RADIOLOGICO IN CASO DI ATTI OSTILI - radioprotezione.org - Eventi e congressi/2012... · La gestione delle emergenze radiologiche e nucleari: aspetti di radiobiologia CLASSIFICAZIONE

48° Corso della Scuola Superiore di Radioprotezione “Carlo Polvani” LA GESTIONE DELLE EMERGENZE RADIOLOGICHE E NUCLEARI: ASPETTI DI RADIOBIOLOGIA

5-7 novembre 2012 ENEA, Centro Ricerche Casaccia, Roma

STIMA DELL’IMPATTO RADIOLOGICO IN CASO DI ATTI OSTILI

Alessandro Tofani SSD Fisica Sanitaria – Azienda USL 1 di Massa e Carrara

La gestione delle emergenze radiologiche e nucleari: aspetti di radiobiologia

TIPI DI EMERGENZE

ATTI OSTILI

benchmarking

INCIDENTI

caratteristiche comuni

casualità

intenzionalità


CLASSIFICAZIONE DEGLI ATTI OSTILI TERRORISMO NUCLEARE TERRORISMO RADIOLOGICO

prevede l’utilizzo di un ordigno nucleare come arma di distruzione di massa

l’ordigno può essere:

una variante (sabotaggio nucleare) è costituita dall’attacco a un impianto nucleare per produrre il rilascio di radioattività verso l’esterno

già pronto per l’uso (testata nucleare, proiettile nucleare tattico, ecc.)

costruito a partire da materie fissili speciali

non contempla esplosioni nucleari né escursioni di criticità (in alcuni casi non contempla affatto esplosioni)

prevede 2 modalità di attuazione principali:

irraggiamento esterno con

sorgenti di elevata attività

contaminazione di persone, ambienti e cose (dirty bomb, sabotaggio, inquinamento di alimenti e bevande, ecc.)


SCENARI DI ATTI OSTILI d

ose

co

llett

iva

potenza esplosiva

IND

ordigno nucleare

smoky bomb

sabotaggio radiologico

RED sabotaggio

nucleare

RDD


CONFRONTO TRA INCIDENTI E ATTI OSTILI

caratteristica incidenti atti ostili

termine sorgente noto? spesso sì spesso no

luogo di occorrenza noto? non sempre aree densamente popolate

tempo di occorrenza noto? no ore di massimo affollamento

eventi multipli? improbabili possibili

PRA applicabile? sì solo in parte

esistenza di precedenti? sì pochi casi


BENCHMARKS

scenario benchmark

ordigno nucleare/IND bombardamenti atomici di Hiroshima

e Nagasaki (1945)

RDD incidente radiologico di Goiânia

(1987)

RED incidenti radiologici di Lilo (1997),

Tammiku (1994), Soreq (1990), San

Salvador (1989) , Saintes (1981) ecc.

sabotaggio nucleare incidenti nucleari di Fukushima

(2011), Chernobyl (1986) e Three

Mile Island (1979)

contaminazione di persone caso Litvinenko (2006), incidente di

Gore (1988)


LA PERCEZIONE DEL RISCHIO - 1

Clauset et al. On the Frequency of Severe Terrorist Events


LA PERCEZIONE DEL RISCHIO - 2

Da: Nuclear Terrorism: Threat Briefing. Harvard Kennedy School – Belfer Center (2010)


INTEGRAZIONE DELL’APPROCCIO BASATO SU PRA


RANKING DEGLI SCENARI OSTILI - 1

A. Tofani e M.

Bartolozzi.

Ranking Nuclear

and Radiological

Terrorism

Scenarios: the

Italian Case. Risk

Analysis 28(5),

pagg. 1431-1443

(2008)

V

la situazione in Italia

R=rango

(rank)

dello

scenario


RANKING DEGLI SCENARI OSTILI - 2

nuclear terrorism

radiological terrorism

A. Tofani e M.

Bartolozzi.

Ranking Nuclear

and Radiological

Terrorism

Scenarios: the

Italian Case. Risk

Analysis 28(5),

pagg. 1431-1443

(2008)


SABOTAGGIO CON INCENDIO - 1

contesti interessati detentori di sostanze radioattive,

trasporti di sostanze radioattive

parametri tipologia e attività della sorgente,

carico d’incendio, condizioni meteo

modalità di irraggiamento contaminazione interna,

irraggiamento esterno

evento iniziatore incidente o atto ostile (sabotaggio)

impatto radiologico generalmente modesto


SABOTAGGIO CON INCENDIO - 2 valutazione dell’impatto radiologico:

codice HotSpot (National Atmospheric

Release Advisory Centre, USA)

o pennacchio gaussiano con deposizione

al suolo e risospensione

o incorpora fattori di conversione per

inalazione, ingestione e sommersione

nube

o 7 classi di stabilità per i modelli

atmosferici

output: distribuzione di TEDE

(Total Effective Dose Equivalent)

