di milioni di anni), il che significa che rimangono nell'ambiente per tempi geologici, sebbene l'attività specifica sia bassa.

3. Contesto di Contaminazione

   • Nei test nucleari e negli incidenti, l'uranio può essere rilasciato come parte del combustibile o come materiale da arricchimento.
   • Le contaminazioni da fallout tendono a concentrarsi maggiormente su isotopi di fissione (come stronzio, cesio e iodio) e su elementi di attivazione, mentre l'uranio è presente in quantità maggiori nei rifiuti solidi e nei residui di combustibile.

4. Implicazioni per la Salute

   • L'esposizione all'uranio può comportare sia effetti radiologici (anche se meno intensi rispetto ad altri isotopi) sia effetti tossici dovuti alla sua natura chimica, come danni renali.
   • Le patologie associate includono un potenziale aumento del rischio di tumori (anche se in modo meno diretto rispetto agli isotopi altamente radioattivi) e danni agli organi a causa della tossicità chimica.

Conclusione
L'uranio rientra sicuramente nel quadro delle sostanze pericolose disperse nell'ambiente dall'inizio dell'era atomica, ma viene spesso valutato su due fronti: il rischio radiologico e quello chimico. La nostra classifica si è concentrata sugli isotopi che, a causa della loro alta attività specifica e della loro propensione ad accumularsi nei tessuti (come plutonio, stronzio, cesio, iodio e trizio), presentano un rischio immediato e diretto in termini di fallout nucleare. L'uranio, pur essendo pericoloso, soprattutto per la sua tossicità chimica e la persistenza nell'ambiente, è generalmente considerato meno acuto in termini di radiazioni per unità di massa.

Quindi, l'uranio non è da escludere dal discorso: è un componente critico della contaminazione nucleare, ma il suo profilo di rischio differisce e viene analizzato con criteri specifici legati sia alla radioattività che alla tossicità chimica.

IL TEMPO NON È  GALANTUOMO

Per valutare come il rischio cambi nel tempo quando si considerano non solo gli isotopi primari ma anche i loro prodotti di decadimento, è necessario analizzare le catene di decadimento mediante le quali si trasformano nel tempo. Ecco alcuni punti chiave per comprendere questo complesso meccanismo:

1. Equazioni di Bateman e Equilibrio Secolare

   • La dinamica dei decadimenti radioattivi lungo una catena si descrive mediante le equazioni di Bateman. Queste permettono di calcolare, per ciascun isotopo figlio, la sua attività in funzione del tempo, considerando il decadimento del genitore.
   • In molti casi, se il genitore ha un’emivita molto lunga rispetto ai suoi figli, si instaura un equilibrio secolare: i prodotti di decadimento raggiungono una quantità tale che la loro attività (cioè la quantità di radiazioni emesse per unità di tempo) diventa simile a quella del genitore.

2. Andamento del Rischio nel Tempo

   • Fase Iniziale: Dopo una dispersione, gli isotopi primari spesso presentano un’elevata attività. Tuttavia, molti dei loro prodotti di decadimento hanno emivite brevi e, se sono particolarmente radioattivi, possono far registrare un picco iniziale di rischio.
   • Periodo di Transizione: Con il passare del tempo, i figli a breve emivita si accumulano fino a raggiungere l’equilibrio con il genitore. In questa fase il rischio può rimanere elevato, o addirittura apparire aumentato, se i prodotti di decadimento sono più radiotossici o più facilmente incorporati biologicamente rispetto al materiale originale.
   • Fase a Lungo Termine: Alla fine, man mano che il materiale primario (e quindi anche il contributo dei suoi figli) decade progressivamente, il rischio complessivo diminuisce. Tuttavia, questo processo può richiedere decenni, secoli o addirittura millenni, a seconda delle emivite coinvolte.

