Analisi della radioattività

Le sorgenti di radiazioni, che utilizzano sostanze radioattive o generatori di radiazioni, sono utilizzate in tutto il mondo per un'ampia gamma di scopi, tra cui l'industria, la medicina, la ricerca e l'istruzione. Viene utilizzato anche per vari scopi militari. Molte sono sorgenti sigillate, in cui il materiale radioattivo è contenuto ermeticamente o legato all'interno di una capsula o di un involucro idoneo. I rischi posti da queste fonti e materiali variano notevolmente a seconda di fattori quali il radionuclide, la forma fisica e chimica e l'attività. Le sorgenti sigillate, a meno che non siano rotte o soggette a perdite, presentano un rischio solo in caso di esposizione a radiazioni esterne. Tuttavia, le sorgenti sigillate rotte o che perdono, così come i materiali radioattivi non sigillati, possono causare la contaminazione ambientale e l'ingestione di sostanze radioattive nel corpo umano.

I rischi associati all'uso di materiali radioattivi devono essere limitati e protetti mediante l'applicazione di adeguati standard di sicurezza radiologica. Riconoscendo la necessità di un approccio graduale al controllo normativo delle sorgenti di radiazioni, il “Piano d’azione per la sicurezza delle sorgenti di radiazioni e la sicurezza del materiale radioattivo” pubblicato dall’Agenzia internazionale per l’energia atomica ha richiesto lo sviluppo di una categorizzazione.

Lo scopo del sistema di categorizzazione risultante è quello di fornire un sistema semplice e logico per classificare le sorgenti radioattive in base al loro potenziale di danneggiare la salute umana e per classificare le applicazioni in cui queste sorgenti vengono utilizzate in categorie separate.

Lo scopo della categorizzazione delle sorgenti radioattive è quello di fornire una base armonizzata a livello internazionale per un processo decisionale basato sulla valutazione del rischio. Si prevede che il sistema di categorizzazione verrà utilizzato come input per numerose attività legate alla sicurezza delle sorgenti radioattive. Tra questi:

• Sviluppo o miglioramento degli standard di sicurezza internazionali
• Sviluppare o migliorare le infrastrutture di regolamentazione nazionale per soddisfare le condizioni di un paese
• Ottimizzare le decisioni sulle priorità normative entro i vincoli delle risorse
• Ottimizzazione delle misure di sicurezza per le fonti radioattive, incluso il potenziale uso improprio
• Pianificazione e risposta alle emergenze
• Elaborare strategie nazionali per migliorare il controllo sulle fonti radioattive.

Le sorgenti radioattive trovano impiego in un'ampia gamma di applicazioni, tra cui l'industria, la medicina, l'agricoltura, la ricerca e l'istruzione, nonché in ambito militare e di difesa. All'interno di queste varie applicazioni, vi sono numerosi radionuclidi, forme e quantità di materiale radioattivo che devono essere presi in considerazione nel sistema di categorizzazione. Le fonti ad alta attività, se non gestite in modo sicuro e protetto, possono causare gravi effetti deterministici negli individui nel giro di un breve periodo di tempo, mentre è improbabile che le fonti a bassa attività causino tali effetti. Il sistema di categorizzazione fornisce quindi una classificazione e un raggruppamento relativi di risorse e pratiche su cui è possibile basare le decisioni.

In termini generali, il sistema di categorizzazione è importante per le decisioni, sia in senso retrospettivo, per garantire che le risorse esistenti siano tenute sotto controllo o mantenute sotto controllo, sia in senso prospettico, per garantire che le risorse future siano organizzate correttamente.

Dalla scoperta della radioattività sono state sviluppate diverse tecniche:

• Analisi dell'attivazione neutronica
• Analisi della diluizione degli isotopi
• Titolazione radiometrica
• Radiocromatografia
• Radioimmunoanalisi

Tra queste, la tecnica di analisi tramite attivazione neutronica è la più comune. Questa tecnica si basa sulla misurazione della radiazione emessa dal decadimento dei nuclei radioattivi formati dall'irradiazione neutronica del materiale. La sorgente di neutroni più adatta per questo tipo di applicazione è solitamente un reattore di ricerca. I campioni analizzabili con questo metodo provengono da molti settori diversi, quali medicina, nutrizione, biologia, chimica, medicina legale, ambiente ed estrazione mineraria.

L'analisi dell'attivazione neutronica può essere eseguita in diversi modi. Ciò dipende dall'elemento da misurare e dai corrispondenti livelli di radiazione, nonché dalla natura e dall'entità dell'interferenza causata da altri elementi presenti nel campione. La maggior parte dei metodi utilizzati sono metodi non distruttivi basati sul rilevamento delle radiazioni gamma emesse dal materiale irradiato dopo o durante l'irradiazione.

