Descrizione, Fonti, Meccanismi
Oltre al trasporto di materiali radioattivi, ci sono tre contesti in cui possono verificarsi incidenti dovuti a radiazioni:
- uso di reazioni nucleari per produrre energia o armi o per scopi di ricerca
- applicazioni industriali delle radiazioni (radiografia gamma, irradiazione)
- ricerca e medicina nucleare (diagnosi o terapia).
Gli incidenti da radiazioni possono essere classificati in due gruppi in base alla presenza o meno di emissione ambientale o dispersione di radionuclidi; ognuno di questi tipi di incidenti colpisce popolazioni diverse.
L'entità e la durata del rischio di esposizione per la popolazione in generale dipende dalla quantità e dalle caratteristiche (tempo di dimezzamento, proprietà fisiche e chimiche) dei radionuclidi immessi nell'ambiente (tabella 1). Questo tipo di contaminazione si verifica quando si verifica la rottura delle barriere di contenimento nelle centrali nucleari o nei siti industriali o medici che separano i materiali radioattivi dall'ambiente. In assenza di emissioni ambientali, sono esposti solo i lavoratori presenti in loco o che maneggiano apparecchiature o materiali radioattivi.
Tabella 1. Tipici radionuclidi, con le loro emivite radioattive
|
radionuclidi |
Simbolo |
Radiazioni emesse |
Emivita fisica* |
Emivita biologica |
|
Bario-133 |
Ba-133 |
γ |
10.7 y |
65 d |
|
Cerio-144 |
Ce 144 |
β,γ |
284 d |
263 d |
|
Cesio-137 |
CS-137 |
β,γ |
30 y |
109 d |
|
Cobalto-60 |
Co-60 |
β,γ |
5.3 y |
1.6 y |
|
Iodio-131 |
I-131 |
β,γ |
8 d |
7.5 d |
|
Plutonio-239 |
Pu-239 |
α,γ |
24,065 y |
50 y |
|
Polonio-210 |
Po-210 |
α |
138 d |
27 d |
|
Stronzio-90 |
SR-90 |
β |
29.1 y |
18 y |
|
trizio |
H-3 |
β |
12.3 anni |
10 d |
* y = anni; d = giorni.
L'esposizione alle radiazioni ionizzanti può avvenire attraverso tre vie, indipendentemente dal fatto che la popolazione target sia composta da lavoratori o dal pubblico in generale: irradiazione esterna, irradiazione interna e contaminazione della pelle e delle ferite.
L'irradiazione esterna si verifica quando gli individui sono esposti a una sorgente di radiazioni extracorporee, puntiforme (radioterapia, irradiatori) o diffusa (nuvole radioattive e ricadute da incidenti, figura 1). L'irradiazione può essere locale, coinvolgendo solo una parte del corpo o tutto il corpo.
Figura 1. Vie di esposizione alle radiazioni ionizzanti dopo un rilascio accidentale di radioattività nell'ambiente
La radiazione interna si verifica in seguito all'incorporazione di sostanze radioattive nel corpo (figura 1) attraverso l'inalazione di particelle radioattive trasportate dall'aria (ad esempio, cesio-137 e iodio-131, presenti nella nube di Chernobyl) o l'ingestione di materiali radioattivi nella catena alimentare (ad esempio , iodio-131 nel latte). L'irradiazione interna può interessare tutto il corpo o solo alcuni organi, a seconda delle caratteristiche dei radionuclidi: il cesio-137 si distribuisce in modo omogeneo in tutto il corpo, mentre lo iodio-131 e lo stronzio-90 si concentrano rispettivamente nella tiroide e nelle ossa.
Infine, l'esposizione può avvenire anche attraverso il contatto diretto di materiali radioattivi con la pelle e le ferite.
Incidenti che coinvolgono centrali nucleari
I siti inclusi in questa categoria includono centrali elettriche, reattori sperimentali, impianti per la produzione e trattamento o ritrattamento di combustibile nucleare e laboratori di ricerca. I siti militari includono reattori autofertilizzanti di plutonio e reattori situati a bordo di navi e sottomarini.
Centrali elettriche nucleari
La cattura dell'energia termica emessa dalla fissione atomica è la base per la produzione di elettricità dall'energia nucleare. Schematicamente, le centrali nucleari possono essere pensate come comprendenti: (1) un nucleo, contenente il materiale fissile (per i reattori ad acqua pressurizzata, da 80 a 120 tonnellate di ossido di uranio); (2) apparecchiature per il trasferimento del calore che incorporano fluidi per il trasferimento del calore; (3) apparecchiature in grado di trasformare l'energia termica in energia elettrica, simili a quelle presenti nelle centrali elettriche non nucleari.
I picchi di tensione forti e improvvisi in grado di provocare la fusione del nucleo con l'emissione di prodotti radioattivi sono i principali pericoli in queste installazioni. Si sono verificati tre incidenti che hanno coinvolto la fusione del nocciolo del reattore: a Three Mile Island (1979, Pennsylvania, Stati Uniti), Chernobyl (1986, Ucraina) e Fukushima (2011, Giappone) [Modificato, 2011].
L'incidente di Chernobyl è stato quello che è noto come a incidente di criticità- cioè, un improvviso (nell'arco di pochi secondi) aumento della fissione che porta a una perdita di controllo del processo. In questo caso, il nocciolo del reattore è stato completamente distrutto e sono state emesse enormi quantità di materiali radioattivi (tabella 2). Le emissioni hanno raggiunto un'altezza di 2 km, favorendone la dispersione su lunghe distanze (a tutti gli effetti l'intero emisfero settentrionale). Il comportamento della nube radioattiva si è rivelato di difficile analisi, a causa dei cambiamenti meteorologici durante il periodo di emissione (figura 2) (IAEA 1991).
Tabella 2. Confronto di diversi incidenti nucleari
|
Incidente |
Tipo di impianto |
Incidente |
Totale emesso |
Durata |
Principale emesso |
Collective |
|
Khishtym 1957 |
Stoccaggio di alta- |
Esplosione chimica |
740x106 |
Quasi |
Stronzio-90 |
2,500 |
|
Scala del vento 1957 |
Plutonio- |
Antincendio |
7.4x106 |
Circa |
Iodio-131, polonio-210, |
2,000 |
|
Three Mile Island |
PWR industriale |
Guasto del refrigerante |
555 |
? |
Iodio-131 |
16-50 |
|
Cernobyl 1986 |
RBMK industriale |
criticamente |
3,700x106 |
Più di 10 giorni |
Iodio-131, iodio-132, |
600,000 |
|
Fukushima 2011
|
Il rapporto finale della Fukushima Assessment Task Force sarà presentato nel 2013. |
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|
|
|
|
Fonte: UNSCEAR 1993.
