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Propagazione del radon in ambiente

Come entra nell’edificio il gas

Il suolo

Le più comuni vie di accesso del radon dal suolo  sono: i giunti di connessione perimetrali fra solaio a terra e pareti verticali o altri elementi strutturali, la mancata sigillatura delle canalizzazioni degli impianti elettrici o idraulici, le microfessurazioni nel basamento dovute al ritiro dei leganti o da assestamenti strutturali, le fessurazioni dovute all’errata posa di materiali da costruzione, le intercapedini e la discontinuità causate dai giunti di dilatazione.
Il Rn222 ha un tempo di dimezzamento di 3,82 giorni che gli permette di allontanarsi dal punto di formazione e penetrare all’interno dell’edificio prima del suo dimezzamento.
Il pulviscolo atmosferico, il vapore acqueo e i VOC (composti organici volatili) fungono da mezzi sui quali il radon si fa trasportare all’interno dell’edificio o ai piani superiori di esso.

Le tre caratteristiche principali del suolo che determinano la diffusione del gas sono: la permeabilità, lo stato e le condizioni metereologiche.
La permeabilità del suolo dipende dalla densità, dalla porosità e dalle microfratturazioni del suolo stesso. Per stato s’intende la condizione del suolo secco, gelato, bagnato o coperto di neve. Le condizioni metereologiche alterano o semplicemente mitigano l’effetto del radon, il vento diluisce la concentrazione mentre la temperatura dell’aria e la pressione atmosferica possono modificarne alcune proprietà di diffusione.
La grandezza dei pori dovuta dagli spazi vuoti della granulometria nei terreni con alta permeabilità favorisce l’ascesa del radon.  Il terreno umido aumenta il potere emanante ma riduce notevolmente la capacità di risalita a causa dell’acqua e del vapore acqueo. Il suolo secco favorisce il movimento verticale del gas radon non solo perché ne aumenta la permeabilità ma anche perché si creano crepe nel terreno.
La percentuale di radon che esala dal terreno dipende dalla concentrazione di radio presente alla superficie dei granuli. Uno studio effettuato su diversi tipi di depositi glaciali ha portato al seguente risultato:

“…Quando la dimensione dei grani è maggiore di 0,5 mm l’emanazione diminuisce con l’aumentare della granulometria”.

Figura 1: incidenza granulometrica sul potenziale di uscita delle radiadizioni (www.regione.toscana.it)

L’interfaccia suolo-edificio

Possiamo determinare due tipologie di passaggio del radon dal suolo all’edificio: il passaggio diffusivo ed il passaggio convettivo.
Il passaggio diffusivo si basa sul fenomeno descritto dalla legge di Fick:
”Due volumi d’aria, aventi concentrazioni diverse di inquinanti, tendono a diluirsi portandosi a concentrazioni omogenee”.

Se le concentrazioni di radon che si misurano alla fonte sono molto elevate il gas radon tenderà a propagarsi verso l’aria atmosferica o verso l’aria interna d’un edificio. Il fenomeno è altrettanto ancor più significativo se si verifica nel caso di un’interfaccia tra l’edificio e il suolo molto aperta.
Questo spiega perché, anche in assenza di differenza di pressione tra il volume d’aria interno e il suolo, il radon penetra nell’edificio.Il passaggio convettivo si basa sulla differenza di pressione tra il suolo e l’interno dell’edificio.
Tale differenza di pressione è data dal movimento convettivo dell’aria che causa un passaggio verso l’alto del gas radon che viene così aspirato verso l’interno dove giacerà a seconda della frequenza dei ricambi d’aria.
Tra le cause della differenza di pressione più comuni sono l’effetto camino e l’effetto vento.
L’effetto camino è causato dalla differenza di temperatura tra l’interno e l’esterno dell’edificio.
Ad eccezione dei due mesi centrali della stagione estiva la temperatura interna è generalmente superiore rispetto alla temperatura esterna; a maggiore temperatura si ha una pressione interna minore.
Avviene così un’aspirazione del radon e di altri gas presenti nel suolo da parte dell’edificio; maggiore sarà la differenza di temperatura, maggiore sarà la quantità di aria che l’edificio sarà in grado di aspirare.
La differenza di pressione ∆P che ne deriva è data dall’equazione

dove te e ti sono rispettivamente la temperatura esterna ed interna (°C) e  una costante pari a 3462 Pa • °K.

Tale fenomeno dimostra la alta concentrazione di radon nei mesi invernali anche se bisogna considerare che nei mesi invernali lo stile di vita degli utenti tende a non ventilare i locali o a ridurre al minimo i ricambi di aria, soprattutto per  motivazioni energetiche.
L’effetto vento è causato dalla differenza di velocità dell’aria esterna rispetto all’aria interna. La velocità dell’aria interna è, nella maggior parte dei casi, inferiore alla velocità dell’aria esterna riducendo così la pressione e facilitando il fenomeno di aspirazione dei gas presenti nel suolo, tra cui il radon. La pressione esercitata su una parete è data dalla seguente relazione:

in cui Po è la pressione statica nel vento, v la velocità del vento, p è la densità dell'aria e Cp il coefficiente di pressione. Cp si ottiene attraverso esperimenti condotti in galleria del vento e dipende da numerosi fattori quali, direzione del vento, schermi, vicinanza ad una via di comunicazione trafficata, aperture verso l'esterno etc.

