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IV Workshop Radiación natural y Medio Ambiente Radiación natural: Radón Carlos Sainz Fernández Universidad de Cantabria Cursos de Verano 2005.

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1 IV Workshop Radiación natural y Medio Ambiente Radiación natural: Radón Carlos Sainz Fernández Universidad de Cantabria Cursos de Verano 2005

2 Esquema general Características del radón y sus descendientes Fuentes de radón y transporte Comportamiento de descendientes Riesgos para la salud

3 Introducción Serie del 238 U 238 U presente en toda la corteza terrestre Media mundial en suelos 35 Bq Kg -1 (UNSCEAR 2000)

4 Radón Gas noble Emisor alfa (5.49 MeV) T 1/2 = 3.82 d 222 Rn Posibilidad de desplazamiento macroscópico

5 Descendientes 218 Po 3.05 m 214 Pb 26.8 m 214 Bi 19.7 m 214 Po s 210 Pb 22.3 a 210 Bi 5.0 d 210 Po 138 d 206 Pb Estable Sólidos Activos químicamente Periodos de semidesintegración < 30 min Comportamiento complejo Importancia radiológica

6 Factores que influyen en la C 222Rn en interiores Tasa de producción por diversas fuentes Tasa de ventilación Tasa de transformación/eliminación fisicoquímica ¡ Más factores para descendientes! (concentración de partículas, presencia de superficies, etc...)

7 Fuentes de radón y transporte Suelos Materiales de construcción Agua Transporte Difusión Convección Por diferencias de concentración Movimiento relativo del gas en el seno del material que lo contiene Por diferencias de presión/temperatura El fluido que contiene al gas actúa como vehículo de tranporte

8 Suelo Generación de radón (desintegración de 226 Ra) (desintegración de 226 Ra) Radón en los poros Transporte Entrada en Espacio cerrado Emanación Disponibilidad de radon Migración DifusiónConvección HumedadTemperatura Tamaño de grano Posición de átomos en el grano Humedad Tamaño de grano porosidad Permeabilidad DiferenciasTemperatura Presion atmosférica Precipitaciones Salida al exterior Tipo de construcción Subestructura

9 Suelo Contenido en 226 Ra de suelos españoles

10 Suelo Ejemplo C 226Ra = 25 Bq Kg -1 suelo = 1600 Kg m -3 suelo = 1600 Kg m -3 C 222Rn = 40 KBq m -3 En equilibrio Porosidad 20 % Factor de emanación 0.2 Flujo de gas 0.25 m 3 h -1 Exhalación 40 Bq m -2 h -1 MeteorologiaVentilación Tipo de cobertura Etc...

11 Materiales de construcción Pueden ser una fuente importante de radon en edificios elevados Baja permeabilidad Difusión principal mecanismo Ejemplo granito Elevado contenido en 226 Ra Exhalación dependiente de fisuras, grietas, etc... Presión atmosférica Humedad Exhalation rate Underpressure

12 Materiales de construcción Contenido en 226 Ra de granitos españoles

13 Suelo Tipo material Nº muestras Ra-226 (Bq/Kg) Arenas de playa65.9 Arena I430.3 Arena II77.0 Ladrillo I355.1 Ladrillo II873.2 Cemento I325.1 Cemento II Cemento III594.7 Cemento IV423.3 Cemento V551,8 Cemento VI635,5 Cemento VII753.6 Yeso I39.6 Yeso II535.9 Yeso III750.7 Yeso IV511.1 Estuco48.1 Hormigón Suelo Contenido de 226 Ra de algunos materiales de construcción

14 Agua El contenido de 226 Ra/ 222 Rn depende Aguas superficiales (lagos, rios...) Aguas profundas (pozos, manantiales...) AgitaciónTemperatura

15 ground water water purification elevated reservoir well radon radon in rock layers radon raw water source radon transfer of radon into ground water raw water collecting gallery radon Agua Relación C air /C w C air = f C w f = 10 -4

16 Descendientes del radón Radón químicamente inerte/vida media larga Bajo nivel de retención Descendientes químicamente activos/vida media corta Mayor nivel de retención (hasta 24 h)

17 Descendientes del radón Muro, Suelo Exhalación de Radón Depósito Desintegración Adherencia Retroceso Partícula de Aerosol Descendiente libre RADÓN + 88 % Neutro 12 % Descendiente adherido Solo 218 Po Tamaño (nm) Ventilación Ventilación Ventilación Vargas 2004 Porstendorfer 1994