3. Esempi Pratici

   • Cesio-137:
     Il cesio-137 decade in Bario-137m, che ha un’emivita di pochi minuti e poi passa a Bario-137 stabile. In questo caso, il rischio a lungo termine è principalmente legato alla quantità di cesio-137 ancora presente, con il picco iniziale dovuto alla presenza transitoria di Bario-137m, ma senza una “sorpresa” prolungata.
   • Plutonio-239:
     Il plutonio-239 (emivita ~24.100 anni) ha una serie di prodotti di decadimento intermedi (come l’americio-241, con un’emivita di circa 432 anni) che possono accumularsi e presentare rischi particolari. Quindi, sebbene l’attività iniziale del plutonio sia relativamente bassa a causa della sua lunga emivita, alcuni dei suoi figli potrebbero essere più radiotossici e raggiungere un picco relativo in una finestra temporale che aumenta il rischio a medio termine.
   • Uranio e la Sua Catena di Decadimento:
     L’uranio, pur essendo meno attivo per unità di massa grazie alle sue lunghe emivite, decade attraverso una serie di isotopi (come il torio, il radio e il radon) che possono avere un impatto notevole, soprattutto il radon-222, che è un gas facilmente inalabile e collegato a un aumento del rischio di cancro polmonare. In questo caso, il rischio non è immediato ma può emergere con il tempo a causa della formazione e della dispersione di un isotopo particolarmente pericoloso come il radon.

4. Considerazioni Finali

   • Rischio Temporale Dinamico: Il rischio complessivo da una contaminazione nucleare non segue una semplice legge di decrescita. Mentre la radioattività totale tende a diminuire nel tempo in base alle leggi del decadimento esponenziale, la presenza di prodotti di decadimento — alcuni dei quali possono essere più dannosi in certe vie di esposizione (come inalazione o integrazione nella catena alimentare) — può temporaneamente aumentare il rischio.
   • Importanza del Contesto Ambientale: Le modalità con cui gli isotopi e i loro figli si diffondono nell’ambiente, la loro solubilità, il modo in cui vengono assorbiti dagli organismi viventi e le specifiche condizioni locali (come venti, umidità e caratteristiche del suolo) giocano un ruolo cruciale nell’effettiva evoluzione del rischio.

In Sintesi:

Se si somma l'effetto degli isotopi primari e dei loro prodotti di decadimento, il rischio inizialmente può essere molto elevato a causa dei prodotti a breve emivita che si accumulano rapidamente.

 Successivamente, quando si instaura un equilibrio secolare, il rischio tende a rimanere costante finché il genitore è presente, per poi decrescere lentamente man mano che il materiale primario si esaurisce. In termini pratici, questo significa che, a lungo termine, il rischio complessivo diminuisce, ma vi possono essere finestre temporali (spesso a medio termine) in cui il contributo di isotopi particolarmente dannosi (come alcuni prodotti della catena del plutonio o del decadimento dell’uranio che genera radon) può rappresentare un rischio significativo per la salute.

Il calcolo quantitativo richiederebbe l’applicazione specifica delle equazioni di Bateman e una valutazione dettagliata della radiotossicità di ciascun isotopo, ma il quadro generale evidenzia che il profilo del rischio è dinamico e dipende fortemente dalla composizione dell’insieme degli isotopi, dalle loro emivite e dalle modalità di esposizione umana.

È possibile stimare delle "finestre temporali dannose" utilizzando modelli matematici basati sulle equazioni di Bateman, che descrivono il decadimento di una catena radioattiva. Tuttavia, la precisione di tali stime dipende da molteplici fattori:

1. Emivita degli Isotopi e dei Loro Prodotti

   • Isotopi a breve emivita (come l'iodio-131) raggiungono un picco di attività – e quindi di rischio – nelle prime settimane dopo il rilascio.
   • Isotopi a lunga emivita (come il plutonio-239) possono inizialmente apparire meno pericolosi, ma i loro prodotti di decadimento (ad esempio, l'americio-241, con un'emivita di circa 432 anni) possono accumularsi, creando un aumento del rischio a medio termine (decenni).

2. Catene di Decadimento

   • Le equazioni di Bateman consentono di calcolare la quantità residua di ogni isotopo figlio in funzione del tempo, in base alla quantità iniziale e alle rispettive emivite.
   • In condizioni di equilibrio secolare, il rischio associato ai prodotti di decadimento può stabilizzarsi per un certo periodo prima di iniziare a diminuire.

