Obiettivo della caratterizzazione radiologica è l’individuazione e la quantificazione dei radionuclidi emettitori presenti in un rifiuto o in un manufatto al fine di effettuare una corretta gestione dei rifiuti radioattivi e per la verifica del rispetto dei criteri di accettazione del deposito definitivo in ottemperanza ai limiti imposti dalla Guida Tecnica n. 26 dell’ENEA-DISP (edizione 1987).
La caratterizzazione radiologica viene effettuata utilizzando tutte le informazioni deducibili da misure dirette e indirette sul manufatto e/o dalla storia del rifiuto prima del suo condizionamento.
La presente procedura di caratterizzazione radiologica si applica a tutti i manufatti ricevuti dal sito di smaltimento e di deposito e riguarda le fasi relative all’accettazione, identificazione, manipolazione, caratterizzazione ed immagazzinamento dei manufatti ricevuti.
3.1 RICEZIONE E ACCETTAZIONE MANUFATTI
A cura del trasportatore i manufatti vengono scaricati in lotti non superiori a X unità presso l’area ricevimento della unità “Sito di Smaltimento e Deposito”.
Il Responsabile e l’Operatore di turno effettuano le operazioni di accettazione, consistenti nelle seguenti attività:
a) verifica ed esame visivo dell’integrità e chiusura fusto-manufatto;
b) verifica della conformità del manufatto alla scheda identificativa di accompagnamento;
c) verifica della identificazione ed etichettatura del manufatto come definite dal produttore;
d) controllo a vista dell’integrità del fusto-manufatto per rilevare eventuali ammaccature o crepe superficiali o incrostazioni di materiale comportanti contaminazioni residue;
e) acquisizione di immagini fotografiche del manufatto da allegare al fascicolo caratterizzazione dedicato al fusto-manufatto in esame;
f) acquisizione della eventuale documentazione fornita dal produttore del manufatto: informazioni dettagliate sulle origini, sulla descrizione storica e sui processi di trattamento subiti dal manufatto sono necessarie per assicurare una corretta caratterizzazione per la determinazione del contenuto dei radionuclidi emettitori;
g) misura delle dimensioni e del peso del manufatto;
h) misura del rateo di dose beta/ gamma e neutronica (quando richiesto o applicabile) a contatto e ad un metro;
i) misura della contaminazione superficiale mediante “smear test”;
j) acquisizione e misura con sistemi di imaging gamma delle mappe di intensità di radiazione gamma e valutazione di eventuali concentrazioni di radionuclidi
sulla superficie esterna del fusto: l’immagine della mappa di radiazione gamma sovrapposta alla immagine visibile dell’area consente di individuare eventuali hot spots presenti sulla superficie esterna del manufatto e caratterizzare i suddetti in tempi relativamente brevi;
k) identificazione del manufatto tramite iscrizione nell’apposito registro indicante produttore, natura, specifiche e conseguente attribuzione del relativo codice identificativo;
l) annotazione del predetto codice su etichetta di identificazione contenente anche griglia stato prove da compilare successivamente in base all’avanzamento dello stato prove ed applicazione della stessa etichetta al manufatto.
Successivamente il Responsabile o l’Operatore di turno procede a documentare i dati acquisiti nel foglio di caratterizzazione/rapporto di misura, che segue il manufatto per tutto il ciclo prove.
Il foglio di caratterizzazione/rapporto di misura in particolare contiene indicazioni relative a:
- data ricezione; - codice identificativo; - operatori coinvolti in prova; - produttore del manufatto;
- identificazione fornita dal produttore; - risultati controllo visivo;
- risultati della misura del rateo di dose:
- risultati della misura della contaminazione superficiale;
- risultati della misura effettuata con sistemi di imaging gamma;
- dati dichiarati dal produttore o proprietario in relazione alle caratteristiche del manufatto;
- eventuale indicazione dell’urgenza a procedere alle prove.
Il Responsabile e gli Operatori in relazione alla manipolazione dei manufatti devono adottare le necessarie precauzioni per evitare danni, contaminazione, corrosione, ecc., in ottemperanza alla vigente legislazione ed alle norme di buona tecnica.