Figura 2. Traiettoria delle emissioni dell'incidente di Chernobyl, 26 aprile-6 maggio 1986
Le mappe di contaminazione sono state redatte sulla base delle misurazioni ambientali del cesio-137, uno dei principali prodotti di emissione radioattiva (tabella 1 e tabella 2). Le aree dell'Ucraina, della Bielorussia (Bielorussia) e della Russia sono state fortemente contaminate, mentre le ricadute nel resto d'Europa sono state meno significative (figura 3 e figura 4 (UNSCEAR 1988). La tabella 3 presenta i dati sull'area delle zone contaminate, le caratteristiche popolazioni esposte e vie di esposizione.
FIGURA 3. Deposizione di Cesio-137 in Bielorussia, Russia e Ucraina a seguito dell'incidente di Chernobyl.
Figura 4. Fallout di cesio-137 (kBq/km2) in Europa a seguito dell'incidente di Chernobyl
Tabella 3. Area delle zone contaminate, tipologie di popolazioni esposte e modalità di esposizione in Ucraina, Bielorussia e Russia a seguito dell'incidente di Chernobyl
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Tipo di popolazione |
Superficie ( km2 ) |
Dimensione della popolazione (000) |
Principali modalità di esposizione |
|
Popolazioni professionalmente esposte: |
|||
|
Dipendenti in loco a |
≈0.44 |
irradiazione esterna, |
|
|
Pubblico generico: |
|||
|
Evacuato dal |
|
115 |
Irradiazione esterna da |
* Individui che partecipano alla bonifica entro 30 km dal sito. Tra questi vigili del fuoco, personale militare, tecnici e ingegneri intervenuti nelle prime settimane, oltre a medici e ricercatori attivi in un secondo momento.
** Contaminazione da cesio-137.
Fonte: UNSCEAR 1988; AIEA 1991.
L'incidente di Three Mile Island è classificato come un incidente termico senza fuoriuscita del reattore ed è stato il risultato di un guasto del refrigerante del nocciolo del reattore durato diverse ore. Il guscio di contenimento garantiva che solo una quantità limitata di materiale radioattivo fosse emessa nell'ambiente, nonostante la parziale distruzione del nocciolo del reattore (tabella 2). Sebbene non sia stato emesso alcun ordine di evacuazione, 200,000 residenti hanno evacuato volontariamente l'area.
Infine, un incidente che coinvolse un reattore per la produzione di plutonio si verificò sulla costa occidentale dell'Inghilterra nel 1957 (Windscale, tabella 2). Questo incidente è stato causato da un incendio nel nocciolo del reattore e ha provocato emissioni ambientali da un camino alto 120 metri.
Impianti per il trattamento del carburante
Gli impianti di produzione del combustibile sono situati “a monte” dei reattori nucleari e sono il luogo dell'estrazione del minerale e della trasformazione fisica e chimica dell'uranio in materiale fissile idoneo all'uso nei reattori (figura 5). I principali pericoli di incidente presenti in questi impianti sono di natura chimica e legati alla presenza di esafluoruro di uranio (UF6), un composto gassoso di uranio che può decomporsi a contatto con l'aria per produrre acido fluoridrico (HF), un gas molto corrosivo.
Figura 5. Ciclo di trattamento del combustibile nucleare.
Le strutture “a valle” comprendono gli impianti di stoccaggio e ritrattamento del combustibile. Quattro incidenti critici si sono verificati durante il ritrattamento chimico dell'uranio arricchito o del plutonio (Rodrigues 1987). A differenza degli incidenti verificatisi nelle centrali nucleari, questi incidenti hanno coinvolto piccole quantità di materiali radioattivi - decine di chilogrammi al massimo - e hanno provocato effetti meccanici trascurabili e nessuna emissione ambientale di radioattività. L'esposizione era limitata a dosi molto elevate, a brevissimo termine (dell'ordine di minuti) di raggi gamma esterni e irradiazione di neutroni dei lavoratori.
Nel 1957, un serbatoio contenente scorie altamente radioattive esplose nel primo impianto di produzione di plutonio militare della Russia, situato a Khyshtym, negli Urali meridionali. Oltre 16,000 km2 sono stati contaminati e sono stati emessi in atmosfera 740 PBq (20 MCi) (tabella 2 e tabella 4).
Tabella 4. Superficie delle zone contaminate e dimensione della popolazione esposta dopo l'incidente di Khyshtym (Urali 1957), per contaminazione da stronzio-90
|
Contaminazione (kBq/m2 ) |
(ci/km2 ) |
Zona (km2 ) |
Profilo demografico |
|
≥ 37,000 |
≥ 1,000 |
20 |
1,240 |
|
≥ 3,700 |
≥ 100 |
120 |
1,500 |
|
≥ 74 |
≥ 2 |
1,000 |
10,000 |
|
≥ 3.7 |
≥ 0.1 |
15,000 |
270,000 |
Reattori di ricerca
I pericoli in queste strutture sono simili a quelli presenti nelle centrali nucleari, ma sono meno gravi, data la minore produzione di energia. Si sono verificati diversi incidenti critici che hanno comportato una significativa irradiazione del personale (Rodrigues 1987).
Incidenti connessi all'uso di sorgenti radioattive nell'industria e nella medicina (escluse le centrali nucleari) (Zerbib 1993)
L'incidente più comune di questo tipo è la perdita di sorgenti radioattive dalla radiografia gamma industriale, utilizzata, ad esempio, per l'ispezione radiografica di giunti e saldature. Tuttavia, le sorgenti radioattive possono anche essere perse da sorgenti mediche (tabella 5). In entrambi i casi, sono possibili due scenari: la fonte può essere raccolta e conservata da una persona per diverse ore (ad esempio, in una tasca), quindi segnalata e ripristinata, oppure può essere raccolta e portata a casa. Mentre il primo scenario provoca ustioni locali, il secondo può comportare l'irradiazione a lungo termine di diversi membri del pubblico in generale.