3. Vie di Esposizione e Condizioni Ambientali

   • Il rischio effettivo per la salute umana dipende anche da come e in che misura gli isotopi (e i loro prodotti) vengono inalati, ingeriti o assorbiti attraverso la pelle.
   • Fattori come la solubilità, la dispersione nell'ambiente (ad esempio, a causa dei venti) e il meccanismo di bioaccumulo nelle catene alimentari giocano un ruolo fondamentale nel determinare l'impatto temporale.

4. Esempi Pratici

   • Iodio-131: Il picco di pericolosità si verifica nelle prime settimane, soprattutto per il rischio specifico alla tiroide.
   • Cesio-137: Dopo un rilascio, il rischio è elevato all'inizio, per poi stabilizzarsi e decadere gradualmente, ma la contaminazione può persistere per decenni a causa della solubilità in acqua e del trasferimento attraverso la catena alimentare.
   • Plutonio-239 e Americio-241: Il rischio diretto del plutonio può essere basso inizialmente, ma l'accumulo di americio-241 può portare a una finestra di rischio maggiore a medio termine.
   • Uranio e il Radon: Il rischio da radon, che si forma dal decadimento dell'uranio, dipende fortemente dalle condizioni ambientali locali (ad esempio, in ambienti chiusi) e può variare notevolmente nel tempo.

Conclusioni
In linea teorica, è possibile calcolare delle finestre temporali in cui il rischio combinato degli isotopi e dei loro prodotti di decadimento raggiunge un picco. Tuttavia, queste stime richiedono dati specifici sui livelli iniziali di contaminazione, sui meccanismi di dispersione e sulle modalità di esposizione della popolazione. In altre parole, mentre i modelli matematici forniscono una base teorica, l'applicazione pratica richiede studi dettagliati e locali che considerino tutte le variabili ambientali e biologiche coinvolte.

EQUILIBRIO SECOLARE: DA POCHI GIORNI A MIGLIAIA DI ANNI

L'equilibrio secolare si verifica quando un isotopo padre e i suoi prodotti di decadimento raggiungono una condizione in cui il tasso di produzione dei radionuclidi figli è uguale al loro tasso di decadimento. Questo avviene quando l'emivita del nuclide padre è molto più lunga rispetto a quella dei suoi prodotti di decadimento.

Calcolo dell’equilibrio secolare per gli isotopi considerati

Per ogni catena di decadimento, possiamo determinare il tempo necessario affinché si raggiunga una condizione di equilibrio, che dipende dalle emivite degli isotopi coinvolti.

1. Uranio-238 (U-238) e la sua catena di decadimento

• Isotopo padre: Uranio-238 (U-238) – Emivita: 4,468 miliardi di anni
• Principali isotopi figli:
  • Torio-234 (24,1 giorni)
  • Protoattinio-234m (1,17 minuti)
  • Uranio-234 (245.500 anni)
  • Torio-230 (75.400 anni)
  • Radio-226 (1.600 anni)
  • Radon-222 (3,8 giorni)
  • Polonio-210 (138 giorni)
  • Piombo-206 (stabile)

Tempo per equilibrio secolare: Essendo l’U-238 molto più longevo di tutti i suoi prodotti di decadimento, questi ultimi raggiungono un equilibrio con il radionuclide padre in tempi variabili:

• Il Radon-222 raggiunge l'equilibrio in pochi giorni.
• Il Radio-226 impiega circa 10.000 anni per stabilizzarsi rispetto all’U-238.

Dopo qualche decina di migliaia di anni, tutti i membri della catena saranno in equilibrio con l’uranio-238.

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2. Uranio-235 (U-235) e la sua catena di decadimento

• Isotopo padre: Uranio-235 (U-235) – Emivita: 703,8 milioni di anni
• Principali isotopi figli:
  • Protattinio-231 (32.760 anni)
  • Attinio-227 (21,77 anni)
  • Torio-227 (18,72 giorni)
  • Francio-223 (22 minuti)
  • Radio-223 (11,43 giorni)
  • Radon-219 (3,96 secondi)
  • Piombo-207 (stabile)

Tempo per equilibrio secolare: Il processo per raggiungere l'equilibrio è più veloce rispetto all'U-238, ma servono comunque migliaia di anni prima che il Protattinio-231 si stabilizzi.

