MATERIALI DA COSTRUZIONE RADIOATTIVI
Naturally Occurring Radioactive Materials (NORM) nel settore edilizio
Rassegna tecnica su fonti, concentrazioni, meccanismi e quadro normativo
1. INTRODUZIONE
I materiali da costruzione rappresentano una sorgente di esposizione alle radiazioni ionizzanti tutt’altro che trascurabile per la popolazione. Tutti i minerali e le materie prime contengono radionuclidi di origine naturale, principalmente appartenenti alle catene di decadimento dell’Uranio-238 (²³⁸U) e del Torio-232 (²³²Th), oltre al Potassio-40 (⁴⁰K).
L’acronimo NORM (Naturally Occurring Radioactive Materials) identifica quei materiali abitualmente non considerati radioattivi ma che possono contenere concentrazioni elevate di radionuclidi naturali. Quando processi industriali concentrano ulteriormente questi radionuclidi, si parla di TENORM (Technologically Enhanced NORM).
L’esposizione alla radioattività naturale dei materiali da costruzione avviene principalmente attraverso due vie: l’irradiazione gamma esterna e l’inalazione del gas radon (²²²Rn) e dei suoi prodotti di decadimento. Secondo l’UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation), circa il 76% dell’esposizione media annua della popolazione alla radioattività proviene da sorgenti naturali.
Il ciclo delle rocce. Illustrazione: Redazione SimplyScience.ch
2. ORIGINE DELLA RADIOATTIVITÀ NEI MATERIALI
2.1 Radionuclidi primordiali
I radionuclidi presenti nei materiali da costruzione sono principalmente di origine primordiale, ovvero formatisi durante la nucleosintesi stellare e intrappolati nella crosta terrestre durante la formazione del pianeta. I tre principali radionuclidi di interesse radioprotezionistico sono:
- Uranio-238 (²³⁸U): emivita di 4,47 × 10⁹ anni. Capostipite di una catena di decadimento che include il Radio-226 (²²⁶Ra), il Radon-222 (²²²Rn), il Polonio-210 (²¹⁰Po) e il Piombo-210 (²¹⁰Pb).
- Torio-232 (²³²Th): emivita di 1,41 × 10¹⁰ anni. La sua catena di decadimento produce il Radio-228 (²²⁸Ra) e il Toron (²²⁰Rn).
- Potassio-40 (⁴⁰K): emivita di 1,25 × 10⁹ anni. Rappresenta lo 0,012% del potassio totale presente in natura. Decade principalmente per emissione beta-meno con emissione gamma associata.
2.2 Perché i materiali diventano radioattivi
I materiali da costruzione acquisiscono o incrementano il loro contenuto radioattivo attraverso diversi meccanismi:
- a) Origine geologica: Le rocce ignee, in particolare quelle acide come graniti, sieniti e porfidi, contengono naturalmente concentrazioni elevate di uranio e torio. Questi elementi si concentrano preferenzialmente nei minerali accessori come zircone, monazite, apatite e allanite durante il raffreddamento magmatico.
- b) Concentrazione durante la combustione: La combustione del carbone nelle centrali termoelettriche elimina la matrice organica ma concentra i radionuclidi nelle ceneri. Le fly ash (ceneri volanti) possono contenere concentrazioni di uranio e torio 3-10 volte superiori rispetto al carbone originario (USGS, 1997).
- c) Frazionamento chimico: Durante la produzione di acido fosforico dalle rocce fosfatiche, circa l’80% del ²²⁶Ra, del ²¹⁰Pb e del ²¹⁰Po viene trattenuto nel fosfogesso, mentre l’uranio rimane prevalentemente nell’acido fosforico. Questo processo produce un sottoprodotto (TENORM) con attività specifica significativamente elevata.
- d) Arricchimento sedimentario: L’uranio, solubile in condizioni ossidanti come ione uranile (UO₂²⁺), può essere adsorbito dalla materia organica durante la formazione di sedimenti. I depositi di fosfati di origine marina contengono uranio a concentrazioni superiori rispetto ai depositi ignei, poiché l’acqua marina contiene uranio a circa 3 ppb.
3. CLASSIFICAZIONE DEI MATERIALI RADIOATTIVI
3.1 Materiali naturali
3.1.1 Rocce ignee (graniti, sieniti, porfidi)
I graniti e le altre rocce ignee acide presentano le concentrazioni più elevate di radionuclidi naturali tra le pietre da costruzione. L’attività del ²²⁶Ra può variare da 10 a 187 Bq/kg, quella del ²³²Th da 16 a 354 Bq/kg e quella del ⁴⁰K da 104 a 1630 Bq/kg. Alcuni graniti, utilizzati come rivestimenti interni o piani di lavoro, possono contribuire significativamente alla dose gamma indoor.