L'analisi di attivazione neutronica è una tecnica altamente sensibile utilizzata per determinare la presenza e la quantità di elementi principali, secondari e in tracce in un campione di materiale. Questa tecnica differisce dagli altri metodi perché si basa sul nucleo dell'atomo e ignora la formulazione chimica, a differenza della spettrometria di massa o dei metodi cromatografici. Questa tecnica richiede una sorgente di neutroni, rilevatori di raggi gamma e una conoscenza approfondita del modo in cui gli elementi rispondono al bombardamento di neutroni.

Ecco alcuni ambiti in cui l'analisi della radioattività è comunemente utilizzata:

• Questo metodo è preferito soprattutto negli studi di ricerca e sviluppo. Circa 65 elementi possono essere rilevati a livelli che vanno da parti per milione a parti per trilione o inferiori. Se la matrice da analizzare non diventa molto radioattiva quando attivata dai neutroni o se la radioattività indesiderata decade rapidamente, spesso è possibile misurare simultaneamente gruppi di oligoelementi.
• Nell'analisi forense, questo metodo ha una notevole esperienza nell'analisi forense dei materiali probatori. Tra gli esempi rientrano frammenti di proiettili, residui di polvere da sparo, plastica, capelli e unghie e materiali geologici. Uno dei principali vantaggi di questa tecnica per la scienza forense è il confronto non distruttivo dei materiali.
• La silice ad alta purezza, il silicio, l'alluminio, altri materiali e composti che non formano radionuclidi a lunga vita, i filtri dell'aria in cellulosa e materiali come la grafite sono matrici eccellenti per l'analisi di attivazione neutronica ad alta sensibilità. Tali materiali possono essere irradiati per ore per determinare numerosi elementi a livelli inferiori al ppb. Tra i campioni analizzati figurano wafer di silicio e biossido di silicio utilizzati nella fibra ottica.
• Nel campo delle separazioni radiochimiche, quantità estremamente basse di alcuni elementi (ad esempio l'iridio) possono essere misurate utilizzando impianti di digestione a microonde e semplici tecniche di separazione chimica.
• Nel laboratorio di analisi ad attivazione neutronica è possibile determinare con elevata sensibilità gli elementi bario, bromo, europio, antimonio, terbio e uranio, nonché cerio, cobalto, cromo, cesio, ferro, lantano, sodio, rubidio, scandio e torio in campioni di terreno, sedimenti, rocce, metalli e minerali.
• Le fonti di radioattività comportano sempre gravi rischi per l'ambiente, il suolo, l'aria, l'acqua e i prodotti agricoli. Mentre gli elementi necessari alla nutrizione vengono prelevati dal terreno, sostanze radioattive finiscono anche nelle piante e quindi nella catena alimentare. Conoscere il contenuto di sostanze radioattive naturali negli alimenti è necessario per stimare la quantità di radiazioni a cui le persone sono esposte a causa del consumo di alimenti.
• Le analisi della radioattività vengono comunemente eseguite su alimenti solidi, come cereali, verdure, latticini e vari beni di consumo, e su alimenti liquidi, come acqua potabile, latte e salse liquide.
• Nelle analisi ambientali, le analisi della radioattività vengono sempre eseguite su campioni di aria e gas simili oppure su campioni di acqua salata, acqua dolce e liquidi simili, nonché su campioni di terreno, sedimenti, sabbia, fauna, flora, ceneri e solidi simili.
• Allo stesso modo, queste analisi sono necessarie per i rifiuti medici, i rifiuti industriali, la carta, la plastica e tutti i tipi di polimeri che si formano dopo il processo.

Il metodo di analisi tramite attivazione neutronica è ampiamente utilizzato nel controllo e monitoraggio ambientale, nell'analisi di campioni ambientali, nella chimica e nella scienza dei materiali, nell'archeologia, nella medicina, nella biologia, nell'analisi alimentare, nella scienza forense, nella storia, nell'antropologia, nella geologia e nella geochimica, nell'industria, nei materiali di riferimento e nell'analisi del controllo qualità e in molti altri campi.

In breve, l'analisi della radioattività si basa sul principio del conteggio dei raggi gamma caratteristici emessi dagli isotopi radioattivi, ottenuti irradiando con neutroni i nuclei degli atomi stabili presenti nel campione, utilizzando rivelatori ad alta risoluzione. In seguito all'analisi degli spettri gamma ottenuti con i raggi gamma conteggiati, viene effettuata l'analisi degli elementi presenti nel campione. Si tratta di un metodo di analisi che consente la determinazione di numerosi elementi (30-40 elementi) contemporaneamente al di sotto delle ppm. In condizioni adeguate, l'incertezza nella determinazione degli elementi è pari allo 0,01 percento.

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