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3. Plutonio-239 (Pu-239) e la sua catena di decadimento

• Isotopo padre: Plutonio-239 – Emivita: 24.110 anni
• Principali isotopi figli:
  • Uranio-235 (703,8 milioni di anni)
  • Protattinio-231 (32.760 anni)
  • Attinio-227 (21,77 anni)
  • Segue la catena di U-235.

Tempo per equilibrio secolare: Molti prodotti di decadimento hanno emivite relativamente brevi, ma il plutonio-239 stesso impiega decine di migliaia di anni per raggiungere un equilibrio significativo.

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4. Cesio-137 (Cs-137) e la sua catena di decadimento

• Isotopo padre: Cesio-137 – Emivita: 30,17 anni
• Principali isotopi figli:
  • Bario-137m (2,55 minuti) → Bario-137 (stabile)

Tempo per equilibrio secolare: L'equilibrio viene raggiunto in poche ore, dato che il decadimento del Bario-137m è quasi istantaneo rispetto al Cs-137.

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5. Stronzio-90 (Sr-90) e la sua catena di decadimento

• Isotopo padre: Stronzio-90 – Emivita: 28,79 anni
• Principali isotopi figli:
  • Ittrio-90 (64,1 ore) → Zirconio-90 (stabile)

Tempo per equilibrio secolare: Si raggiunge l'equilibrio in meno di una settimana.

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6. Iodio-131 (I-131) e la sua catena di decadimento

• Isotopo padre: Iodio-131 – Emivita: 8,02 giorni
• Principali isotopi figli:
  • Xeno-131m (11,84 giorni) → Xeno-131 (stabile)

Tempo per equilibrio secolare: L'equilibrio si raggiunge in poche settimane.

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Conclusioni

• Isotopi a lunga vita (U-238, U-235, Pu-239): Impiegano migliaia o milioni di anni per stabilizzarsi.
• Isotopi a vita intermedia (Cs-137, Sr-90): Equilibrio in pochi decenni.
• Isotopi a vita breve (I-131, Rn-222): Equilibrio in giorni o settimane.

Gli isotopi a lunga emivita rappresentano un rischio persistente per decine di migliaia di anni, mentre quelli a vita breve hanno un impatto acuto ma di durata limitata.

CALCOLO DELL'EQUILIBRIO SECOLARE

L'equilibrio secolare si verifica quando un isotopo padre e i suoi prodotti di decadimento raggiungono una condizione in cui il tasso di produzione dei radionuclidi figli è uguale al loro tasso di decadimento. Questo avviene quando l'emivita del nuclide padre è molto più lunga rispetto a quella dei suoi prodotti di decadimento.

Calcolo dell’equilibrio secolare per gli isotopi considerati

Per ogni catena di decadimento, possiamo determinare il tempo necessario affinché si raggiunga una condizione di equilibrio, che dipende dalle emivite degli isotopi coinvolti.

1. Uranio-238 (U-238) e la sua catena di decadimento

• Isotopo padre: Uranio-238 (U-238) – Emivita: 4,468 miliardi di anni
• Principali isotopi figli:
  • Torio-234 (24,1 giorni)
  • Protoattinio-234m (1,17 minuti)
  • Uranio-234 (245.500 anni)
  • Torio-230 (75.400 anni)
  • Radio-226 (1.600 anni)
  • Radon-222 (3,8 giorni)
  • Polonio-210 (138 giorni)
  • Piombo-206 (stabile)

Tempo per equilibrio secolare: Essendo l’U-238 molto più longevo di tutti i suoi prodotti di decadimento, questi ultimi raggiungono un equilibrio con il radionuclide padre in tempi variabili:

• Il Radon-222 raggiunge l'equilibrio in pochi giorni.
• Il Radio-226 impiega circa 10.000 anni per stabilizzarsi rispetto all’U-238.

Dopo qualche decina di migliaia di anni, tutti i membri della catena saranno in equilibrio con l’uranio-238.