Fonte foto: https://www.rocks.unipr.it/catalog/rocce-ignee/
3.1.2 Tufo e materiali vulcanici
I tufi italiani, ampiamente utilizzati nell’edilizia storica, contengono concentrazioni variabili di radionuclidi. Il tufo vulcanico può presentare concentrazioni di ²²⁶Ra fino a 200-300 Bq/kg. La pozzolana, utilizzata come additivo nei cementi, deriva da materiali vulcanici e può contribuire all’attività radiometrica dei prodotti finiti.
3.1.3 Alum-shale (scisti alluminosi)
Il calcestruzzo leggero svedese a base di alum-shale rappresenta il materiale da costruzione con le concentrazioni più elevate di ²²⁶Ra documentate, con valori medi di circa 1300 Bq/kg e tassi di esalazione del radon di 440 μBq·kg⁻¹·s⁻¹. L’uso di questo materiale ha portato a significativi incrementi delle concentrazioni di radon indoor negli edifici scandinavi.
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3.1.4 Pozzolana
La pozzolana (puteolana pulvis) è una piroclastite sciolta di origine vulcanica, costituita da ceneri, lapilli e materiale pomiceo. Il nome deriva da Pozzuoli, nei Campi Flegrei, dove veniva estratta fin dall’epoca romana per la produzione dell’opus caementicium. Le principali aree di estrazione in Italia sono i Campi Flegrei (pozzolana grigia o grigio-verdastra), la Campagna Romana e il Vulcano Sabatino (pozzolana rossa e nera), l’Appennino centrale nella zona Gran Sasso-Maiella (pozzolana biancastra) e le aree di Avellino e Benevento.
Secondo lo studio di Risica et al. (1999) e le misurazioni effettuate nelle cave di tufo-pozzolana di Orvieto (Trevisi et al., 2016), la pozzolana italiana presenta concentrazioni di radionuclidi naturali significativamente superiori ai valori medi mondiali per i materiali da costruzione: ²²⁶Ra 164 Bq/kg (media mondiale 50), ²³²Th 229 Bq/kg (media mondiale 50), ⁴⁰K 1341 Bq/kg (media mondiale 500). Il tufo, geologicamente correlato alla pozzolana in quanto ne rappresenta la forma compattata, presenta valori ancora più elevati: ²²⁶Ra 209 Bq/kg, ²³²Th 349 Bq/kg, ⁴⁰K 1861 Bq/kg.
L’elevata radioattività della pozzolana è dovuta alla sua origine magmatica. I magmi che hanno alimentato il vulcanismo flegreo e laziale sono di tipo trachitico e fonolitico, caratterizzati da un arricchimento in elementi incompatibili tra cui uranio, torio e potassio. Durante il raffreddamento e la cristallizzazione del magma, questi elementi si concentrano nella fase vetrosa residua (la matrice amorfa della pozzolana) e in minerali accessori come zircone, apatite e feldspati potassici.
La pozzolana viene impiegata come additivo nei cementi pozzolanici (CEM-IV) fino al 55% del contenuto secondo UNI EN 197-1, come componente dei cementi compositi (CEM-V) insieme alla loppa d’altoforno, nelle malte idrauliche per opere in ambiente umido o subacqueo, negli intonaci e rivestimenti per il restauro di edifici storici, e come aggregato leggero per calcestruzzi alleggeriti.
La pozzolana rientra esplicitamente nell’elenco dell’Allegato II del D.Lgs. 101/2020, tra i “materiali da costruzione o additivi di origine naturale ignea”. I cementi pozzolanici CEM-IV contenenti pozzolana naturale sono pertanto soggetti all’obbligo di caratterizzazione radiometrica da parte del fabbricante e al calcolo dell’Indice di concentrazione di attività (Indice I). Uno studio polacco (Michalik et al., 2022) ha evidenziato che i cementi pozzolanici contenenti pozzolana naturale, silica fume e ceneri volanti silicee presentano i valori più elevati degli indici di rischio radiologico tra le tipologie di cemento analizzate, pur rimanendo entro i limiti normativi.
3.1.5 Sabbie zirconifere e derivati (ceramiche, gres porcellanato)
Le sabbie zirconifere contengono zircone (ZrSiO₄), un minerale che incorpora uranio e torio nella sua struttura cristallina per sostituzione isomorfa dello zirconio. Le concentrazioni di ²³²Th nello zircone possono raggiungere valori estremamente elevati, fino a 29.000 Bq/kg secondo i dati IAEA (Technical Reports Series No. 419). Lo zircone viene impiegato nell’industria ceramica come opacizzante per smalti e come componente del gres porcellanato, conferendo resistenza all’abrasione e brillantezza superficiale. Il distretto ceramico italiano, concentrato in Emilia-Romagna, rappresenta uno dei principali produttori mondiali e utilizza significative quantità di zircone e farine di zirconio. L’Allegato II del D.Lgs. 101/2020 include esplicitamente i “derivati delle sabbie zirconifere” tra i materiali soggetti a controllo radiometrico. Studi condotti sul settore ceramico emiliano-romagnolo (Laghi et al., 2025) hanno confermato la necessità di monitoraggio sistematico, pur evidenziando che i prodotti finiti rispettano generalmente i limiti dell’Indice I grazie alla diluizione dello zircone nella massa ceramica.