3.2 AVVIO AL CICLO PROVE ED EVENTUALE IMMAGAZZINAMENTO.
Il Responsabile e l’Operatore di turno dispongono il trasporto dall’area ricevimento all’area laboratorio dei manufatti. Il primo in ordine di identificazione in base all’etichetta apposta è sottoposto alle misure, seguito dagli altri in ordine di identificazione.
I manufatti non ancora sottoposti a prove o al termine del ciclo prove, presenti nell’area laboratorio, sono segregati a cura degli Operatori nel magazzino area prove.
3.3 CICLO PROVE.
Il Responsabile e l’Operatore di turno avviano il ciclo prove procedendo al caricamento del fusto in esame sul nastro trasportatore.
La caratterizzazione radiologica del manufatto inizia con l’invio del fusto ai Sistemi di
Radiografia Digitale al fine di verificare la presenza o meno di liquidi all’interno del
rifiuto o del manufatto.
I) Caso di assenza di liquidi nel rifiuto o manufatto.
Nel caso di assenza di liquidi, il rifiuto o il manufatto viene inviato, tramite l’apposito nastro trasportatore, ai sistemi di analisi di misura NON DISTRUTTIVI (NDA, Non Destructive Assay), basati sulla rivelazione di un flusso fotonico o neutronico proveniente dal rifiuto, al fine di determinare e quantificare il contenuto di radionuclidi emettitori.
La caratterizzazione radiologica mediante analisi non distruttive viene eseguita secondo le seguenti modalità e successioni:
1) caratterizzazione del rifiuto tramite spettrometria gamma a scansione: • Segmented Gamma Scanning;
• Transmission e Emission Computerised Tomography (TCT-ECT) usata per rifiuti e manufatti con distribuzione di densità non omogenea e distribuzione di attività non uniforme.
2) caratterizzazione del rifiuto tramite misure neutroniche:
• Tecniche Neutroniche Passive il cui obiettivo è la determinazione quantitativa del materiale fertile (238Pu, 240Pu, 242Pu) presente nel rifiuto a partire dai neutroni rivelati;
• Tecniche Neutroniche Attive il cui obiettivo è la determinazione quantitativa del materiale fissile (239Pu, 241Pu, 235U) presente nel rifiuto a partire dai neutroni rivelati.
• Tecniche Gamma Attive usate per determinare la massa totale degli attinidi presenti nel fusto.
3) caratterizzazione del rifiuto tramite sistemi per il calcolo della
composizione isotopica:
• MGA e MGAU per determinare le abbondanze isotopiche relative del Plutonio e l’arricchimento dell’Uranio qualora il manufatto in oggetto sia alfa-emettitore o costituito da elementi di combustile esauriti.
II) Caso di presenza di liquidi nel rifiuto o manufatto.
Nel caso di presenza di liquidi, il rifiuto o il manufatto viene inviato, tramite l’apposito nastro trasportatore, ai sistemi di analisi di misura DISTRUTTIVI (DA, Destructive Assay), i quali conducono ad una accurata e completa determinazione dell’inventario dei radionuclidi presenti nel manufatto. L’attendibilità di tale determinazione dipende dalla rappresentatività del campione e dalla omogeneità del rifiuto da caratterizzare. Lo schema generale di una analisi di tipo distruttivo prevede, quindi, le seguenti fasi:
• Manipolazione e Omogeneizzazione del campione;
• Solubilizzazione del campione (digestione acida o mineralizzazione);
• Aggiunta al campione solubilizzato di un tracciante del radionuclide di interesse;
• Purificazione del radionuclide di interesse da eventuali interferenti mediante trattamenti chimico-fisici (precipitazione, estrazione selettiva con resine).
L’applicazione delle suddette fasi richiede l’uso di celle calde o scatole a guanti per il campionamento, pretrattamento e dissoluzione del campione. La scelta dell’adeguato metodo di dissoluzione per ottenere un campione omogeneo dipende dalla natura chimico-fisica del rifiuto e dalle proprietà chimiche degli elementi da isolare.
Il passo finale di una analisi DA consiste nella misura della concentrazione di attività dei radionuclidi, con le tecniche strumentali già descritte.
Questo processo può essere applicato direttamente al campione dissolto o dopo il processo di separazione, a seconda della complessità della miscela e della risoluzione della tecnica strumentale usata per la determinazione.