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2. Uranio-235 (U-235) e la sua catena di decadimento

• Isotopo padre: Uranio-235 (U-235) – Emivita: 703,8 milioni di anni
• Principali isotopi figli:
  • Protattinio-231 (32.760 anni)
  • Attinio-227 (21,77 anni)
  • Torio-227 (18,72 giorni)
  • Francio-223 (22 minuti)
  • Radio-223 (11,43 giorni)
  • Radon-219 (3,96 secondi)
  • Piombo-207 (stabile)

Tempo per equilibrio secolare: Il processo per raggiungere l'equilibrio è più veloce rispetto all'U-238, ma servono comunque migliaia di anni prima che il Protattinio-231 si stabilizzi.

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3. Plutonio-239 (Pu-239) e la sua catena di decadimento

• Isotopo padre: Plutonio-239 – Emivita: 24.110 anni
• Principali isotopi figli:
  • Uranio-235 (703,8 milioni di anni)
  • Protattinio-231 (32.760 anni)
  • Attinio-227 (21,77 anni)
  • Segue la catena di U-235.

Tempo per equilibrio secolare: Molti prodotti di decadimento hanno emivite relativamente brevi, ma il plutonio-239 stesso impiega decine di migliaia di anni per raggiungere un equilibrio significativo.

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4. Cesio-137 (Cs-137) e la sua catena di decadimento

• Isotopo padre: Cesio-137 – Emivita: 30,17 anni
• Principali isotopi figli:
  • Bario-137m (2,55 minuti) → Bario-137 (stabile)

Tempo per equilibrio secolare: L'equilibrio viene raggiunto in poche ore, dato che il decadimento del Bario-137m è quasi istantaneo rispetto al Cs-137.

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5. Stronzio-90 (Sr-90) e la sua catena di decadimento

• Isotopo padre: Stronzio-90 – Emivita: 28,79 anni
• Principali isotopi figli:
  • Ittrio-90 (64,1 ore) → Zirconio-90 (stabile)

Tempo per equilibrio secolare: Si raggiunge l'equilibrio in meno di una settimana.

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6. Iodio-131 (I-131) e la sua catena di decadimento

• Isotopo padre: Iodio-131 – Emivita: 8,02 giorni
• Principali isotopi figli:
  • Xeno-131m (11,84 giorni) → Xeno-131 (stabile)

Tempo per equilibrio secolare: L'equilibrio si raggiunge in poche settimane.

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Conclusioni

• Isotopi a lunga vita (U-238, U-235, Pu-239): Impiegano migliaia o milioni di anni per stabilizzarsi.
• Isotopi a vita intermedia (Cs-137, Sr-90): Equilibrio in pochi decenni.
• Isotopi a vita breve (I-131, Rn-222): Equilibrio in giorni o settimane.

Gli isotopi a lunga emivita rappresentano un rischio persistente per decine di migliaia di anni, mentre quelli a vita breve hanno un impatto acuto ma di durata limitata.

CALCOLO DI PRODUZIONE DEL RADIO

You said:

Se ho una tonnellata di Uranio 238 quanto tempo ci vuole perché un grammo diventa Radio ?

ChatGPT said:

Per calcolare quanto tempo impiega una tonnellata (1000 kg) di Uranio-238 (U-238) per trasformarsi in 1 grammo di Radio-226 (Ra-226), dobbiamo considerare la catena di decadimento e il tasso di produzione del radio.

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1. Catena di decadimento dell'Uranio-238

L'U-238 decade attraverso una serie di isotopi intermedi prima di trasformarsi in Ra-226. I passaggi principali sono:

• U-238 (4,468 miliardi di anni) → Torio-234 (24,1 giorni)
• Torio-234 → Protoattinio-234m (1,17 minuti)
• Protoattinio-234m → Uranio-234 (245.500 anni)
• Uranio-234 → Torio-230 (75.400 anni)
• Torio-230 → Radio-226 (1.600 anni)

Il passaggio critico è Torio-230 → Radio-226, perché il torio-230 si accumula lentamente prima di decadere in radio-226.