TEDE = Hp(10) + E(50) = Hp(10)ext + Hp(10)sub + Sjh(j)inh×Ainh + Sjh(j)ing×Aing

irraggiamento esterno contaminazione interna

SABOTAGGIO CON INCENDIO - 3 Dispersione in atmosfera di una compressa di 131I da 3.7 GBq per terapia

radiometabolica

1 mSv

TEDE > 1 mSv (limite di dose per la

popolazione) entro 30 m dal punto

di rilascio in atmosfera

impatto radiologico funzione della

distribuzione della popolazione

nell’intorno del punto di rilascio

Città ab./km2 S (mSv)

Napoli 8200 1.7

Milano 7300 1.5

Roma 2200 0.4

impatto radiologico

(dose collettiva S)


INQUINAMENTO DI RISORSE IDRICHE - 1


contesti interessati detentori di sostanze radioattive non

sigillate

parametri tipologia, attività e solubilità della

sorgente, bacino di utenza delle

risorse idriche

modalità di irraggiamento contaminazione interna,

irraggiamento esterno

evento iniziatore calamità naturale o atto ostile

impatto radiologico generalmente modesto

INQUINAMENTO DI RISORSE IDRICHE - 2


dose efficace impegnata giornaliera

A. Tofani e M.

Bartolozzi.

Ranking

Nuclear and

Radiological

Terrorism

Scenarios:

the Italian

Case. Risk

Analysis

28(5), pagg.

1431-1443

(2008)

Nuclide A (TBq) S50 (man Sv)

H*

131I 1 80 5

137Cs 74 2200 130

* solo effetti stocastici

impatto radiologico

(dose collettiva impegnata S50)

Np=1.5×104, Nd=1, W=400 l, wd=1.5 l

SORGENTI DI ELEVATA ATTIVITÀ - 1


incidenti atti ostili

jamming di sorgenti per

radioterapia

incidenti in irraggiatori

industriali o da ricerca

incidenti di trasporto

sorgenti orfane

sorgenti

nascoste

sorgenti

accoppiate

ad esplosivo

sabotaggio

(incendio)

Radiation

Exposure

Device

smoky

bomb

Radiological

Dispersal

Device

dirty

bomb



jamming di sorgenti per radioterapia: l’incidente radiologico di

Saintes (Francia, 1981)

un tecnico presso l’ospedale di Saintes sta cambiando la sorgente di 60Co da 137 TBq (3700 Ci) di una macchina per telecobaltoterapia

a seguito di un guasto, la sorgente di 60Co cade sul pavimento del

bunker

il tecnico raccoglie la sorgente e la tiene in mano per circa 11 secondi

le mani del tecnico ricevono una dose superiore a 100 Gy (dose media 25

Gy) e vengono entrambe amputate

un altro lavoratore nella stanza riceve dosi elevatissime alle mani e

anch’esse devono essere amputate

un terzo lavoratore riceve dosi elevate che comportanto l’amputazione

di 3 dita

altri 8 lavoratori presenti nel bunker ricevono dosi al corpo intero

comprese tra 10 mSv e 1 Sv



jamming di sorgenti per radioterapia: l’incidente radiologico di

Saintes (Francia, 1981)

J.C. Nenot. Overview of the Radiological Accidents in the World, Updated December 1989.

INT. J. RADIAT. BIOL., 1990, VOL . 57, NO. 6, 1073-1085



Radiation Exposure Device (RED)

arma radiologica costituita

da una sorgente non

schermata di elevata

attività (tipicamente,

gamma-emettitrice)

nascosta in un ambiente

ad alta frequentazione di

pubblico allo scopo di

irraggiare deliberatamente

un gran numero di persone

ignare della sua presenza

fino a provocarne danni da

radiazione di gravità

variabile, inclusa la morte

per sindrome acuta da

radiazioni (SAR)

Sorgente di 192Ir nascosta sotto il sedile di una

vettura della metropolitana (fonte: REMM,

http://www.remm.nlm.gov/red.htm#figure3)



Impatto radiologico di un RED

A. Tofani. Assessing the Radiological Impact of

Radiation Exposure Devices. Risk Analysis 31(4),

pagg. 566-577 (2011)

per ambienti piccoli il movimento

delle persone amplifica gli effetti

rispetto al caso statico

l’attacco può essere reiterato fino a

che la sorgente non viene scoperta

la rilevazione della sorgente può

avvenire o per monitoraggio

diretto degli ambienti a rischio o

indirettamente inferendone la

presenza da pazienti con

sintomatologia da radiazioni



RED nascosto in uno stadio

in assenza di monitoraggio diretto, è di

fondamentale importanza:

o formare il personale sanitario addetto

al triage

o implementare sistemi di biodosimetria

per lo screening rapido dei possibili

esposti

A. Tofani. Assessing the Radiological Impact of

Radiation Exposure Devices. Risk Analysis 31(4), pagg.