3.1.6 Laterizi (mattoni e blocchi in argilla)
I laterizi rappresentano uno dei materiali da costruzione più diffusi in Italia e contengono radionuclidi naturali derivanti dalle argille di partenza. Le concentrazioni tipiche nei mattoni variano considerevolmente in funzione dell’origine geologica dell’argilla: ²²⁶Ra 20-200 Bq/kg, ²³²Th 20-70 Bq/kg, ⁴⁰K 200-1600 Bq/kg (UNSCEAR, 2008). I laterizi possono contenere fino a 2200 Bq/kg di ²²⁶Ra in casi particolari (Cooper, 2005). Durante la cottura in fornace a temperature di 900-1100°C, i radionuclidi non vengono eliminati ma rimangono intrappolati nella matrice ceramica, con una leggera concentrazione dovuta alla perdita di massa per disidratazione e decomposizione dei carbonati. Uno studio su edifici storici (PMC, 2022) ha evidenziato che i laterizi sono spesso responsabili di livelli di radiazione naturale superiori rispetto alle pietre naturali utilizzate nello stesso edificio, con indici gamma Iγ compresi tra 0,26 e 0,60 e dosi efficaci medie di 0,53 mSv/anno.
3.2 Materiali incorporanti residui industriali
3.2.1 Ceneri volanti (fly ash)
Le ceneri volanti derivanti dalla combustione del carbone nelle centrali termoelettriche sono ampiamente utilizzate come additivo nel calcestruzzo e nella produzione di cemento. Durante la combustione, la matrice organica del carbone viene eliminata, concentrando uranio, torio e i loro prodotti di decadimento. Le concentrazioni tipiche sono: ²²⁶Ra 40-114 Bq/kg, ²³²Th 13-154 Bq/kg, ⁴⁰K fino a 1007 Bq/kg. Le centrali a carbone producono annualmente milioni di tonnellate di ceneri, di cui oltre il 50% viene riutilizzato nell’industria delle costruzioni.
3.2.2 Fosfogesso
Il fosfogesso è il sottoprodotto della produzione di acido fosforico mediante il processo wet (umido). Per ogni tonnellata di acido fosforico prodotto, si generano 4-5 tonnellate di fosfogesso. Durante il processo, circa il 90% del ²²⁶Ra presente nel minerale fosfatico si concentra nel fosfogesso, mentre l’uranio rimane prevalentemente nell’acido. Le concentrazioni di ²²⁶Ra nel fosfogesso variano tipicamente da 400 a 1700 Bq/kg, con punte fino a 700 Bq/kg riportate nella letteratura europea. L’EPA statunitense ha vietato l’uso del fosfogesso con concentrazioni di ²²⁶Ra superiori a 370 Bq/kg (10 pCi/g).
Il fosfogesso è incluso nell’elenco dell’Allegato II del D.Lgs. 101/2020 e nella Direttiva Euratom in quanto potenzialmente impiegabile come sostituto del gesso naturale nella produzione di pannelli e lastre in gesso, come regolatore di presa nel cemento Portland e come materiale per sottofondi stradali. Tuttavia, proprio a causa delle elevate concentrazioni di ²²⁶Ra, il suo utilizzo effettivo nell’edilizia civile italiana ed europea è di fatto molto limitato o precluso.
3.2.3 Scorie metallurgiche
Le scorie derivanti dalla produzione di rame, stagno, fosforo elementare e acciaio possono contenere concentrazioni elevate di radionuclidi naturali. Le scorie di fosforo, in particolare, possono presentare concentrazioni di radio superiori a 1850 Bq/kg. I fanghi rossi (red mud), residui della produzione di allumina dal processo Bayer, contengono torio e i suoi prodotti di decadimento in concentrazioni variabili a seconda dell’origine della bauxite.
Impieghi delle scorie metallurgiche nell’edilizia:
- Scorie d’altoforno (blast furnace slag): cemento d’altoforno (Portland-slag cement), aggregati per calcestruzzo, lana di roccia per isolamento termico.
- Scorie di rame (copper slag): aggregati per calcestruzzo, materiali abrasivi per sabbiatura, sottofondi stradali.
- Scorie di stagno (tin slag): aggregati per calcestruzzo, materiali da riempimento.