Per una differenza di temperatura tra interno ed esterno di 10°C e con una velocità del vento di 5 m/s si ha un  = - 5 Pa. Questa differenza di pressione, anche se di bassa entità, è sufficiente a richiamare il radon dall’esterno, e soprattutto dal suolo, verso l’interno dell’edificio.
La posizione climatica e l’orientamento dell’edificio possono aggravare notevolmente o mitigare la problematica, si pensi alle zone in cui soffiano venti dominanti o zone con un’alta escursione termica. 
La depressione di un edificio può essere alimentata anche da elementi artificiali che utilizzano l’aria interna per creare benessere come: canna fumaria del camino, stufe o caminetti; sistemi aspiranti per il bagno; sistemi di ventilazione per ridurre l’umidità; cappe di aspirazione per cucine; asciugatori di tessuti o biancheria; compressori o macchinari professionali.

I materiali da costruzione
L’incidenza dei materiali da costruzione come sorgente di radon indoor è generalmente poco considerata rispetto a quello del suolo per la difficoltà di poter prevedere la quantità di radio presente nei materiali stessi.
Secondo i dati riportati nel rapporto UNSCEAR dell’anno 2000:
“… il contributo dei materiali da costruzione al valor medio mondiale della concentrazione di radon nelle abitazioni, che è pari a 40 Bq/m3, viene stimato intorno al 15–20 %, mentre quello relativo al suolo, è stimato tra il 40 e il 70 % ”.
Recentemente l’attenzione dei ricercatori per alcuni materiali di origine naturale ha permesso di accertare che possono diventare la principale sorgente di esposizione della popolazione. In Italia i primi studi risalgono agli anni ’80 quando, in particolar nella zona di Orvieto, vennero accertate elevate concentrazioni di radon in edifici costruiti con il tufo.
Anche materiali incorporanti residui di processi industriali o provenienti da trattamento di minerali possono contenere elevate concentrazioni di 226Ra. Tra questi si evidenzia il fosfato di gesso impiegato in edilizia nella preparazione  di isolanti ed intonaci perché economico ma molto più radioattivo del gesso naturale e può raggiungere concentrazione di 226Ra di 600 Bq/Kg.
In generale il potere di emanazione di radon dai materiali dipende dalle concentrazioni di 226Ra ma, in relazione alla composizione chimica e fisica del granulo che lo contiene, può variare di molto la capacità di migrazione dal luogo di generazione. Per i materiali impiegati in edilizia, oltre alla concentrazione di 226Ra, è pertanto importante conoscere il coefficiente di emanazione che indica il rapporto tra il radon esalato rispetto a quello generato.
Esempi significativi di materiali con alto potere di emanazione di radon impiegati nella costruzione di abitazioni sono rappresentati dagli scisti di allume (alum-shale) che in Svezia contengono  concentrazioni fino a 1337 Bq/Kg di 226Ra. Quando si è riscontrato che questi potevano determinare in aria indoor livelli di radon anche 500 volte superiori al normale ne è stato abbandonato l’impiego. 
Uno studio condotto dal laboratorio di Fisica dell’Istituto Superiore di Sanità, parallelo al rapporto UNSCEAR prima citato, dimostra che, attraverso la valutazione delle concentrazioni di TH232, Ra226 e K40, la concentrazione in alcuni materiali da costruzione risulta elevata.
Tra questi materiali rientra la pozzolana, materiale di origine vulcanica estratto nei pressi di Pozzuoli o da cave nella provincia di Roma.
In altri paesi sono da tempo vigenti normative che limitano la concentrazione di radionuclidi nei materiali idonei all’applicazione nel campo delle costruzioni. L’Unione Europea ha emanato un documento di riferimento per le possibili iniziative legislative a livello Comunitario dal titolo “Radiological protection principles consernine the natural radioactivity of buildings materials”.
Il documento considera l'applicazione di restrizioni nell'uso in edilizia di materiali relativamente al loro contenuto di radioattività; si indica che la concentrazione del radio  nei materiali edilizi dovrebbe essere tale da non contribuire a portare livelli di Radon  oltre  200 Bq/m3.
Vengono inoltre  indicati i criteri da applicare al fine di evitare l'impiego di materiali con possibilità di determinare valori dosimetrici agli individui superiori a 1 mSv/anno come dose gamma da irradiazione esterna (è raccomandato il controllo nel range di dose 0,3-1 mSv/anno) e viene  introdotto  l'indice di concentrazione di radioattività come parametro da considerare al fine di classificare i materiali.
Tale documento peraltro non esclude la possibilità che a livello locale, previa valutazione dosimetrica e tenuto conto di ragioni economiche e sociali, possano essere impiegati materiali quali ad esempio il tufo e le pozzolane.