Tabella 5. Incidenti che comportano la perdita di sorgenti radioattive e che hanno comportato l'esposizione del pubblico in generale
|
Paese (anno) |
Numero di |
Numero di |
Numero di morti** |
Materiale radioattivo coinvolto |
|
Messico (1962) |
? |
5 |
4 |
Cobalto-60 |
|
La Cina (1963) |
? |
6 |
2 |
Cobalto 60 |
|
Algeria (1978) |
22 |
5 |
1 |
Iridio-192 |
|
Marocco (1984) |
? |
11 |
8 |
Iridio-192 |
|
Messico |
≈4,000 |
5 |
0 |
Cobalto-60 |
|
Brasil |
249 |
50 |
4 |
Cesio-137 |
|
Cina |
≈90 |
12 |
3 |
Cobalto-60 |
|
Stati Uniti |
≈90 |
1 |
1 |
Iridio-192 |
* Individui esposti a dosi in grado di provocare effetti acuti oa lungo termine o la morte.
** Tra gli individui che ricevono alte dosi.
Fonte: Nenot 1993.
Il recupero di sorgenti radioattive da apparecchiature di radioterapia ha provocato diversi incidenti che hanno comportato l'esposizione di lavoratori rottamati. In due casi, gli incidenti di Juarez e Goiânia, anche il pubblico in generale è stato esposto (vedi tabella 5 e riquadro sottostante).
L'incidente di Goiвnia, 1987
Tra il 21 settembre e il 28 settembre 1987 diverse persone affette da vomito, diarrea, vertigini e lesioni cutanee in varie parti del corpo sono state ricoverate nell'ospedale specializzato in malattie tropicali di Goiânia, una città di un milione di abitanti nello stato brasiliano di Goias . Questi problemi sono stati attribuiti a una malattia parassitaria comune in Brasile. Il 28 settembre, il medico responsabile della sorveglianza sanitaria della città ha visto una donna che gli ha consegnato un sacchetto contenente detriti di un dispositivo raccolto da una clinica abbandonata, e una polvere che emetteva, secondo la donna, “una luce blu”. Pensando che l'apparecchio fosse probabilmente un'apparecchiatura a raggi X, il medico ha contattato i suoi colleghi dell'ospedale per le malattie tropicali. Il dipartimento dell'ambiente di Goias è stato avvisato e il giorno successivo un fisico ha effettuato misurazioni nel cortile del dipartimento di igiene, dove la borsa è stata conservata durante la notte. Sono stati trovati livelli di radioattività molto elevati. Nelle indagini successive la fonte di radioattività è stata identificata come fonte di cesio-137 (attività totale: circa 50 TBq (1,375 Ci)) che era stata contenuta all'interno di apparecchiature di radioterapia utilizzate in una clinica abbandonata dal 1985. L'alloggiamento protettivo che circondava il cesio era stato smontato il 10 settembre 1987 da due operai della discarica e la fonte di cesio, in polvere, rimossa. Sia il cesio che i frammenti delle abitazioni contaminate furono gradualmente dispersi in tutta la città. Diverse persone che avevano trasportato o maneggiato il materiale, o che erano semplicemente venute a vederlo (compresi genitori, amici e vicini di casa) sono risultate contaminate. In tutto sono state esaminate oltre 100,000 persone, di cui 129 contaminate in modo molto grave; 50 sono stati ricoverati (14 per insufficienza midollare) e 4, tra cui una bambina di 6 anni, sono deceduti. L'incidente ha avuto conseguenze economiche e sociali drammatiche per l'intera città di Goiânia e lo stato di Goias: 1/1000 della superficie della città è stata contaminata e il prezzo dei prodotti agricoli, degli affitti, degli immobili e dei terreni è crollato. Gli abitanti dell'intero stato subirono una vera e propria discriminazione.
Fonte: AIEA 1989a
L'incidente di Juarez è stato scoperto per caso (AIEA 1989b). Il 16 gennaio 1984, un camion che entrava nel laboratorio scientifico di Los Alamos (New Mexico, Stati Uniti) carico di sbarre d'acciaio fece scattare un rilevatore di radiazioni. L'indagine ha rivelato la presenza di cobalto-60 nelle barre e ha fatto risalire il cobalto-60 a una fonderia messicana. Il 21 gennaio, una discarica fortemente contaminata a Juarez è stata identificata come fonte del materiale radioattivo. Il monitoraggio sistematico di strade e autostrade da parte di rilevatori ha portato all'identificazione di un camion fortemente contaminato. L'ultima fonte di radiazioni è stata determinata essere un dispositivo di radioterapia immagazzinato in un centro medico fino al dicembre 1983, momento in cui è stato smontato e trasportato al deposito di rottami. Al deposito di rottami, l'involucro protettivo che circondava il cobalt-60 è stato rotto, liberando i pallini di cobalto. Una parte del pellet è caduta nel camion utilizzato per il trasporto dei rottami, mentre un'altra è stata dispersa nella discarica durante le operazioni successive, mescolandosi con l'altro rottame.
Si sono verificati incidenti che hanno comportato l'ingresso di lavoratori in irradiatori industriali attivi (ad es. quelli utilizzati per conservare alimenti, sterilizzare prodotti medici o polimerizzare sostanze chimiche). In tutti i casi, questi sono stati dovuti al mancato rispetto delle procedure di sicurezza oa sistemi di sicurezza e allarmi scollegati o difettosi. I livelli di dose di irradiazione esterna a cui sono stati esposti i lavoratori in questi incidenti erano sufficientemente elevati da causare la morte. Le dosi sono state ricevute entro pochi secondi o minuti (tabella 6).