- Scorie di fosforo (phosphorus slag): aggregati per calcestruzzo, materiali isolanti. (Nota: l’Idaho ha vietato l’uso in strutture abitabili dal 1977 per ragioni radioprotezionistiche.)
- Residui della produzione di acciaio (steel slag): aggregati per calcestruzzo e conglomerati bituminosi, sottofondi stradali, materiali da riempimento.
- Fanghi rossi (red mud): additivi nel cemento, produzione di materiali ceramici, aggregati leggeri.
4. CONCENTRAZIONI TIPICHE NEI MATERIALI
La tabella seguente riporta le concentrazioni tipiche di radionuclidi naturali nei principali materiali da costruzione, basate su dati della letteratura peer-reviewed e database europei (Trevisi et al., 2012; UNSCEAR, 2008).
| Materiale | ²²⁶Ra (Bq/kg) | ²³²Th (Bq/kg) | ⁴⁰K (Bq/kg) | Fonte/Note |
| Granito | 10-187 | 16-354 | 104-1630 | Media mondiale EU |
| Calcestruzzo ordinario | 20-60 | 15-35 | 300-400 | EU RP112 |
| Laterizi (mattoni) | 20-200 | 20-70 | 200-1600 | UNSCEAR 2008 |
| Cemento Portland | 20-50 | 15-30 | 150-300 | Dati medi EU |
| Fosfogesso | 200-700 | 5-30 | 20-50 | TENORM elevato ²²⁶Ra |
| Fly ash (ceneri volanti) | 40-115 | 13-154 | 500-1000 | CCR centrali carbone |
| Alum-shale concrete | ~1300 | 40-80 | 600-900 | Svezia, max NORM |
| Gesso naturale | 5-15 | 5-15 | 40-100 | Bassa attività |
| Sabbia e ghiaia | 10-30 | 10-25 | 200-400 | Aggregati comuni |
| Tufo vulcanico | 80-200 | 50-100 | 400-1000 | Italia, variabile |
| Pozzolana | 50-150 | 40-80 | 300-800 | Additivo cemento |
5. QUADRO NORMATIVO
5.1 Normativa europea
La Direttiva 2013/59/Euratom del Consiglio (5 dicembre 2013) stabilisce le norme fondamentali di sicurezza relative alla protezione contro i pericoli derivanti dall’esposizione alle radiazioni ionizzanti. Per la prima volta a livello europeo, questa direttiva include requisiti specifici per i materiali da costruzione (Articolo 75 e Allegato XIII).
Livello di riferimento: La direttiva fissa un livello di riferimento di 1 mSv/anno per la dose efficace dovuta all’esposizione gamma indoor da materiali da costruzione, in aggiunta all’esposizione esterna outdoor.
Indice di concentrazione di attività (Indice I): L’Allegato VIII della direttiva definisce l’Activity Concentration Index come strumento di screening:
I = C(Ra-226)/300 + C(Th-232)/200 + C(K-40)/3000
dove C rappresenta le concentrazioni di attività in Bq/kg. Se l’indice I ≤ 1, il materiale può essere utilizzato senza restrizioni per abitazioni ed edifici ad elevato fattore di occupazione. Se I > 1, sono necessarie valutazioni dosimetriche più accurate.
5.2 Normativa italiana
Il D.Lgs. 31 luglio 2020, n. 101 recepisce la Direttiva 2013/59/Euratom nell’ordinamento italiano, introducendo per la prima volta un quadro regolatorio organico per i materiali da costruzione contenenti radionuclidi naturali. Il decreto è stato successivamente integrato dal D.Lgs. 25 novembre 2022, n. 203.
L’Allegato II (Sezione II-ter, come modificato dal D.Lgs. 203/2022) elenca i materiali da costruzione soggetti a controllo radiometrico:
- Materiali naturali:
- Alum-shale (cemento contenente scisti alluminosi)
- Granitoidi (graniti, sienite, ortogneiss), porfidi, tufo, pozzolana, lava
- Derivati delle sabbie zirconifere
- Materiali incorporanti residui industriali:
- Ceneri volanti
- Fosfogesso
- Scorie di fosforo, stagno, rame
- Fanghi rossi (residui della produzione di alluminio)
- Residui della produzione di acciaio
Il decreto stabilisce che se l’indice I > 1, è necessario effettuare valutazioni dosimetriche accurate. Se la dose risulta superiore a 1 mSv/anno, il materiale non può essere utilizzato per edifici di ingegneria civile, abitazioni ed edifici ad elevato fattore di occupazione.
5.3 Standard internazionali IAEA
L’Agenzia Internazionale per l’Energia Atomica (IAEA) ha pubblicato numerose guide tecniche sulla gestione del NORM, tra cui il Safety Reports Series No. 117 (2023) “Regulatory Control of Exposure due to Radionuclides in Building Materials and Construction Materials”, che fornisce indicazioni pratiche per l’attuazione dei requisiti dello standard GSR Part 3 (Basic Safety Standards).
