Geochimica del Cesio

Il 137Cs è il radioelemento responsabile principale della radioattività prodotta dai rifiuti definiti ad alta attività e lunga vita (HLW). L’emivita di tale elemento è breve, 30 anni; 1000 anni sono pertanto sufficienti per un decadimento che ne riduca l‘attività a livelli inferiori a quella del fondo radiometrico ambientale. Lo smaltimento geologico azzererebbe, con ridondanza, il potenziale rischio ambientale connesso alla presenza del 137Cs. Le barriere tecniche del sistema multibarriera darebbero quindi garanzia di isolamento dalla biosfera per i tempi in gioco. Analoghi archeologici di vetro e cemento testimoniano della lunga durata di questi materiali, ma la forte affinità del cesio per i minerali argillosi troverebbe un ostacolo insuperabile nella barriera tecnica bentonitica,

168 nella parte della formazione argillosa meccanicamente alterata della roccia ospite, rientrante nel campo prossimo, e infine nella barriera geologica. Il problema per il cesio si porrebbe nel caso di uno stoccaggio definitivo o interinale di lungo periodo o, peggio ancora, a tempo indefinito. In caso di gestione attenta, uno stoccaggio in un deposito sub-superficiale in formazione argillosa annullerebbe qualsiasi pericolo. Diverso è il caso di un deposito in superficie, più soggetto all’attacco degli agenti meteorici ed esposto ad azioni antropiche avverse. Proprio in considerazione della eventualità di adozione di quest’ultima opzione appare opportuno tratteggiare brevemente la geochimica di questo elemento.

6.8.1 Il cesio stabile

Il cesio, forma una serie di composti simili, per proprietà, a quelli formati dagli altri metalli alcalini, per lo più molto solubili in acqua (cloruri e solfati). In tutti i suoi composti naturali il cesio si presenta come catione monovalente, con la configurazione elettronica stabile del gas nobile xenon. Il suo raggio ionico è 1,65 Å (angstrom). Presenta un solo isotopo naturale (133Cs), ma 18 sono gli isotopi prodotti da reazioni nucleari. Fra questi il 137Cs. Solo tre sono i minerali nei quali il cesio entra come componente essenziale, pollucite, rhodizite e avogadrite. Può essere ospitato nel reticolo di altri minerali, in particolare, come CsO2, nella biotite (sopra il 3.1%), nel berillo (sopra il

7.5%), nella lepidolite (sopra lo 0.3%) e nel microclino (sopra lo 0.2%. Il rapporto K/Cs è molto alto nei K-feldspati (500-11400), mentre nelle miche varia fra 200 e 400. Con un rapporto uguale a 2000 la muscovite è la sola eccezione.). L’elevato contenuto nelle argille le quali, come tutti i colloidi con carica negativa, hanno un’alta capacità di assorbimento, è dovuto alla capacità di attrazione della superficie dei minerali argillosi e dei vuoti interstrato. Per la presenza di una elevata componente argillosa, il suolo ha una grande capacità di fissazione del Cs. Nei suoli francesi ed italiani il Cs presenta intervalli di concentrazione variabili da 0.3 a 25.7 ppm. Liberato nelle acque in forma ionica, il Cs è immediatamente adsorbito dalle particelle argillose e ne segue il destino sedimentario negli ambienti deposizionali. Tale processo rende conto della limitatissima presenza del cesio in forma ionica nei corpi idrici, Il Cs ha una forte tendenza all’accumulo nella sfera biologica. Alcune analisi hanno rivelato contenuti medi di 22 ppm nelle piante, di140 ppm in peso secco negli invertebrati e di 32 ppm in vertebrati (vd. studi di Fornaseri M., 1994).

6.8.2 Il cesio prodotto di fissione

Il comportamento ambientale del radio cesio137Cs, è già stato tracciato dal proprio omologo pervenuto a terra nel periodo postbellico di esplosioni nucleari in atmosfera come previsione di un ipotetico rilascio da un deposito superficiale, ma non profondo.

Di seguito viene fornita una descrizione essenziale del comportamento di tale radioelemento nei sistemi ambientali coinvolti. Premessa esplicativa delle differenze di concentrazione del radiocesio negli ambienti che verranno ora descritti è che tali variazioni sono determinate dalle variazioni dei

169 caratteri ambientali, specialmente di livello idrodinamico, e non dai caratteri chimico-fisico- mineralogici del nuclide:

l’unicità del termine sorgente generalizzata, esplosioni in nucleari in atmosfera, e non puntuale, determina una distribuzione diffusa su territori vastissimi. Le uniche variazioni nella fornitura di radiocesio all’ambiente sono direttamente riferibili alle differenze di piovosità;

l’associazione assolutamente precoce a particelle argillose fini determina una unicità di forma di trasferimento del radiocesio nella successione di ambienti;

la monovalenza del cesio lo rende insensibile alle variazioni chimico fisiche, tipicamente pH-Eh, che possono differenziare i vari ambienti.

i fattori di rimozione, trasporto e deposizione delle particelle sono quindi di carattere fisico, tipicamente idrodinamico e, sussidiariamente, eolico, biologico o antropico, e non di altro genere;

il radiocesio segue in definitiva il destino sedimentario delle particelle cui è associato ed i processi di trasferimento e deposizione sono quindi sostanzialmente sedimentari;

in uno stesso ambito territoriale le differenze di concentrazione del cesio sono principalmente, se non esclusivamente, riferibili alle variazioni dei caratteri dinamico- sedimentari tipici dei vari ambienti;

le concentrazioni del 137Cs rilasciato nell’ambiente dagli scarichi autorizzati delle centrali nucleari è valutato in 1/100 rispetto a quelle dei fallout radioattivo.

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