Tabella 6. Principali incidenti che coinvolgono irradiatori industriali
|
Sito, data |
Attrezzatura* |
Numero di |
Livello di esposizione |
Organi colpiti |
Dose ricevuta (Gy), |
Effetti medici |
|
Forbach, agosto 1991 |
EA |
2 |
diversi deciGy/ |
Mani, testa, tronco |
40, pelle |
Ustioni che colpiscono il 25-60% di |
|
Maryland, dicembre 1991 |
EA |
1 |
? |
Mani |
55, mani |
Amputazione bilaterale delle dita |
|
Vietnam, novembre 1992 |
EA |
1 |
1,000 Gy/minuto |
Mani |
1.5, corpo intero |
Amputazione della mano destra e di un dito della mano sinistra |
|
Italia, maggio 1975 |
CI |
1 |
Diversi minuti |
Testa, tutto il corpo |
8, midollo osseo |
Morte |
|
San Salvador, febbraio 1989 |
CI |
3 |
? |
Tutto il corpo, gambe, |
3–8, corpo intero |
2 amputazioni di gamba, 1 morte |
|
Israele, giugno 1990 |
CI |
1 |
minuti 1 |
Testa, tutto il corpo |
10-20 |
Morte |
|
Bielorussia, ottobre 1991 |
CI |
1 |
Diversi minuti |
Tutto il corpo |
10 |
Morte |
* EA: acceleratore di elettroni CI: irradiatore di cobalto-60.
Fonte: Zerbib 1993; Nenot 1993.
Infine, il personale medico e scientifico che prepara o maneggia sorgenti radioattive può essere esposto attraverso la contaminazione della pelle e delle ferite o l'inalazione o l'ingestione di materiali radioattivi. Va notato che questo tipo di incidente è possibile anche nelle centrali nucleari.
Aspetti di sanità pubblica del problema
Modelli temporali
Lo United States Radiation Accident Registry (Oak Ridge, Stati Uniti) è un registro mondiale degli incidenti causati dalle radiazioni che coinvolgono esseri umani dal 1944. Per essere incluso nel registro, un incidente deve essere stato oggetto di un rapporto pubblicato e aver provocato danni a tutto il corpo esposizione superiore a 0.25 Sievert (Sv), o esposizione cutanea superiore a 6 Sv o esposizione di altri tessuti e organi superiore a 0.75 Sv (vedere "Caso di studio: cosa significa dose?" per una definizione di dose). Sono quindi esclusi gli incidenti che sono di interesse dal punto di vista della salute pubblica ma che hanno comportato esposizioni inferiori (vedi sotto per una discussione delle conseguenze dell'esposizione).
L'analisi dei dati anagrafici dal 1944 al 1988 rivela un netto aumento sia della frequenza degli incidenti da radiazioni sia del numero di individui esposti a partire dal 1980 (tabella 7). L'aumento del numero di individui esposti è probabilmente dovuto all'incidente di Chernobyl, in particolare i circa 135,000 individui inizialmente residenti nell'area proibita entro 30 km dal luogo dell'incidente. In questo periodo si sono verificati anche gli incidenti di Goiânia (Brasile) e Juarez (Messico) che hanno comportato un'esposizione significativa di molte persone (tabella 5).
Tabella 7. Incidenti da radiazioni elencati nel registro degli incidenti di Oak Ridge (Stati Uniti) (in tutto il mondo, 1944-88)
|
1944-79 |
1980-88 |
1944-88 |
|
|
Numero totale di incidenti |
98 |
198 |
296 |
|
Numero di individui coinvolti |
562 |
136,053 |
136,615 |
|
Numero di individui esposti a dosi eccedenti |
306 |
24,547 |
24,853 |
|
Numero di decessi (effetti acuti) |
16 |
53 |
69 |
* 0.25 Sv per l'esposizione del corpo intero, 6 Sv per l'esposizione della pelle, 0.75 Sv per altri tessuti e organi.
Popolazioni potenzialmente esposte
Dal punto di vista dell'esposizione alle radiazioni ionizzanti, ci sono due popolazioni di interesse: le popolazioni professionalmente esposte e il pubblico in generale. Il Comitato Scientifico delle Nazioni Unite sugli Effetti delle Radiazioni Atomiche (UNSCEAR 1993) stima che 4 milioni di lavoratori in tutto il mondo siano stati professionalmente esposti a radiazioni ionizzanti nel periodo 1985-1989; di questi, circa il 20% era impiegato nella produzione, utilizzo e lavorazione del combustibile nucleare (tabella 8). Si stima che i paesi membri dell'AIEA possedessero 760 irradiatori nel 1992, di cui 600 acceleratori di elettroni e 160 irradiatori gamma.
Tabella 8. Schema temporale dell'esposizione professionale alle radiazioni ionizzanti nel mondo (in migliaia)
|
Attività |
1975-79 |
1980-84 |
1985-89 |
|
Elaborazione del combustibile nucleare* |
560 |
800 |
880 |
|
Applicazioni militari** |
310 |
350 |
380 |
|
Applicazioni industriali |
530 |
690 |
560 |
|
Applicazioni mediche |
1,280 |
1,890 |
2,220 |
|
Totale |
2,680 |
3,730 |
4,040 |
* Produzione e ritrattamento di carburante: 40,000; funzionamento del reattore: 430,000.
** di cui 190,000 membri del personale di bordo.
Fonte: UNSCEAR 1993.
Il numero di siti nucleari per paese è un buon indicatore del potenziale di esposizione del pubblico in generale (figura 6).
Figura 6. Distribuzione dei reattori di generazione di energia e degli impianti di ritrattamento del combustibile nel mondo, 1989-90
Effetti sulla salute
Effetti diretti sulla salute delle radiazioni ionizzanti
In generale, gli effetti sulla salute delle radiazioni ionizzanti sono ben noti e dipendono dal livello di dose ricevuta e dal rateo di dose (dose ricevuta per unità di tempo (cfr. "Caso di studio: cosa significa dose?").
Effetti deterministici
Questi si verificano quando la dose supera una determinata soglia e il rateo di dose è elevato. La gravità degli effetti è proporzionale alla dose, sebbene la soglia di dose sia organo specifica (tabella 9).
Tabella 9. Effetti deterministici: soglie per organi selezionati
|
Tessuto o effetto |
Dose singola equivalente |
|
Testicoli: |
|
|
Sterilità temporanea |
0.15 |
|
Sterilità permanente |
3.5-6.0 |
|
ovaie: |
|
|
Sterilità |
2.5-6.0 |
|
Cristallino: |
|
|
Opacità rilevabili |
0.5-2.0 |
|
Visione alterata (cataratta) |
5.0 |
|
Midollo osseo: |
|
|
Depressione dell'emopoiesi |
0.5 |
Fonte: ICRP 1991.