Il Safety Reports Series No. 49 “Assessing the Need for Radiation Protection Measures in Work Involving Minerals and Raw Materials” identifica i settori industriali che richiedono attenzione dal punto di vista della radioprotezione, includendo l’industria dei materiali da costruzione.
6. ASPETTI DI RADIOPROTEZIONE
6.1 Esposizione gamma esterna
I tre radionuclidi ²²⁶Ra, ²³²Th e ⁴⁰K contribuiscono collettivamente alla dose gamma indoor. I coefficienti di conversione dose-attività tengono conto del differente contributo di ciascun radionuclide: l’equazione dell’Indice I assegna pesi diversi (300, 200 e 3000 Bq/kg rispettivamente) basati sulla radiotossicità relativa e sul rendimento di emissione gamma.
La dose media mondiale dovuta ai materiali da costruzione è stimata in circa 0,4 mSv/anno (UNSCEAR), ma può variare significativamente in funzione del tipo di materiale, dello spessore delle pareti e del tempo di permanenza nell’edificio.
6.2 Esalazione del radon
Il radon-222 (²²²Rn), gas nobile radioattivo prodotto dal decadimento del ²²⁶Ra, può esalare dai materiali da costruzione contribuendo alla concentrazione indoor. Il tasso di esalazione dipende da: concentrazione di ²²⁶Ra nel materiale, coefficiente di emanazione (frazione di radon che lascia la matrice solida), porosità e permeabilità del materiale, spessore dello strato, lunghezza di diffusione del radon.
Per materiali standard, il contributo del radon dai materiali da costruzione alla concentrazione indoor è generalmente dell’ordine di 6-10 Bq/m³ (European Commission, RP 112). Per materiali ad alta attività come il calcestruzzo a base di alum-shale, questo contributo può raggiungere 80 Bq/m²·h⁻¹.
6.3 Indici di rischio radiologico
La letteratura scientifica utilizza diversi indici per caratterizzare il rischio radiologico dei materiali da costruzione:
- Attività equivalente in radio (Raeq): assume che 370 Bq/kg di ²²⁶Ra, 259 Bq/kg di ²³²Th e 4810 Bq/kg di ⁴⁰K producano la stessa dose gamma. Il limite per materiali da costruzione residenziali è 370 Bq/kg.
- Indice di rischio esterno (Hex): stima il rischio radiologico da esposizione gamma esterna. Deve essere ≤ 1.
- Indice di rischio interno (Hin): tiene conto dell’inalazione di radon e progenie. Deve essere ≤ 1.
- Indice alfa (Iα): specifico per l’esposizione da inalazione di radon. Materiali con concentrazione di ²²⁶Ra < 200 Bq/kg sono considerati sicuri.
6.4 Metodologie di misura
La caratterizzazione radiometrica dei materiali da costruzione ai fini del D.Lgs. 101/2020 si effettua mediante spettrometria gamma ad alta risoluzione, secondo le metodologie standardizzate dalla serie ISO 18589 “Measurement of radioactivity in the environment — Soil” e dalla norma ISO 20042:2019 “Measurement of radioactivity — Gamma-ray emitting radionuclides — Generic test method using gamma-ray spectrometry”.
Strumentazione per spettrometria gamma
I rivelatori di riferimento sono i rivelatori HPGe (High Purity Germanium), che offrono la migliore risoluzione energetica (tipicamente 1,8-2,0 keV FWHM a 1332 keV) e consentono la determinazione simultanea delle concentrazioni di attività di ²²⁶Ra, ²³²Th (tramite ²²⁸Ra) e ⁴⁰K. La norma IEC 61563 “Radiation protection instrumentation — Equipment for measuring specific activity of gamma-emitting radionuclides in foodstuffs” definisce i requisiti prestazionali per tali apparecchiature. I rivelatori HPGe richiedono raffreddamento criogenico a temperatura dell’azoto liquido (-196°C) per ridurre il rumore termico. I modelli più diffusi includono rivelatori coassiali (GC series), a pozzetto (well-type) e BEGe (Broad Energy Germanium) per la misura di radionuclidi a bassa energia.
Per misure di screening rapido o in campo, la norma ISO 19581:2017 prevede l’utilizzo di rivelatori a scintillazione NaI(Tl) (ioduro di sodio attivato al tallio), con risoluzione inferiore (tipicamente 7% FWHM a 662 keV) ma maggiore efficienza di conteggio e costi contenuti. Questi rivelatori non richiedono raffreddamento criogenico.