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2. Calcolo della produzione di Radio-226

L'emivita dell'U-238 è 4,468 miliardi di anni, quindi il tasso di decadimento è:

$$\lambda = \frac{\ln(2)}{4,468 \times 10^9 \text{ anni}} = 1,55 \times 10^{-10} \text{ anni}^{-1}$$

Il numero iniziale di atomi in 1 tonnellata (1000 kg) di U-238:

$$N_0 = \frac{1000 \times 10^3 \text{ g}}{238 \text{ g/mol}} \times 6,022 \times 10^{23} \text{ atomi/mol}$$ $$N_0 \approx 2,53 \times 10^{27} \text{ atomi}$$

Il tasso di decadimento dell'U-238 è:

$$R = \lambda N_0 = (1,55 \times 10^{-10}) \times (2,53 \times 10^{27})$$ $$R \approx 3,9 \times 10^{17} \text{ decadimenti/anno}$$

Ogni atomo di U-238 produce alla fine un atomo di Ra-226, quindi il tasso di produzione del radio è inizialmente 3,9 × 10¹⁷ atomi/anno. Convertiamolo in grammi:

• Massa di un atomo di Ra-226: 226 g/mol / (6,022 × 10²³ atomi/mol) ≈ 3,75 × 10⁻²² g/atomo
• Produzione annuale in grammi:

$$(3,9 \times 10^{17} \text{ atomi/anno}) \times (3,75 \times 10^{-22} \text{ g/atomo})$$ $$\approx 0,015 \text{ g/anno}$$

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3. Tempo necessario per accumulare 1 grammo di Radio-226

Se il tasso di produzione è 0,015 g/anno, il tempo per accumulare 1 grammo di Ra-226 è:

$$t = \frac{1 \text{ g}}{0,015 \text{ g/anno}} \approx 67 \text{ anni}$$

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Conclusione

In circa 67 anni, 1 tonnellata di Uranio-238 produrrà 1 grammo di Radio-226.

"SCORIE A BASSA RADIOATTIVITÀ" CHE RADDOPPIA IN 67 ANNI

You said:

Dopo 67 anni quanto è la radioattività totale della tonnellata di uranio iniziale rispetto all'inizio?

ChatGPT said:

Per confrontare la radioattività totale della tonnellata di Uranio-238 (U-238) iniziale e dopo 67 anni, dobbiamo calcolare l'attività iniziale e quella dopo la formazione di 1 grammo di Radio-226 (Ra-226).

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1. Attività iniziale della tonnellata di U-238

L'attività $A$ è data da:

$$A = \lambda N$$

Dove:

• $\lambda = \frac{\ln(2)}{T_{1/2}}$ è la costante di decadimento,
• $N$ è il numero di atomi presenti.

Abbiamo già calcolato:

• Numero di atomi di U-238 in 1 tonnellata: $$N_0 \approx 2,53 \times 10^{27} \text{ atomi}$$
• Costante di decadimento di U-238: $$\lambda_{U238} = \frac{\ln(2)}{4,468 \times 10^9 \text{ anni}} = 1,55 \times 10^{-10} \text{ anni}^{-1}$$

L'attività iniziale è:

$$A_{U238} = (1,55 \times 10^{-10}) \times (2,53 \times 10^{27})$$ $$A_{U238} \approx 3,9 \times 10^{17} \text{ Bq} \quad (\text{Becquerel})$$

Quindi, la tonnellata di U-238 all'inizio ha circa 390 milioni di Terabecquerel (TBq).

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2. Attività dopo 67 anni

Dopo 67 anni:

• L'U-238 si è ridotto di una quantità trascurabile (poiché il suo T₁/₂ è molto lungo).
• Si è formato 1 grammo di Ra-226.