Negli incidenti come quelli discussi sopra, gli effetti deterministici possono essere causati da un'intensa irradiazione locale, come quella causata dall'irradiazione esterna, dal contatto diretto con una fonte (ad esempio, una fonte fuori posto raccolta e intascata) o dalla contaminazione della pelle. Tutto ciò provoca ustioni radiologiche. Se la dose locale è dell'ordine di 20-25 Gy (tabella 6, "Caso di studio: cosa significa dose?") può verificarsi necrosi tissutale. Una sindrome nota come sindrome da irradiazione acuta, caratterizzata da disturbi digestivi (nausea, vomito, diarrea) e aplasia del midollo osseo di gravità variabile, può essere indotta quando la dose media di irradiazione su tutto il corpo supera 0.5 Gy. Va ricordato che l'irradiazione su tutto il corpo e quella locale possono verificarsi simultaneamente.
Nove dei 60 lavoratori esposti durante incidenti critici negli impianti di trattamento del combustibile nucleare o nei reattori di ricerca sono morti (Rodrigues 1987). I deceduti hanno ricevuto da 3 a 45 Gy, mentre i sopravvissuti hanno ricevuto da 0.1 a 7 Gy. Nei sopravvissuti sono stati osservati i seguenti effetti: sindrome acuta da irradiazione (effetti gastrointestinali ed ematologici), cataratta bilaterale e necrosi degli arti, che hanno richiesto l'amputazione.
A Chernobyl, il personale della centrale elettrica, così come il personale di pronto intervento che non utilizzava dispositivi di protezione speciali, ha subito un'elevata esposizione a radiazioni beta e gamma nelle prime ore o giorni successivi all'incidente. Cinquecento persone hanno richiesto il ricovero in ospedale; 237 individui che hanno ricevuto l'irradiazione di tutto il corpo hanno mostrato una sindrome da irradiazione acuta e 28 individui sono morti nonostante il trattamento (tabella 10) (UNSCEAR 1988). Altri hanno ricevuto irradiazione locale degli arti, interessando in alcuni casi oltre il 50% della superficie corporea e continuano a soffrire, molti anni dopo, di disturbi cutanei multipli (Peter, Braun-Falco e Birioukov 1994).
Tabella 10. Distribuzione dei pazienti con sindrome acuta da irradiazione (AIS) dopo l'incidente di Chernobyl, per gravità della condizione
|
Gravità dell'AIS |
Dose equivalente |
Numero di |
Numero di |
Sopravvivenza media |
|
I |
1-2 |
140 |
- |
- |
|
II |
2-4 |
55 |
1 (1.8) |
96 |
|
III |
4-6 |
21 |
7 (33.3) |
29.7 |
|
IV |
>6 |
21 |
20 (95.2) |
26.6 |
Fonte: UNSCEAR 1988.
Effetti stocastici
Questi sono di natura probabilistica (cioè la loro frequenza aumenta con la dose ricevuta), ma la loro gravità è indipendente dalla dose. I principali effetti stocastici sono:
- Mutazione. Questo è stato osservato negli esperimenti sugli animali ma è stato difficile da documentare negli esseri umani.
- Cancro. L'effetto dell'irradiazione sul rischio di sviluppare il cancro è stato studiato nei pazienti sottoposti a radioterapia e nei sopravvissuti agli attentati di Hiroshima e Nagasaki. UNSCEAR (1988, 1994) riassume regolarmente i risultati di questi studi epidemiologici. La durata del periodo di latenza è tipicamente da 5 a 15 anni dalla data di esposizione a seconda dell'organo e del tessuto. La tabella 11 elenca i tumori per i quali è stata stabilita un'associazione con le radiazioni ionizzanti. Sono stati dimostrati eccessi significativi di cancro tra i sopravvissuti agli attentati di Hiroshima e Nagasaki con esposizioni superiori a 0.2 Sv.
- Tumori benigni selezionati. Adenomi tiroidei benigni.
Tabella 11. Risultati degli studi epidemiologici sull'effetto dell'alto tasso di dose di irradiazione esterna sul cancro
|
Sito del cancro |
Hiroshima/Nagasaki |
Altri studi |
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Mortalità |
Incidenza |
||
|
Sistema ematopoietico |
|||
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Leucemia |
+* |
+* |
6/11 |
|
Linfoma (non specificato) |
+ |
0/3 |
|
|
Linfoma non Hodgkin |
+* |
1/1 |
|
|
Mieloma |
+ |
+ |
1/4 |
|
Cavità orale |
+ |
+ |
0/1 |
|
Ghiandole salivari |
+* |
1/3 |
|
|
Apparato digerente |
|||
|
Esofago |
+* |
+ |
2/3 |
|
Stomaco |
+* |
+* |
2/4 |
|
Intestino tenue |
1/2 |
||
|
Colon |
+* |
+* |
0/4 |
|
Retto |
+ |
+ |
3/4 |
|
Fegato |
+* |
+* |
0/3 |
|
Cistifellea |
0/2 |
||
|
Pancreas |
3/4 |
||
|
Sistema respiratorio |
|||
|
Laringe |
0/1 |
||
|
Trachea, bronchi, polmoni |
+* |
+* |
1/3 |
|
Pelle |
|||
|
Non specificato |
1/3 |
||
|
Melanoma |
0/1 |
||
|
Altri tumori |
+* |
0/1 |
|
|
Seno (donne) |
+* |
+* |
9/14 |
|
Sistema riproduttivo |
|||
|
Utero (non specifico) |
+ |
+ |
2/3 |
|
Corpo uterino |
1/1 |
||
|
ovaie |
+* |
+* |
2/3 |
|
Altre donne) |
2/3 |
||
|
Prostata |
+ |
+ |
2/2 |
|
Apparato urinario |
|||
|
Vescica |
+* |
+* |
3/4 |
|
Reni |
0/3 |
||
|
Altro |
0/1 |
||
|
Sistema nervoso centrale |
+ |
+ |
2/4 |
|
Tiroide |
+* |
4/7 |
|
|
Bone |
2/6 |
||
|
Tessuto connettivo |
0/4 |
||
|
Tutti i tumori, escluse le leucemie |
1/2 |
||
+ Siti di cancro studiati nei sopravvissuti di Hiroshima e Nagasaki.
* Associazione positiva con radiazioni ionizzanti.
1 Studi di coorte (incidenza o mortalità) o caso-controllo.
Fonte: UNSCEAR 1994.
Due punti importanti riguardanti gli effetti delle radiazioni ionizzanti rimangono controversi.