L’acqua

Il radon emanato in prossimità di una falda acquifera può raggiungere l’acqua ed essere trasportato in superficie. La contaminazione delle acque nelle falde è molto variabile e dipende dal tipo di terreno. Acque contenenti radon possono liberarlo nell’ambiente indoor e contribuire alla concentrazione complessiva.
“1000 Bq/l di radon nell’acqua delle condotte aumenterà in media la concentrazione di radon nell’aria di 100 Bq/m3”.
L’esposizione causata dal radon nell’acqua è un fenomeno simile a quello del radon nelle costruzioni; occorre applicare criteri radiologici di protezione analoghi. Nell’acqua sono comunque presenti limitati quantitativi di radon, ma non devono essere adottate azioni correttive se la concentrazione è inferiore a 100 Bq/l. Per dimostrare la conformità allo standard di riferimento della concentrazione di solito è sufficiente una misurazione alla sorgente e non occorrono successive misurazioni nei vari punti di utilizzazione. Non è probabile che la concentrazione di radon nell’acqua al punto di arrivo sia maggiore di quella della sorgente.
A causa della vita relativamente breve del gas radon e dello scambio che si può avere con l’atmosfera, le acque di superficie hanno generalmente basse concentrazioni di radon. Le acque di rete provenienti da pozzo possono perdere parte della concentrazione di radon durante lo stoccaggio e il trasporto. Il rischio maggiore è dovuto a un utilizzo dell’acqua diverso da quello alimentare poiché ha una grande capacità di miscelarsi con l’aria. Il trasporto del radon per mezzo dell’acqua utilizzata per igiene personale o per la cottura dei cibi è favorito dalla produzione di vapore.
Un esempio di tipica concentrazione di radon è dato dai locali delle piscine termali o locali aerosol; questi casi sono soggetti alle leggi della sicurezza nei luoghi di lavoro. Per ridurre la concentrazione del radon trasportato dall'acqua nell'aria si­ può agire in due modi: mediante la riduzione della sorgente ovvero intervenendo sull'aria ambiente cioè cercando di ridurre l'emissione o intervenendo per eliminare il radon dagli ambienti in cui è liberato. Per ridurre la sorgente, le possibilità di intervento sull'acqua sono tre: filtrazione, deposito e degassazione. La filtrazione è un metodo più teorico che pratico; essa consiste nell'utilizzo di filtri, peraltro molto costosi, che trattengono radon e radionuclidi, oltre ad altre sostanze. Questo sistema presenta un grave inconveniente: accumulo di attività nei filtri, con necessità di trattamento successivo secondo le norme previste per i rifiuti radioattivi. Il deposito è il metodo più facile e meno costoso. Consiste nel lasciare in deposito l'acqua per un certo periodo per permettere al radon di decadere. I suoi prodotti restano radioattivi ma non sono volatili non creano problemi alla qualità dell'aria. Nel caso di acque domestiche il sistema di deposito con cisterna non comporta alcun problema, mentre nel caso di acque termali è possibile che il deposito faccia perdere alcune caratteristiche alle acque (pensiamo ad esempio ad acque sulfuree). La degassazione consiste nel far uscire il radon dall'acqua prima di distribuirla al consumo o all'utilizzo. Vi sono diverse tecniche possibili ma anche in questo caso possono verificarsi inconvenienti. In genere la degassazione abbassa il pH e può produrre precipitati che intorpidiscono l'acqua compromettendone alcune proprietà terapeutiche in caso di stabilimenti termali. L'eliminazione del radon trasportato con l'acqua dagli ambienti prevede le stesse possibilità d’intervento viste in precedenza con un aumento della ventilazione dei locali. L'entità del ricambio sarà da valutare in base all'intensità dell'emissione, al volume dell'ambiente, ai risultati che si vogliono raggiungere e alle molte variabili che entrano in gioco e che dovranno essere valutate caso per caso. Ogni situazione deve essere quindi analizzata singolarmente e non deve essere escluso il possibile uso di filtri valutando bene i costi. Il rischio da inalazione del radon è maggiore del rischio d’ingestione poiché le particelle alfa emesse dal radon e dai suoi figli non hanno spazio sufficiente per uscire dall’acqua.
Nella relazione del 1993, L’UNSCEAR ha ritenuto che la dose efficace impegnata da ingerimento di radon presente nell’acqua sia di 10-8 Sv/Bq per un adulto e un’pò più elevata per i bambini e i lattanti.
Nel 1998 il National Research Council ha proposto un fattore di conversione di 0,35 · 10-8 Sv/Bq. Oltre al fattore di conversione, la dose ingerita dipende anche dal consumo annuale di acqua.