Attività del Radio-226

• Numero di atomi in 1 grammo di Ra-226:

  $$N_{Ra226} = \frac{1 \text{ g}}{226 \text{ g/mol}} \times 6,022 \times 10^{23} \text{ atomi/mol}$$ $$N_{Ra226} \approx 2,67 \times 10^{21} \text{ atomi}$$

• Costante di decadimento del Ra-226:

  $$\lambda_{Ra226} = \frac{\ln(2)}{T_{1/2}}$$

  Con $T_{1/2} = 1600$ anni:

  $$\lambda_{Ra226} = \frac{\ln(2)}{1600} \approx 4,34 \times 10^{-4} \text{ anni}^{-1}$$

• Attività del Ra-226:

  $$A_{Ra226} = \lambda_{Ra226} \times N_{Ra226}$$ $$A_{Ra226} = (4,34 \times 10^{-4}) \times (2,67 \times 10^{21})$$ $$A_{Ra226} \approx 1,16 \times 10^{18} \text{ Bq}$$

Confronto:

• Attività iniziale della tonnellata di U-238: $3,9 \times 10^{17}$ Bq
• Attività aggiunta dal Ra-226 dopo 67 anni: $1,16 \times 10^{18}$ Bq

Risultato finale

L'attività totale dopo 67 anni è:

$$A_{\text{tot}} \approx 3,9 \times 10^{17} + 1,16 \times 10^{18} \approx 1,55 \times 10^{18} \text{ Bq}$$

---

3. Conclusione: aumenta o diminuisce la radioattività?

Dopo 67 anni, la radioattività è aumentata di circa 4 volte rispetto all'inizio a causa dell'accumulo di Radio-226, che ha un'attività specifica molto più alta dell'U-238.
Nel tempo, l'aumento continuerà finché non si raggiungerà l'equilibrio secolare tra U-238 e i suoi prodotti di decadimento (circa 10mila anni).

ERRORE ?

Errore sulla produzione di Ra-226: Non è possibile ottenere 1 g di Ra-226 da 1000 kg di U-238 in 67 anni. La quantità reale è dell'ordine dei nanogrammi. Errore sull'attività iniziale: L'attività di 1000 kg di U-238 è 3,92⋅10143,92 \cdot 10^{14}3,92 \cdot 10^{14} Bq, non 3,9⋅10173,9 \cdot 10^{17}3,9 \cdot 10^{17} Bq. Il tuo valore iniziale sembra sovrastimato. Quadruplicazione: Con i valori corretti, l'attività non quadruplica in 67 anni, ma raddoppia (a 7,84⋅10147,84 \cdot 10^{14}7,84 \cdot 10^{14} Bq) per l'equilibrio con Th-234 e Pa-234m. Se hai assunto 1 g di Ra-226 come dato iniziale (non prodotto dall'U-238), allora il calcolo dell'attività totale è corretto, ma non è coerente con la formazione da U-238 in 67 anni.

ChatGPT: Ho sovrastimato sia la produzione di Ra-226 che l'attività iniziale dell'U-238. Ora correggiamo i calcoli e analizziamo più accuratamente la radioattività nel tempo, considerando il contributo degli isotopi intermedi della catena di decadimento.

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1. Attività iniziale della tonnellata di U-238

L'attività $A$ è data dalla formula:

$$A = \lambda N$$

Dove:

• $\lambda = \frac{\ln(2)}{T_{1/2}}$ è la costante di decadimento dell'U-238,
• $N$ è il numero di atomi nella tonnellata di U-238.

Dati:

• Massa di U-238: 1000 kg = $1 \times 10^6$ g,
• Peso atomico di U-238: 238 g/mol,
• Numero di Avogadro: $6,022 \times 10^{23}$ atomi/mol,
• Tempo di dimezzamento di U-238: $4,468 \times 10^9$ anni.

Numero di atomi iniziali:

$$N_0 = \frac{1 \times 10^6}{238} \times (6,022 \times 10^{23})$$ $$N_0 \approx 2,53 \times 10^{24} \text{ atomi}$$

Costante di decadimento:

$$\lambda_{U238} = \frac{\ln(2)}{4,468 \times 10^9} \approx 1,55 \times 10^{-10} \text{ anni}^{-1}$$

Attività iniziale:

$$A_{U238} = (1,55 \times 10^{-10}) \times (2,53 \times 10^{24})$$ $$A_{U238} \approx 3,92 \times 10^{14} \text{ Bq}$$

---

2. Produzione di Ra-226 in 67 anni

Il Radio-226 deriva dal decadimento della catena:

$$U-238 \to Th-234 \to Pa-234m \to U-234 \to Th-230 \to Ra-226$$

Dopo 67 anni, il Ra-226 formato sarà una quantità trascurabile, poiché il tempo di dimezzamento del Th-230 è di 75.000 anni. Il flusso di decadimento dalla tonnellata di U-238 è ancora troppo lento per produrre quantità apprezzabili di Ra-226 in soli 67 anni.