In primo luogo, quali sono gli effetti dell'irradiazione a basse dosi (inferiori a 0.2 Sv) e dei bassi ratei di dose? La maggior parte degli studi epidemiologici ha esaminato i sopravvissuti agli attentati di Hiroshima e Nagasaki o i pazienti sottoposti a radioterapia - popolazioni esposte per periodi molto brevi a dosi relativamente elevate - e le stime del rischio di sviluppare il cancro a seguito dell'esposizione a basse dosi e i tassi di dose dipendono essenzialmente su estrapolazioni da queste popolazioni. Diversi studi sui lavoratori delle centrali nucleari, esposti a basse dosi per diversi anni, hanno riportato rischi di cancro per leucemia e altri tumori che sono compatibili con estrapolazioni da gruppi ad alta esposizione, ma questi risultati rimangono non confermati (UNSCEAR 1994; Cardis, Gilbert e Carpenter 1995).
In secondo luogo, esiste una dose soglia (ovvero una dose al di sotto della quale non vi è alcun effetto)? Questo è attualmente sconosciuto. Studi sperimentali hanno dimostrato che i danni al materiale genetico (DNA) causati da errori spontanei o da fattori ambientali vengono costantemente riparati. Tuttavia, questa riparazione non è sempre efficace e può determinare una trasformazione maligna delle cellule (UNSCEAR 1994).
Altri effetti
Infine, va segnalata la possibilità di effetti teratogeni dovuti all'irradiazione durante la gravidanza. Microcefalia e ritardo mentale sono stati osservati nei bambini nati da donne sopravvissute ai bombardamenti di Hiroshima e Nagasaki che hanno ricevuto irradiazioni di almeno 0.1 Gy durante il primo trimestre (Otake, Schull e Yoshimura 1989; Otake e Schull 1992). Non è noto se questi effetti siano deterministici o stocastici, sebbene i dati suggeriscano l'esistenza di una soglia.
Effetti osservati a seguito dell'incidente di Chernobyl
L'incidente di Chernobyl è il più grave incidente nucleare verificatosi fino ad oggi. Tuttavia, anche adesso, a distanza di dieci anni, non tutti gli effetti sulla salute delle popolazioni maggiormente esposte sono stati valutati con precisione. Ci sono diverse ragioni per questo:
- Alcuni effetti compaiono solo molti anni dopo la data di esposizione: ad esempio, i tumori dei tessuti solidi in genere impiegano dai 10 ai 15 anni per manifestarsi.
- Poiché è trascorso del tempo tra l'incidente e l'inizio degli studi epidemiologici, alcuni effetti verificatisi nel periodo iniziale successivo all'incidente potrebbero non essere stati rilevati.
- Non sempre i dati utili per la quantificazione del rischio di cancro sono stati raccolti in modo tempestivo. Ciò è particolarmente vero per i dati necessari per stimare l'esposizione della ghiandola tiroidea agli ioduri radioattivi emessi durante l'incidente (tellurio-132, iodio-133) (Williams et al. 1993).
- Infine, molti individui inizialmente esposti hanno successivamente lasciato le zone contaminate e sono stati probabilmente persi per il follow-up.
Lavoratori. Attualmente non sono disponibili informazioni complete per tutti i lavoratori che sono stati fortemente irradiati nei primi giorni successivi all'incidente. Sono in corso studi sul rischio per gli addetti alle pulizie e ai soccorsi di sviluppare leucemia e tumori dei tessuti solidi (vedi tabella 3). Questi studi incontrano molti ostacoli. Il monitoraggio regolare dello stato di salute degli addetti alle pulizie e ai soccorsi è notevolmente ostacolato dal fatto che molti di loro provenivano da diverse parti dell'ex URSS e sono stati rispediti dopo aver lavorato sul sito di Chernobyl. Inoltre, la dose ricevuta deve essere stimata retrospettivamente, poiché non ci sono dati affidabili per questo periodo.
Popolazione generale. L'unico effetto ad oggi plausibilmente associato alle radiazioni ionizzanti in questa popolazione è un aumento, a partire dal 1989, dell'incidenza del cancro alla tiroide nei bambini di età inferiore ai 15 anni. Ciò è stato rilevato in Bielorussia (Bielorussia) nel 1989, solo tre anni dopo l'incidente, ed è stato confermato da diversi gruppi di esperti (Williams et al. 1993). L'aumento è stato particolarmente degno di nota nelle aree più fortemente contaminate della Bielorussia, in particolare nella regione di Gomel. Mentre il cancro alla tiroide era normalmente raro nei bambini di età inferiore ai 15 anni (tasso di incidenza annuale da 1 a 3 per milione), la sua incidenza è aumentata di dieci volte su base nazionale e di venti volte nell'area di Gomel (tabella 12, figura 7), (Stsjazhko et al.1995). Successivamente è stato segnalato un aumento di dieci volte dell'incidenza del cancro alla tiroide nelle cinque aree più fortemente contaminate dell'Ucraina e un aumento del cancro alla tiroide è stato riportato anche nella regione di Bryansk (Russia) (tabella 12). Si sospetta un aumento tra gli adulti, ma non è stato confermato. I programmi sistematici di screening intrapresi nelle regioni contaminate hanno consentito di rilevare i tumori latenti presenti prima dell'incidente; programmi ecografici in grado di rilevare tumori della tiroide piccoli come pochi millimetri sono stati particolarmente utili a questo proposito. L'entità dell'aumento dell'incidenza nei bambini, insieme all'aggressività dei tumori e al loro rapido sviluppo, suggerisce che gli aumenti osservati nel cancro della tiroide siano in parte dovuti all'incidente.
Tabella 12. Modello temporale dell'incidenza e numero totale di tumori della tiroide nei bambini in Bielorussia, Ucraina e Russia, 1981-94
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Incidenza* (/100,000) |
Numero di casi |
|||
|
1981-85 |
1991-94 |
1981-85 |
1991-94 |
|
|
Bielorussia |
||||
|
Paese intero |
0.3 |
3.06 |
3 |
333 |
|
Zona di Gomel |
0.5 |
9.64 |
1 |
164 |
|
Ucraina |
||||
|
Paese intero |
0.05 |
0.34 |
25 |
209 |
|
Cinque più pesantemente |
0.01 |
1.15 |
1 |
118 |
|
Russia |
||||
|
Paese intero |
? |
? |
? |
? |
|
Bryansk e |
0 |
1.00 |
0 |
20 |
* Incidenza: il rapporto tra il numero di nuovi casi di una malattia durante un dato periodo e la dimensione della popolazione studiata nello stesso periodo.