566-577 (2011)



Radiological Dispersal Device (RDD, noto anche come dirty bomb)

arma radiologica costituita da una sorgente

radioattiva accoppiata ad esplosivo

convenzionale che ne produce la frammentazione

e la dispersione nell’ambiente

effetti attesi:

o contaminazione di persone, cose ed ambiente

(prevalente)

o irraggiamento esterno (dai frammenti di

sorgente radioattiva)

o danni fisici associati all’esplosione (ferite,

fratture, ustioni)

o effetti psicologici (panico, paura)



impatto radiologico di un RDD

M. Durante e L. Manti. Estimates of radiological risk from a terrorist

attack using plutonium. Radiat Environ Biophys 41, pagg. 125-130

(2002)

1 kg WGPu +

0.45 kg HE

10 mSv

50 mSv

100 mSv nuclide H

239Pu 30a

80b

137Cs 40-60c

60a

180d

60Co 30a

a) Tofani e Bartolozzi (2008)

b) Durante e Manti (2002)

c) Dombroski e Fischbeck (2006)

d) DHS (2005)



impatto radiologico di un RDD vs attacchi B e C

M. Durante e L. Manti. Estimates of radiological risk from a terrorist attack using plutonium.

Radiat Environ Biophys 41, pagg. 125-130 (2002)

incidente di

Sverdlovk

(1979)

antrace

1000 morti

attacco

terroristico di

Tokio (1995)

gas nervino

(sarin)

11 morti

5500 colpiti,

alcuni con

danni

permanenti

IMPIANTI NUCLEARI - 1


o reattori nucleari da ricerca (in attività)

o reattori nucleari in fase di decommissioning

o depositi di materie fissili e combustibile nucleare esaurito

SCENARI

incidenti

Loss of Coolant Accident (LOCA)

escursione di criticità

atti ostili

sabotaggio (esplosione, incendio)

irraggiamento esterno (circoscritto)

rilascio di radioattività nell’ambiente



G. Bunn et al. Research Reactor Vulnerability to sabotage by terrorists. Science and Global

Security 11, pagg. 85-107 (2003)

tiroide corpo intero



A. Tofani e M. Bartolozzi. Ranking Nuclear and Radiological Terrorism Scenarios: the Italian Case. Risk Analysis 28(5),

pagg. 1431-1443 (2008)

o reattore da ricerca TRIGA Mark II (250 kW) c/o LENA (Pavia)

odeposito plutonio ( 4 kg 239Pu) c/o ENEA-Casaccia (Roma)

Pavia Roma

(prov.)

ORDIGNI NUCLEARI - 1


furto di testata nucleare e sua detonazione

massima resa ipotizzata per un ordigno

utilizzabile da terroristi < 20 KT

bomba “Little Boy” sganciata su Hiroshima: 12.5 KT ad uranio, gun type

bomba “Fat Man” sganciata su Nagasaki: 21 KT a plutonio, implosion type per uno yield di 20 KT

sono necessari:

o1525 kg di 235U

o5 kg di 239Pu

testata nucleare tattica M-338“Davy Crockett” dispiegata durante la guerra fredda: 0.010.02 KT



acquisizione di materie fissili per realizzare un IND (Improvised

Nuclear Device)

Nuclear suitcase

o yield ipotizzato 0.11 KT

o massa < 30 kg

o proiettile nucleare tattico da artiglieria

oppure

qualche kg 239Pu, 235U, 233U



detonazione parziale (“fizzle”)

o inizio anticipato della reazione nucleare a catena in una massa

supercritica dovuto a neutroni “accidentali”

o riduce fortemente lo yield di un ordigno nucleare rispetto al valore

nominale

o tutti gli ordigni nucleari hanno una probabilità di fizzle > 0

o la probabilità di fizzle è maggiore per ordigni “lenti” (gun type) o

costruiti con materie fissili ad elevata autoemissione di neutroni

(combustibili nucleari)

implosion type 0.5 KT

fizzle 20 KT

gun type 0.010.02 KT



tipologie di effetti

residua effetti immediati

e tardivi

effetti

onda d’urto danni meccanici

impulso e.m.