Calcolo approssimativo della massa di Ra-226 prodotta:
Sappiamo che la frazione decaduta in 67 anni è:

$$f = 1 - e^{-\lambda t} \approx \lambda t$$

Con $\lambda t \approx 1,04 \times 10^{-8}$ per l’U-238.

Massa trasformata in Th-230:

$$m = f \times 1000 \text{ kg} \approx 1,04 \times 10^{-8} \times 1000$$ $$m \approx 10 \text{ mg di Th-230}$$

Dato che il Th-230 decade con un $T_{1/2}$ di 75.000 anni, solo una frazione di esso diventerà Ra-226 in 67 anni. La quantità risultante di Ra-226 sarà dell'ordine di nanogrammi.

Quindi, il Radio-226 prodotto è insignificante ai fini della radioattività totale dopo 67 anni.

---

3. Aumento della radioattività dopo 67 anni

In questo periodo si stabilisce l'equilibrio con Th-234 e Pa-234m, i primi isotopi della catena.

L'attività totale è data dalla somma delle attività di U-238 e dei suoi prodotti in equilibrio:

$$A_{\text{tot}} \approx 2 A_{U238} = 7,84 \times 10^{14} \text{ Bq}$$

L'attività raddoppia rispetto all'inizio, come da tua giusta osservazione.

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4. Conclusione: il rischio aumenta o diminuisce nel tempo?

• Dopo 67 anni: L'attività raddoppia per via dell'equilibrio con Th-234 e Pa-234m.
• Dopo millenni: Si accumula Th-230, che poi genera Ra-226. L'attività continua ad aumentare gradualmente.
• Dopo milioni di anni: Si raggiunge l’equilibrio secolare tra U-238 e tutti i prodotti di decadimento. A quel punto l’attività totale è circa 14 volte quella iniziale.

Conclusione: Nel breve periodo (67 anni), l'attività raddoppia. Nel lunghissimo periodo, quando tutto il decadimento è in equilibrio, la radioattività diventa molto maggiore rispetto all'inizio, con la generazione di isotopi altamente pericolosi come il Ra-226, che ha alta radiotossicità e tende a concentrarsi nelle ossa.

Stronzio-90

Dopo 67 anni, l'attività del $^{90}Sr$ si è ridotta all'19,8% di quella iniziale.

A causa dell'equilibrio con $^{90}Y$, l'attività totale è circa $6,46 \times 10^{22} Bq$ per 1 kg iniziale di $^{90}Sr$.

Lo Stronzio-90 è particolarmente pericoloso perché si comporta chimicamente come il calcio e si accumula nelle ossa, irradiando i tessuti interni per decenni.

• Patologie Correlate:
  • Aumento del rischio di cancro osseo, leucemia e danni al midollo osseo.

Cesio-137

Dopo 67 anni, la frazione di Cesio-137 rimanente è circa 21,35% rispetto alla quantità iniziale.

• L'attività iniziale per 1 kg di Cesio-137 era circa $1.01 \times 10^{23}$ Bq.
• Dopo 67 anni, l'attività si è ridotta a circa $2.16 \times 10^{22}$ Bq.

Quindi, la radioattività totale è diminuita di circa 78,65% rispetto all'inizio. ​

• Patologie Correlate:
  • Rischio aumentato di vari tumori solidi, effetti sul sistema immunitario e danni ai tessuti esposti a radiazioni ionizzanti.

Trizio

Dopo 67 anni, l'attività si riduce al 2,3% dell'attività iniziale.

Il trizio è solitamente presente in forma di acqua triziata, e le condizioni reali di dispersione ed esposizione possono variare.

• Patologie Correlate:
  • Rischio a lungo termine di sviluppare tumori e possibili danni genetici dovuti all'esposizione cronica, anche se il rischio immediato è inferiore rispetto agli isotopi precedenti.