Fonte: Stsjazhko et al. 1995.
Figura 7. Incidenza del cancro della tiroide nei bambini di età inferiore ai 15 anni in Bielorussia
Nelle zone più pesantemente contaminate (ad esempio, la regione di Gomel), le dosi tiroidee erano elevate, in particolare tra i bambini (Williams et al. 1993). Ciò è coerente con le significative emissioni di iodio associate all'incidente e con il fatto che lo iodio radioattivo, in assenza di misure preventive, si concentrerà preferenzialmente nella ghiandola tiroidea.
L'esposizione alle radiazioni è un fattore di rischio ben documentato per il cancro alla tiroide. Un chiaro aumento dell'incidenza del cancro alla tiroide è stato osservato in una dozzina di studi su bambini sottoposti a radioterapia alla testa e al collo. Nella maggior parte dei casi, l'aumento era evidente da dieci a 15 anni dopo l'esposizione, ma in alcuni casi era rilevabile entro tre o sette anni. D'altra parte, gli effetti nei bambini dell'irradiazione interna da iodio-131 e da isotopi di iodio a breve emivita non sono ben definiti (Shore 1992).
Dovrebbero essere studiati l'entità e il modello precisi dell'aumento nei prossimi anni dell'incidenza del cancro alla tiroide nelle popolazioni più esposte. Gli studi epidemiologici attualmente in corso dovrebbero aiutare a quantificare l'associazione tra la dose ricevuta dalla ghiandola tiroidea e il rischio di sviluppare il cancro alla tiroide ea identificare il ruolo di altri fattori di rischio genetici e ambientali. Va notato che la carenza di iodio è diffusa nelle regioni colpite.
Entro cinque-dieci anni dall'incidente è prevedibile un aumento dell'incidenza della leucemia, in particolare della leucemia giovanile (poiché i bambini sono più sensibili agli effetti delle radiazioni ionizzanti) tra i membri più esposti della popolazione. Sebbene tale aumento non sia stato ancora osservato, le debolezze metodologiche degli studi finora condotti impediscono di trarre conclusioni definitive.
Effetti psicosociali
L'insorgenza di problemi psicologici cronici più o meno gravi a seguito di traumi psicologici è ben consolidata ed è stata studiata principalmente in popolazioni che affrontano disastri ambientali come inondazioni, eruzioni vulcaniche e terremoti. Lo stress post-traumatico è una condizione grave, duratura e paralizzante (APA 1994).
La maggior parte delle nostre conoscenze sull'effetto degli incidenti da radiazioni sui problemi psicologici e sullo stress deriva da studi condotti sulla scia dell'incidente di Three Mile Island. Nell'anno successivo all'incidente, sono stati osservati effetti psicologici immediati nella popolazione esposta, e le madri di bambini piccoli in particolare hanno mostrato una maggiore sensibilità, ansia e depressione (Bromet et al. 1982). Inoltre, è stato osservato un aumento della depressione e dei problemi legati all'ansia nei lavoratori delle centrali elettriche, rispetto ai lavoratori di un'altra centrale elettrica (Bromet et al. 1982). Negli anni successivi (cioè dopo la riapertura della centrale), circa un quarto della popolazione intervistata ha manifestato problemi psicologici relativamente significativi. Non c'era alcuna differenza nella frequenza dei problemi psicologici nel resto della popolazione intervistata, rispetto alle popolazioni di controllo (Dew e Bromet 1993). I problemi psicologici erano più frequenti tra gli individui che vivevano vicino alla centrale elettrica che erano senza una rete di supporto sociale, avevano una storia di problemi psichiatrici o che avevano evacuato la loro casa al momento dell'incidente (Baum, Cohen e Hall 1993).
Sono inoltre in corso studi tra le popolazioni esposte durante l'incidente di Chernobyl e per le quali lo stress sembra essere un importante problema di salute pubblica (ad esempio, operatori di pulizia e soccorso e individui che vivono in una zona contaminata). Per il momento, tuttavia, non esistono dati affidabili sulla natura, la gravità, la frequenza e la distribuzione dei problemi psicologici nelle popolazioni target. Tra i fattori di cui tenere conto nella valutazione delle conseguenze psicologiche e sociali dell'incidente sui residenti delle zone contaminate vi sono la difficile situazione socio-economica, la diversità dei sistemi di indennizzo disponibili, gli effetti dell'evacuazione e del reinsediamento (circa 100,000 ulteriori le persone sono state reinsediate negli anni successivi all'incidente) e gli effetti delle limitazioni dello stile di vita (ad es. modifica della nutrizione).
Principi di prevenzione e linee guida
Principi e linee guida sulla sicurezza
Uso industriale e medico delle sorgenti radioattive
Se è vero che i principali incidenti da radiazioni segnalati si sono tutti verificati in centrali nucleari, l'uso di sorgenti radioattive in altri contesti ha comunque provocato incidenti con gravi conseguenze per i lavoratori o per la popolazione in generale. La prevenzione di incidenti come questi è essenziale, soprattutto alla luce della prognosi deludente nei casi di esposizione ad alte dosi. La prevenzione dipende da un'adeguata formazione dei lavoratori e dal mantenimento di un inventario completo del ciclo di vita delle sorgenti radioattive che includa informazioni sia sulla natura che sull'ubicazione delle sorgenti. L'AIEA ha stabilito una serie di linee guida e raccomandazioni sulla sicurezza per l'uso di sorgenti radioattive nell'industria, nella medicina e nella ricerca (Safety Series No. 102). I principi in questione sono simili a quelli presentati di seguito per le centrali nucleari.
Sicurezza nelle centrali nucleari (AIEA Safety Series No. 75, INSAG-3)
L'obiettivo qui è proteggere sia gli esseri umani che l'ambiente dall'emissione di materiali radioattivi in qualsiasi circostanza. A tal fine, è necessario applicare una serie di misure durante la progettazione, la costruzione, il funzionamento e lo smantellamento delle centrali nucleari.