(EMP)

danni apparecchiature

elettroniche

radiazione

termica ustioni e cecità

radiazione

nucleare

iniziale sindrome

da radiazioni



tipologie di effetti

Effetti della detonazione nucleare in

funzione della distanza e dello yield

(http://www.johnstonsarchive.net/nuclear

/effectsgraph.html)

yield massimo

ipotizzabile

nuclear suitcase

(max)

nuclear suitcase

(min)

fizzle

20

KT



distanze per effetti significativi da esplosioni nucleari

distanza per il 50% di mortalità (m) distanza per 4 Gy di dose assorbita (m) yield (KT)

onda d’urto ustioni (flash) e n iniziali fallout entro 1 ora

10-2 60 60 250 1270

10-1 130 200 460 2750

100 275 610 790 5500

101 590 1800 1200 9600

S. Glasstone e P.J. Dolan.The Effects of Nuclear Weapons, a cura di (U.S. DoD – U.S. DOE, 1977)

N.B.

o i frammenti di vetro uccidono il 50% delle persone vicine alle finestre quando

sono accelerati da una sovrapressione di 12 psi

o le ustioni sono letali nel 50% dei casi quando il flusso termico è di 8 cal cm-2

o una dose di 4 Gy assorbita in tessuto per irradiazione acuta uccide il 50% degli

esposti in assenza di cure mediche (LD50)



contributi agli effetti sanitari

o per esplosioni a basso yield (< 1KT) il maggior numero di vittime è

provocato dalla radiazione e n iniziale

o nell’intorno di uno yield di 1 KT le morti da ustioni cominciano a essere

confrontabili con quelle da radiazioni

o per esplosioni di elevato yield (>10 KT) il flash termico produce il

maggior numero di vittime

o l’utilizzo della densità di popolazione mediata su diversi km2 può

portare a una sottostima delle vittime qualora l’ordigno venga fatto

detonare in una zona molto affollata (edificio pubblico durante l’orario

di ufficio, stadio durante una manifestazione sportiva, ecc.)

NCRP Report No. 138. Management of Terrorist Events Involving Radioactive Material (2001).



impatto sanitario

A. Tofani e M. Bartolozzi. Ranking Nuclear and Radiological Terrorism

Scenarios: the Italian Case. Risk Analysis 28(5), pagg. 1431-1443 (2008)

Città ab./m2

Napoli 8.2×10-3

Milano 7.3×10-3

Roma 2.2×10-3

KT perdite umane attese

0.01 1.000-5.000

0.1 4.000-16.000

1 10.000-40.000

10 30.000-120.000

CONSIDERAZIONI FINALI - 1


in generale, ad ogni scenario terroristico con impiego di radiazioni ionizzanti è

possibile associare una valutazione del rischio e una stima dell’impatto sanitario

l’impatto sanitario è dato dal numero di persone che sono state danneggiate

(eventualmente in maniera letale) dall’evento, sia dalle radiazioni ionizzanti che

da altri effetti

A. Tofani e M. Bartolozzi. Ranking Nuclear and

Radiological Terrorism Scenarios: the Italian Case.

Risk Analysis 28(5), pagg. 1431-1443 (2008)



ai fini pratici, e in particolare per la pianificazione delle emergenze, occorre

considerare che alle strutture sanitarie accederanno – oltre alle vittime reali degli

eventi terroristici – anche persone sane ma che sospettano di essere state

danneggiate dalle radiazioni (i cosiddetti worried well)

per questo motivo assume particolare rilievo la capacità di dispiegare in tempi

relativemente brevi un sistema di controllo che consenta di discriminare gli

esposti dai non esposti e i contaminati dai non contaminati

a questo primo filtro ne seguiranno – nelle fasi successive dell’emergenza - altri

più raffinati in modo da caratterizzare con maggiore precisione il livello di

esposizione e/o contaminazione, indirizzando una parte delle vittime verso un

percorso di follow-up

NCRP Report No. 165.

Responding to a

Radiological or Nuclear

Terrorism Incident: A Guide

for Decision Makers (2010).



NCRP Report No. 165. Responding to a Radiological or Nuclear Terrorism Incident: A Guide

for Decision Makers (2010).



è quindi necessario utilizzare un approccio biodosimetrico multiparametrico

per stimare con ragionevole accuratezza la dose assorbita dalle vittime di un atto

di terrorismo radiologico e nuclare al fine di stabilire uno spartiacque tra coloro

che necessitano di cure immediate e quelli che possono attendere

Armed Forces Radiobiology Research Institute (AFFRI). Medical Management of

Radiological Casualties (2010).

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