Preparazione dei campioni
I campioni, dopo essiccazione a 105°C fino a peso costante e macinazione a granulometria < 250 μm (ISO 18589-2), vengono sigillati in contenitori Marinelli (geometria a bicchiere che circonda il rivelatore) o contenitori cilindrici standard. Il campione deve essere lasciato a riposo per almeno 21-30 giorni in contenitore ermetico per raggiungere l’equilibrio secolare tra ²²⁶Ra e i suoi prodotti di decadimento gamma-emettitori (²¹⁴Pb e ²¹⁴Bi), necessario per la corretta quantificazione del radio.
Rivelatori HPGe (High Purity Germanium) Contenitori Marinelli
Misura del tasso di esalazione del radon
Per la determinazione del tasso di esalazione del radon dai materiali da costruzione, la norma ISO 11665-9:2019 “Measurement of radioactivity in the environment — Air: Radon-222 — Part 9: Test methods for exhalation rate of building materials” specifica due metodi: scintillazione liquida (LSC) e spettrometria gamma. La norma ISO 11665-7:2012 definisce il metodo della camera di accumulo per la stima del tasso di esalazione superficiale.
Gli strumenti per la misura della concentrazione di radon sono normati dalla serie IEC 61577 “Radiation protection instrumentation — Radon and radon decay product measuring instruments”. Sono disponibili diverse tipologie:
- Rivelatori passivi a tracce nucleari CR-39 (SSNTD – Solid State Nuclear Track Detector): il rivelatore in policarbonato PADC (poly-allyl diglycol carbonate) registra le tracce delle particelle alfa emesse dal radon e dai suoi prodotti di decadimento. Dopo l’esposizione (da alcune settimane a un anno), le tracce vengono rese visibili mediante attacco chimico in soluzione di NaOH 6,25 N a 70°C e contate al microscopio ottico o con sistemi automatici di analisi d’immagine.
- Camere a ionizzazione con elettrete (E-PERM®): dispositivi passivi integrativi costituiti da un disco di PTFE (Teflon) elettricamente caricato posto all’interno di una camera conduttiva. La riduzione della tensione superficiale dell’elettrete, misurata con apposito lettore prima e dopo l’esposizione, è proporzionale all’esposizione al radon. Approvati da EPA (USA) per misure short-term (2-90 giorni) e long-term (91-365 giorni).
- Monitor continui a cella di scintillazione o camera di ionizzazione: strumenti attivi che forniscono misure in tempo reale della concentrazione di radon con risoluzione temporale predefinita.
Il Portale Agenti Fisici (PAF) del Ministero della Salute italiano mette a disposizione fogli di calcolo per la determinazione dell’Indice I a partire dai valori misurati di concentrazione di attività.
6.5 Misure di mitigazione e prevenzione
Quando i materiali da costruzione contribuiscono significativamente all’esposizione indoor, sono disponibili diverse strategie di mitigazione, distinte in misure preventive (nuove costruzioni) e correttive (edifici esistenti). La pubblicazione IAEA “Protection Against Exposure Due to Radon Indoors and Gamma Radiation from Construction Materials — Methods of Prevention and Mitigation” (2021) fornisce una panoramica completa delle soluzioni tecniche.
Riduzione dell’esposizione gamma
Per la radiazione gamma da materiali da costruzione, le opzioni di mitigazione sono limitate. L’unica soluzione efficace è l’interposizione di massa schermante (materiali ad alta densità) o la rimozione/sostituzione del materiale incriminato, interventi generalmente non praticabili negli edifici esistenti se non in casi di ristrutturazione profonda. La prevenzione, mediante selezione di materiali conformi all’Indice I ≤ 1 in fase progettuale, risulta pertanto fondamentale.
Controllo del radon – Nuove costruzioni
Il D.Lgs. 101/2020 prevede l’adozione di “tecniche costruttive per prevenire l’ingresso del radon” negli edifici situati nelle aree prioritarie individuate dal Piano Nazionale Radon. Le misure preventive includono:
- Vespaio aerato o intercapedine ventilata tra il terreno e il primo solaio
- Membrane anti-radon certificate, con coefficiente di diffusione del radon < 10⁻¹¹ m²/s secondo ISO/TS 11665-13:2017 “Determination of the diffusion coefficient in waterproof materials”
- Sistemi di depressurizzazione del suolo predisposti (pozzetto di raccolta con tubazione di estrazione) per eventuale attivazione futura
- Sigillatura accurata di tutte le penetrazioni impiantistiche attraverso le strutture a contatto con il terreno
Controllo del radon – Edifici esistenti
Per gli edifici esistenti, le tecniche di rimedio sono descritte nella Safety Guide IAEA SSG-32 “Protection of the Public Against Exposure Indoors due to Radon and Other Natural Sources of Radiation” e comprendono:
- Ventilazione naturale o meccanica degli ambienti: l’incremento del tasso di ricambio d’aria (da 0,3-0,5 a 1,0-1,5 vol/h) riduce proporzionalmente la concentrazione di radon indoor
- Sigillatura di crepe e discontinuità nelle strutture a contatto con il terreno (giunti costruttivi, passaggi impiantistici, fessurazioni)
- Rivestimenti sigillanti applicati sulle superfici interne dei materiali ad alta esalazione: studi condotti in Svezia su edifici realizzati con calcestruzzo a base di alum-shale hanno dimostrato che l’applicazione di fogli di alluminio o pitture epossidiche barriera può ridurre il tasso di esalazione del radon del 50-80% (UNSCEAR, 2000)
- Depressurizzazione attiva del sottosuolo (Sub-slab Depressurization – SSD): sistema costituito da uno o più punti di estrazione sotto la soletta, collegati a un ventilatore che mantiene una depressione continua, impedendo l’ingresso del radon. Efficacia tipica: riduzione del 70-95% della concentrazione di radon indoor
Riferimenti normativi nazionali
La norma UNI/TS 11291:2012 “Radon — Tecniche di mitigazione” fornisce indicazioni operative per la progettazione e realizzazione degli interventi nel contesto italiano. L’EPA statunitense e il BRE britannico (Building Research Establishment) hanno pubblicato linee guida tecniche dettagliate sui sistemi di mitigazione del radon negli edifici.
