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Analisi di un campione di suolo da Fukushima

L’Incidente

Sono passati ormai sei anni dal disastro nucleare di Fukushima che si verificò l’11 marzo 2011, in seguito al maremoto e allo tsunami, con la fusione dei noccioli di tre reattori della centrale. L’incidente venne classificato dall’AIEA (Agenzia internazionale per l’energia atomica) al grado 7, il massimo grado della scala, prima raggiunto solo dal disastro di Cernobyl.

La causa scatenante è stata naturale, ma nell’incidente di Fukushima – come in quelli verificatisi nel 1979 a Three Mile Island in Pennsylvania (USA)  e nel 1986 a Chernobyl in Ucraina (URSS) – sono state determinanti le responsabilità umane.

Oltre 150 mila persone furono costrette ad abbandonare le loro case per sfuggire alla contaminazione radioattiva. Di queste, 120 mila persone non hanno ancora fatto ritorno a casa e il processo di decontaminazione sembra non aver fine, perché le montagne coperte di foreste e i fiumi rilasciano continuamente radioattività che raggiunge zone in precedenza decontaminate.
Residui radioattivi si trovano ora in 54 mila diversi siti all’interno della Prefettura di Fukushima, inclusi parcheggi e parchi pubblici. Le stime ufficiali parlano di 15-28 milioni di metri cubi di rifiuti atomici.

Tra i principali isotopi rilasciati nell’ambiente in seguito all’incidente alla centrale nucleare ricordiamo lo Iodio-131, il Cesio-134 e Cesio-137, lo Xenon-133. Di questi assumono particolare rilevanza sanitaria gli isotopi del Cesio a causa del lungo tempo di dimezzamento.

Analisi di un Campione di Suolo Contaminato

Grazie all’amico Luuk della Scionix abbiamo avuto la possibilità di esaminare un campione di suolo proveniente dalla zona di Fukushima investita in pieno dalla nube radioattiva l’11 marzo 2011, subito dopo il disastro.
Si tratta di circa 4 g inglobati in resina epossidica visibile nella immagine a lato.

Abbiamo effettuato l’acquisizione dello spettro gamma con la sonda con cristallo 63×63 mm (il campione di suolo è stato messo a contatto con la sonda) Theremino adapter e Theremino MCA. Lo spettro ottenuto è quello raffigurato nelle immagini sotto. Si nota la presenza del picco in corrispondenza dei 662 KeV del Cesio 137 e del Cesio 134 a circa 800 KeV e vicino ai 600 KeV.

Misura della Attività del Cesio 137 e del Cesio 134

Preliminarmente abbiamo fatto una misurazione calibrando lo spettrometro con una sorgente campione di Cs137, ottenendo una efficienza di 20.8 Bq/CPS, questo significa che il valore ottenuto dal detector va moltiplicato per questo fattore al fine di ottenere l’attività reale del campione espressa in Bequerel.  Successivamente abbiamo messo il campione a contatto con il detector ottenendo lo spettro riportato sotto, nel quale sono presenti i principali picchi gamma del Cesio 137 e del Cesio 134.

Nelle immagini sotto le parti arancioni corrispondono alla ROI attorno ai picchi gamma prescelti.

Cesio 134

Attività a 796 KeV misurata  = 3.36 CPS
Attività a 796 KeV corretta per efficienza detector= 70 Bq
Attività Cesio 134 corretta con frazione γ = 81.9 Bq = 20.5 KBq/Kg

Cesio 137

Attività a 662 KeV misurata  = 39.8 CPS
Attività a 662 KeV corretta per efficienza detector= 827.8 Bq
Attività Cesio 134 a 569 KeV = 81.9 x 15.37% =12.6 Bq
Attività Cesio 134 a 605 KeV = 81.9 x 97.6 % = 80 Bq
Attività Cesio 137 a 662 KeV = 827.8 – 12.6 – 80 = 735.2 Bq
Attività Cesio 137 corretta con frazione γ = 865.3 Bq = 216.3 KBq/Kg

Risulta quindi che per il Cesio 134 il valore di attività è di 20.5 KBq/Kg, mentre per il Cesio 137 è di 216.3 KBq/Kg. E’ interessante a questo punto calcolare il valore iniziale di radioattività, lo possiamo determinare facilmente conoscendo il tempo di dimezzamento del Cesio 137 : 31,2 anni e del Cesio 134 : 2,06 anni.
La costante di decadimento ed il tempo di dimezzamento sono inoltre legati dalla seguente relazione :

λ = ln2 / T1/2 = 0,693 / T1/2

La legge del decadimento radioattivo ci dice che : A(t) = A0 e-λt
Conoscendo A(t), λ, t possiamo facilmente determinare A

Cesio 137 : A=  A(t) / e-λt = 216.3 / e-λt ≅ 252.7 KBq/Kg

Cesio 134 : A=  A(t) / e-λt = 20.5 / e-λt ≅  68 KBq/Kg

Questi sono i valori iniziali di radioattività del suolo dovuti al Cesio 137 ed al Cesio 134 a causa del fallout radioattivo provocato dall’incidente di Fukushima.

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