La sicurezza delle centrali nucleari dipende fondamentalmente dal principio della "difesa in profondità", ovvero dalla ridondanza di sistemi e dispositivi progettati per compensare errori e carenze tecniche o umane. Concretamente, i materiali radioattivi sono separati dall'ambiente da una serie di barriere successive. Nei reattori di produzione di energia nucleare, l'ultima di queste barriere è il struttura di contenimento (assente sul sito di Chernobyl ma presente a Three Mile Island). Per evitare la rottura di queste barriere e per limitare le conseguenze dei guasti, le seguenti tre misure di sicurezza dovrebbero essere praticate durante la vita operativa della centrale: controllo della reazione nucleare, raffreddamento del combustibile e contenimento del materiale radioattivo.
Un altro principio di sicurezza essenziale è "l'analisi dell'esperienza operativa", ovvero l'utilizzo di informazioni raccolte da eventi, anche minori, che si verificano in altri siti per aumentare la sicurezza di un sito esistente. Pertanto, l'analisi degli incidenti di Three Mile Island e Chernobyl ha portato all'attuazione di modifiche volte a garantire che incidenti simili non si verifichino altrove.
Si segnala infine che sono stati compiuti notevoli sforzi per promuovere una cultura della sicurezza, ovvero una cultura costantemente attenta alle problematiche di sicurezza legate all'organizzazione, alle attività e alle prassi dello stabilimento, nonché ai comportamenti individuali. Per aumentare la visibilità degli incidenti e degli incidenti che coinvolgono le centrali nucleari, è stata sviluppata una scala internazionale degli eventi nucleari (INES), identica in linea di principio alle scale utilizzate per misurare la gravità dei fenomeni naturali come i terremoti e il vento (tabella 12). Questa scala non è tuttavia adatta per la valutazione della sicurezza di un sito o per effettuare confronti internazionali.
Tabella 13. Scala internazionale degli incidenti nucleari
|
Livello |
fuori sede |
Sul posto |
Struttura protettiva |
|
7-Incidente grave |
Emissione maggiore, |
||
|
6-Incidente grave |
Emissione significativa, |
||
|
5—Incidente |
Emissione limitata, |
Gravi danni a |
|
|
4—Incidente |
Bassa emissione, pubblico |
Danni ai reattori |
|
|
3—Incidente grave |
Emissioni molto basse, |
Grave |
Incidente appena evitato |
|
2—Incidente |
Grave contaminazione |
Gravi fallimenti delle misure di sicurezza |
|
|
1—Anomalia |
Anomalia oltre |
||
|
0: disparità |
Nessun significato da |
Principi della protezione del pubblico in generale dall'esposizione alle radiazioni
Nei casi che comportano la potenziale esposizione del pubblico in generale, può essere necessario applicare misure protettive volte a prevenire o limitare l'esposizione alle radiazioni ionizzanti; ciò è particolarmente importante se si vogliono evitare effetti deterministici. Le prime misure da applicare in caso di emergenza sono l'evacuazione, il ricovero e la somministrazione di iodio stabile. Lo iodio stabile dovrebbe essere distribuito alle popolazioni esposte, poiché questo saturerà la tiroide e inibirà il suo assorbimento di iodio radioattivo. Per essere efficace, tuttavia, la saturazione della tiroide deve avvenire prima o subito dopo l'inizio dell'esposizione. Infine, alla fine potrebbero essere necessari il reinsediamento temporaneo o permanente, la decontaminazione e il controllo dell'agricoltura e del cibo.
Ognuna di queste contromisure ha un proprio “livello di azione” (tabella 14), da non confondere con i limiti di dose ICRP per i lavoratori e il pubblico in generale, sviluppati per garantire un'adeguata protezione nei casi di esposizione non accidentale (ICRP 1991).
Tabella 14. Esempi di livelli di intervento generici per misure di protezione per la popolazione generale
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Misura di protezione |
Livello di intervento (dose evitata) |
|
Situazioni di Emergenza |
|
|
Contenimento |
10 mSv |
|
Evacuazione |
50 mSv |
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Distribuzione di iodio stabile |
100 mgy |
|
Ritardato |
|
|
Reinsediamento temporaneo |
30 mSv in 30 giorni; 10 mSv nei prossimi 30 giorni |
|
Reinsediamento permanente |
1 Sv vita |
Fonte: AIEA 1994.
Esigenze di ricerca e tendenze future
L'attuale ricerca sulla sicurezza si concentra sul miglioramento della progettazione dei reattori di generazione di energia nucleare, più specificamente sulla riduzione del rischio e degli effetti della fusione del nocciolo.
L'esperienza acquisita da incidenti precedenti dovrebbe portare a miglioramenti nella gestione terapeutica di individui gravemente irradiati. Attualmente, l'uso di fattori di crescita delle cellule del midollo osseo (fattori di crescita emopoietici) nel trattamento dell'aplasia midollare indotta da radiazioni (insufficienza dello sviluppo) è in fase di studio (Thierry et al. 1995).
Gli effetti delle basse dosi e dei ratei di dose delle radiazioni ionizzanti rimangono poco chiari e devono essere chiariti, sia da un punto di vista puramente scientifico sia ai fini della definizione dei limiti di dose per la popolazione e per i lavoratori. La ricerca biologica è necessaria per chiarire i meccanismi cancerogeni coinvolti. I risultati di studi epidemiologici su larga scala, in particolare quelli attualmente in corso sui lavoratori delle centrali nucleari, dovrebbero rivelarsi utili per migliorare l'accuratezza delle stime del rischio di cancro per le popolazioni esposte a basse dosi o ratei di dose. Gli studi sulle popolazioni che sono o sono state esposte a radiazioni ionizzanti a causa di incidenti dovrebbero aiutare a comprendere meglio gli effetti di dosi più elevate, spesso somministrate a basse dosi.
L'infrastruttura (organizzazione, attrezzature e strumenti) necessaria per la raccolta tempestiva dei dati essenziali per la valutazione degli effetti sulla salute degli incidenti da radiazioni deve essere predisposta con largo anticipo rispetto all'incidente.
Infine, è necessaria un'ampia ricerca per chiarire gli effetti psicologici e sociali degli incidenti da radiazioni (ad esempio, la natura e la frequenza ei fattori di rischio per le reazioni psicologiche post-traumatiche patologiche e non). Questa ricerca è essenziale se si vuole migliorare la gestione delle popolazioni sia professionalmente che non professionalmente esposte.