7. OBBLIGHI PER I FABBRICANTI
I fabbricanti di materiali da costruzione elencati nell’Allegato II, Sezione II-ter del D.Lgs. 101/2020 (come modificato dal D.Lgs. 203/2022) sono soggetti a specifici obblighi di caratterizzazione radiometrica.
7.1 Materiali soggetti a obbligo
- Materiali naturali: alum-shale, granitoidi (granito, sienite, ortogneiss), porfidi, tufo, pozzolana, basalto e altre lave, derivati delle sabbie zirconifere
- Residui industriali: ceneri volanti da centrali a carbone, fosfogesso, scorie di produzione del fosforo, dello stagno e del rame, fanghi rossi della produzione dell’alluminio, residui della produzione dell’acciaio
7.2 Procedura di conformità
Il fabbricante deve effettuare la misurazione delle concentrazioni di attività di ²²⁶Ra, ²³²Th e ⁴⁰K mediante laboratorio qualificato e calcolare l’Indice di concentrazione di attività (Indice I) secondo la formula dell’Allegato II della Direttiva 2013/59/Euratom:
I = C(Ra-226)/300 + C(Th-232)/200 + C(K-40)/3000
dove le concentrazioni C sono espresse in Bq/kg.
7.3 Criteri di valutazione
- Indice I ≤ 1: il materiale può essere commercializzato senza restrizioni per qualsiasi uso edilizio. I risultati della caratterizzazione radiometrica costituiscono parte integrante della Dichiarazione di Prestazione (DoP) ai sensi del Regolamento (UE) 305/2011 (Construction Products Regulation – CPR).
- Indice I > 1: il fabbricante deve effettuare valutazioni dosimetriche più accurate secondo le metodologie indicate nell’Allegato II del D.Lgs. 101/2020, considerando gli scenari d’uso effettivi (spessore degli elementi costruttivi, densità del materiale, fattore di occupazione degli ambienti). Se la dose efficace annua risulta ≤ 1 mSv, il materiale può essere utilizzato; se la dose supera 1 mSv/anno, il materiale non può essere destinato ad abitazioni, edifici scolastici, sanitari e in generale edifici ad elevato fattore di occupazione, ma può essere impiegato per infrastrutture stradali, opere di ingegneria civile e altre applicazioni a basso fattore di occupazione.
7.4 Periodicità delle misure
Le caratterizzazioni radiometriche devono essere ripetute con cadenza almeno triennale, oppure in caso di variazione significativa dell’origine o della composizione delle materie prime impiegate nel processo produttivo.
7.5 Vigilanza
Le funzioni di controllo e vigilanza sono attribuite alle Agenzie Regionali per la Protezione dell’Ambiente (ARPA) e all’Ispettorato Nazionale per la Sicurezza Nucleare e la Radioprotezione (ISIN).
8. CONCLUSIONI E RACCOMANDAZIONI
La radioattività naturale nei materiali da costruzione rappresenta una problematica tecnica di crescente rilevanza, sia per ragioni di salute pubblica sia per gli aspetti normativi introdotti dalla Direttiva Euratom e dal D.Lgs. 101/2020. I principali aspetti da considerare nella pratica professionale sono:
- La caratterizzazione radiometrica dei materiali elencati nell’Allegato II del D.Lgs. 101/2020 è obbligatoria per i fabbricanti ai fini della dichiarazione di prestazione (Regolamento CPR 305/2011).
- L’Indice di concentrazione di attività (I) rappresenta uno strumento di screening conservativo; valori I > 1 non implicano automaticamente il superamento del livello di riferimento di 1 mSv/anno ma richiedono valutazioni dosimetriche più accurate.