A supporto delle tecniche di analisi DA, sul campione rappresentativo del materiale da caratterizzare può essere effettuata una misura di spettrometria gamma NDA
con sistemi in situ, “one shot”, sistemi di misura costituiti da un singolo rivelatore
calibrato sperimentalmente o matematicamente.
Importanti fattori da considerare nel definire una procedura di caratterizzazione radiologica.
Metodologia dei fattori di correlazione (“Scaling Factor”).
L’inventario dei radionuclidi rilevanti per lo smaltimento dei rifiuti radioattivi è numeroso e vario (alfa e/o beta emettitori). Alcuni di questi radionuclidi sono facili da misurare (ETM, easy to measure) tramite tecniche di analisi non distruttive (NDA) o distruttive (DA), ma molti di loro sono difficili da misurare (HTM, hard to measure) e necessitano di analisi DA in laboratorio o calcoli utilizzando speciali codici (emettitori beta puri). Alcuni di essi sono impossibili da misurare (ITM, impossible to measure) anche in laboratorio.
La metodologia dei fattori di correlazione (scaling factor) può determinare la radioattività dei radionuclidi HTM e ITM usando correlazioni fra loro e nuclidi chiave (KN, key nuclides) scelti fra i radionuclidi facili da misurare, ETM. Essa fornisce un approccio di tipo semiempirico nella valutazione delle concentrazioni dei radionuclidi presenti in correnti di rifiuto specifiche.
L’idea alla base del metodo è che radionuclidi aventi origine dalla medesima sorgente e caratterizzati dallo stesso comportamento chimico-fisico nella diffusione in precisi contesti dell’impianto, mantengano un rapporto costante nelle loro concentrazioni finali.
In maniera specifica, i nuclidi HTM sono determinati da un radionuclide gamma facilmente misurabile moltiplicando la concentrazione di questo nuclide chiave per il
fattore di correlazione fra i due nuclidi, fattore di correlazione derivato da risultati di adeguate analisi radiochimiche o codici di calcolo.
I nuclidi ITM sono determinati anch’essi da un emettitore gamma facile da misurare, utilizzando per il calcolo dei fattori di correlazione codici quali ORIGEN o MCNP. Ciascun manufatto può essere misurato,quindi, con un sistema NDA, che fornisce le concentrazioni dei nuclidi chiave, KN. Usando i fattori di correlazione, gli associati HTM e ITM nuclidi sono calcolati e dichiarati per ciascun manufatto.
Ciascuna tecnica di misura, non distruttiva o distruttiva, facente parte del Ciclo Prove di Caratterizzazione Radiologica di un manufatto deve essere eseguita secondo una Procedura di Misura approvata, finalizzata a determinare in termini documentali le fasi operative e le responsabilità relative alle attività di prova per caratterizzazione di rifiuti radioattivi. La Procedura di Misura sarà preceduta, se necessario, da una adeguata Procedura di Taratura, finalizzata a definire responsabilità e modalità operative per la taratura delle apparecchiature strumentali.
Al termine di ciascuna misura deve essere elaborato un Rapporto di Misura in cui sono riportati i seguenti dati e informazioni:
Tipo di misura eseguita sul manufatto;
Condizioni di misura e riferimento alla procedura utilizzata;
Caratteristiche degli strumenti di misura e apparecchiature utilizzate; Esito della misura con le relative incertezze di misura;
Data di esecuzione della misura;
Firma dell’operatore e del responsabile.
Al termine del ciclo prove e delle attività di caratterizzazione, il manufatto deve essere dotato delle seguenti caratteristiche documentali:
foglio di caratterizzazione contenenti informazioni relative alla documentazione storica del manufatto nonché informazioni relative alle caratteristiche dimensionali e dosimetriche del fusto;
procedure applicate nel corso delle attività di caratterizzazione;
rapporto di misura con i risultati relativi a ciascuna tecnica di misura impiegata nella caratterizzazione radiologica, con le relative incertezze di misura.
La documentazione deve essere conservata e conferita al deposito assieme al manufatto.
4 INSIEME INTEGRATO DI INFRASTRUTTURE, TECNOLOGIE E