18 Descendientes del radón Ref: Porstendorfer and Reinniking, 1998

19 Descendientes del radón Mecanismos de transformación/desaparición de descendientes Desintegración Ventilación Deposición en superficies = 1.6 – 14 h -1 = 1.6 – 14 h -1 = 0.5 h -1 = 0.5 h -1 = 0.1 h -1 (aerosoles) = 0.1 h -1 (aerosoles) = 20 h -1 (libres) = 20 h -1 (libres) Mecanismo predominante Causa desequilibrio radón/descendientes Velocidad de deposición inversa al tamaño Deposición tanto mayor cuanto mayor es S/V

20 Magnitudes y unidades Energía potencial alfa Energia alfa emitida por la desintegración de todos los átomos hasta alcanzar el 210 Pb Para caracterizar la presencia de descendientes no basta con conocer la concentración de gas radón Concentración en energía potencial alfa (PAEC) Unidad tradicional: WL (working level): Concentración en energía potencial alfa de una mezcla de descendientes que se encuentra en equilibrio con una concentración de radón de 3700 Bq m -3 1 WL = J m -3 (ICRP 32)

21 Magnitudes y unidades Concentración equivalente en equilibrio de una mezcla de descendientes Concentración de radón en equilibrio con sus descendientes que tiene la misma PAEC que la mezcla en desequilibrio (Bq m -3 ) Relación con la PAEC

22 Magnitudes y unidades Factor de equilibrio Relación entre concentración equivalente en equilibrio y concentración real de gas radón En términos de PAEC

23 Magnitudes y unidades Exposición Producto de la concentración de descendientes de radón por el tiempo de inhalación de dicha mezcla En actividad (Bq m -3 h) En PAEC (J m -3 h) Unidad tradicional WLM (working level month): Exposición de 1 WL durante un periodo de trabajo de un mes (170 h) de un mes (170 h) 1 WLM = Bq m -3 h Fracciónlibre Proporción de desdencientes de radón no vinculados a partículas de aerosol

24 Riesgos para la salud La inhalación de radón (y descendientes) provoca irradiación alfa en las células del tracto respiratorio Mutaciones, transformación maligna Riesgo de cáncer de pulmón Dos vias de estimación de riesgos -Epidemiológica -Dosimétrica

25 Riesgos para la salud Estudios epidemiológicos Estudios en poblaciones de mineros Riesgo Exposición Tasas de exposición altas Influencia del tabaco Presencia de otros contaminantes Condiciones de exposición específicas (tasas de respiración, variedad concentración de partículas, etc) Difícil extrapolación al riesgo por exposición en viviendas por exposición en viviendas Desarrollo actual de estudios tipo casos/control en viviendas

26 Riesgos para la salud Estimación de riesgos Datos casos/controles Sin resultados concluyentes ICRP estimación de riesgos por extrapolación de estudios en población minera ICRP 65 (1993) cálculo de coeficiente de conversión de exposición a dosis efectiva mSv WLM -1 = Detrimento por exposición a radón (A) Detrimento por u. de dosis efectiva (B)

27 Riesgos para la salud Detrimento por exposición a radón (A) Datos población minera WLM -1 Detrimento por unidad de dosis efectiva (B) Datos Hiroshima Nagasaki Experimentos en animales Público mSv -1 Trabajadores mSv -1 Coeficientes de conversión a dosis efectiva Público 3.88 mSv WLM -1 = 6.09 nSv por Bq m -3 h Trabajadores 5.06 mSv WLM -1 = 7.95 nSv por Bq m -3 h Para convertir a exposición a gas radón hay que conocer F (medida/bibliografía) Ej. F = nSv por Bq m -3 h (público)

28 Riesgos para la salud Modelo dosimétrico Estimación de la dosis por unidad de exposición a partir de modelo de las vias respiratorias Periodo de retención de descendientes Factor de ponderación de la radiación alfa Sensibilidad tejido pulmonar Factores de ponderación de cada región Funciones de probabilidad Aplicado a las condiciones de mineros (Birchall 1994) 15 mSv WLM -1 Aplicado a las condiciones de viviendas (Marsh 2002) 12 mSv WLM -1

29 Riesgos para la salud Influencia de fracción libre y factor de equilibrio A partir de medidas de aerosoles en viviendas (Marsh y Birchall 1998) mSv WLM -1 = f p nSv por Bq m -3 h = F ( f p ) o también Para valores típicos f p = 0.08 y F = mSv WLM -1 = 9 nSv por Bq m -3 h El factor de equilibrio F es determinante y se relaciona inversamente con la fracción libre f p

30 Riesgos para la salud AproximaciónepidemiológicaAproximacióndosimétrica Factor 3 Modificar algunos factores de ponderación usados por ICRP -Pulmón (0.12 a 0.04) - Partículas alfa (20 a 7) -Regiones pulmonares Cambios significativos en la dosimetría de otros radionucleidos

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