- Il riutilizzo di residui industriali (fly ash, fosfogesso, scorie) nei materiali da costruzione richiede particolare attenzione ai fini della radioprotezione, in coerenza con i principi dell’economia circolare.
- Per gli edifici esistenti, la problematica principale resta la concentrazione di radon indoor, per la quale il D.Lgs. 101/2020 fissa un livello di riferimento di 300 Bq/m³ (che scenderà a 200 Bq/m³ per le nuove abitazioni dal 31/12/2024).
FONTI BIBLIOGRAFICHE
Normativa
- Direttiva 2013/59/Euratom del Consiglio, del 5 dicembre 2013, che stabilisce norme fondamentali di sicurezza relative alla protezione contro i pericoli derivanti dall’esposizione alle radiazioni ionizzanti
- Lgs. 31 luglio 2020, n. 101 – Attuazione della direttiva 2013/59/Euratom
- Lgs. 25 novembre 2022, n. 203 – Disposizioni integrative e correttive al D.Lgs. 101/2020
- Regolamento (UE) n. 305/2011 (Construction Products Regulation – CPR)
Norme tecniche ISO
- ISO 18589-2:2015 – Measurement of radioactivity in the environment — Soil — Part 2: Guidance for the selection of the sampling strategy, sampling and pre-treatment of samples
- ISO 18589-3:2023 – Measurement of radioactivity in the environment — Soil — Part 3: Test method of gamma-emitting radionuclides using gamma-ray spectrometry
- ISO 18589-7:2013 – Measurement of radioactivity in the environment — Soil — Part 7: In situ measurement of gamma-emitting radionuclides
- ISO 20042:2019 – Measurement of radioactivity — Gamma-ray emitting radionuclides — Generic test method using gamma-ray spectrometry
- ISO 19581:2017 – Measurement of radioactivity — Gamma emitting radionuclides — Rapid screening method using scintillation detector gamma-ray spectrometry
- ISO 11665-7:2012 – Measurement of radioactivity in the environment — Air: radon-222 — Part 7: Accumulation method for estimating surface exhalation rate
- ISO 11665-9:2019 – Measurement of radioactivity in the environment — Air: Radon-222 — Part 9: Test methods for exhalation rate of building materials
- ISO/TS 11665-13:2017 – Measurement of radioactivity in the environment — Air: radon 222 — Part 13: Determination of the diffusion coefficient in waterproof materials
Norme tecniche IEC
- IEC 61563 – Radiation protection instrumentation — Equipment for measuring specific activity of gamma-emitting radionuclides in foodstuffs
- IEC 61577-1 – Radiation protection instrumentation — Radon and radon decay product measuring instruments — Part 1: General principles
- IEC 61577-2 – Radiation protection instrumentation — Radon and radon decay product measuring instruments — Part 2: Specific requirements for radon measuring instruments
Norme tecniche nazionali
- UNI/TS 11291:2012 – Radon — Tecniche di mitigazione
Pubblicazioni IAEA
- IAEA Safety Standards Series No. SSG-32 (2016) – Protection of the Public Against Exposure Indoors due to Radon and Other Natural Sources of Radiation
- IAEA Safety Reports Series No. 117 (2023) – Regulatory Control of Exposure due to Radionuclides in Building Materials and Construction Materials
- IAEA Technical Reports Series No. 419 (2003) – Extent of Environmental Contamination by Naturally Occurring Radioactive Material (NORM)
- IAEA (2021) – Protection Against Exposure Due to Radon Indoors and Gamma Radiation from Construction Materials — Methods of Prevention and Mitigation
Pubblicazioni UNSCEAR
- UNSCEAR (2000) – Sources and Effects of Ionizing Radiation, Volume I: Sources
- UNSCEAR (2008) – Sources and Effects of Ionizing Radiation, Volume I: Sources – Annex B
Commissione Europea
- European Commission RP-112 (1999) – Radiological Protection Principles concerning the Natural Radioactivity of Building Materials
Letteratura scientifica peer-reviewed
- Trevisi R. et al. (2012) – Natural radioactivity in building materials in the European Union: a database and an estimate of radiological significance. Journal of Environmental Radioactivity, 105, 11-20
- Cooper M.B. (2005) – Naturally Occurring Radioactive Materials (NORM) in Australian Industries. EnviroRad Services Pty. Ltd.
- Risica S. et al. (1999) – A study of indoor radon levels in Italian dwellings. Radiation Protection Dosimetry, 86(3), 207-213
- Kotrappa P. et al. (1990) – An electret passive environmental radon monitor based on ionization measurement. Health Physics, 58(4), 461-467
Risorse online
- Portale Agenti Fisici (PAF) – https://www.portaleagentifisici.it
- WHO Handbook on Indoor Radon (2009) – https://www.who.int
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