Storia dell’inquinamento radioattivo in Siberia

Ospitiamo un post di Alessandro Mandelli sulla Storia dell’inquinamento radioattivo in Siberia. Buona Lettura

Introduzione e background storico

La storia della produzione dei materiali e delle armi nucleari per il programma russo e sovietico fino al 1992 è lunga e complicata. Molte delle notizie furono coperte da segretezza, da voci e informazioni militari sbagliate. Tuttavia, l’intelligence occidentale fu informato per un certo tempo della minaccia alla salute pubblica ed all’ambiente che questa produzione presentò. Non fu fino agli anni più recenti, come conseguenza della glasnost, che questi problemi cominciarono a venire all’attenzione pubblica e in ogni caso finora sarebbero emersi soltanto alcuni frammenti dell’intera storia.
Il programma sovietico delle armi nucleari è cominciato sotto Josef Stalin (1879-1953) subito dopo che gli Stati Uniti bombardarono Hiroshima e Nagasaki nel mese di agosto del 1945. Stalin fu informato al congresso di Yalta del 1944 dal presidente Franklin D. Roosevelt (1882-1945) che gli Stati Uniti stavano sviluppando un’arma altamente distruttiva. Tuttavia, non fu fino al bombardamento delle due città giapponesi alla fine della guerra mondiale che Stalin realizzò l’importanza di una tal arma rispetto alla posizione internazionale dell’unione sovietica. Stalin nominò il suo uomo di fiducia, il capo del KGB Beria (1899-1953), responsabile dello sviluppo della bomba atomica per l’unione sovietica. Il lavoro di ricerca è stato condotto da Kurchatov. All’inizio del programma la ricerca avvenne presso il laboratorio no. 2 a Mosca. Questo laboratorio in seguito fu chiamato Istituto Kurchatov per l’energia atomica. La costruzione dello stabilimento radiochimico a Mayak fu condotta da Kholopin e dai suoi soci al radioistituto di Leningrado.
Il 29 agosto 1949, la prima bomba nucleare sovietica fu fatta esplodere a Semipalatinsk in Kazakhstan. L’unione sovietica cominciò a sviluppare una bomba all’idrogeno fin dal 1949. Questo tipo di bomba è stato messo a punto nella città segreta Aramaz-16, e fu sperimentato per la prima volta nel mese d’agosto del 1953, ancora a Semipalatinsk.
La produzione sovietica di plutonio e d’uranio su grande scala per uso in armi nucleari è cominciata nell’estate del 1948 nell’industria chimica top-secret di Mayak vicino alla città di Ozersk nel sud degli Urali (chiamata Chelyabinsk-65, e precedentemente Chelyabinsk-40). Il laboratorio chimico siberiano vicino Seversk (Tomsk-7) e quello di Zheleznogorsk (Krasnoyark-26) furono costruiti all’inizio degli anni cinquanta per lo stesso scopo: la produzione di armi nucleari classificate.
Complessivamente ci sono stati 13 reattori di produzione nell’unione sovietica, che fino al 1993 hanno prodotto un totale di 177 tonnellate di plutonio per armamenti. Nel 1992, il presidente Boris Yeltsin ha annunciato che la Russia avrebbe chiuso tutti i reattori agganciati alla produzione di plutonio entro l’anno 2000. Questa data fu, in seguito, spostata in avanti nel 1995. Dei 13 reattori originali, soltanto tre sono ancora oggi in funzione, due a Seversk ed uno a Zheleznogorsk.
E’ stato calcolato che nel periodo dal 1949 al 1993, sono state prodotte nell’unione sovietica 55000 testate nucleari da guerra. Tuttavia, l’arsenale nucleare sovietico in seguito fu ridotto con la conclusione della guerra fredda.
Al 1992 circa 100 000 persone avevano lavorato nell’industria delle armi nucleari in Russia, e 2000 – 3000 di loro possiedono conoscenze dettagliate sulla costruzione di testate da guerra.
I documenti che seguiranno descrivono le attività delle tre città atomiche (ora chiuse): Ozersk, Seversk e Zheleznogorsk. Tutte e tre le città sono situate in Siberia all’interno del bacino di raccolta dei fiumi Ob e Yenisey. Entrambi i fiumi fluiscono nel mar di Kara. La contaminazione radioattiva di quei luoghi e di quelle acque è il risultato di rilasci controllati nei fiumi, di incidenti tecnici e di perdite di effluenti radioattivi di raffreddamento. Questi rilasci hanno interessato i mari artici attraverso lo sbocco dei fiumi.
L’impianto chimico di Ozersk
Il combine chimico di Mayak è situato vicino a Ozersk, una città chiusa negli Urali del sud. Possedeva sei reattori operativi per la produzione del plutonio d’armamento. Di questi, cinque erano moderati a grafite mentre il sesto era originalmente un reattore ad acqua pesante.
Fino al 1992 la città è stata conosciuta soltanto dal numero Chelyabinsk-65 (codice di avviamento postale) e prima del 1990, come Chelyabinsk-40. La città è situata circa 15 chilometri ad est della città di Kyshtym e a nord di Chelyabinsk, una città con una popolazione di circa un milione di persone nella zona asiatica della Russia. La zona del reattore è situata circa 10 chilometri da Ozersk, una città con una popolazione di 85 600 persone. La costruzione del reattore è cominciata nel novembre del 1945 e il primo reattore è diventato operativo nel mese di giugno del 1948. Nella costruzione delle attrezzature del Mayak hanno lavorato settanta mila persone da 12 villaggi differenti. Il complesso in sé copre una superficie di circa 90 km2 ed impiega 17 100 persone
La contea di Chelyabinsk copre una superficie di 88 500 km2 ed ha una popolazione di 3 636 800 persone. Ci sono oltre 3 000 laghi interni alla contea ed il flusso d’acqua dei fiumi più grandi è gestito dalle dighe. La contea è ricca di risorse naturali e a quel tempo estraeva ferro, magnetite e oro.
Il reattore ad acqua pesante successivamente è stato modificato a reattore ad acqua leggera che oggi è ancora in funzione. Un reattore ad acqua leggera supplementare produce isotopi per uso civile. C’è un impianto di riciclaggio, un impianto di vetrificazione per gli scarichi liquidi e circa 100 serbatoi che contengono scorie radioattive ad elevata tossicità.
I cinque reattori raffreddati ad acqua moderati a grafite sono situati in due zone separate lungo la sponda di sud-est del lago Kyzyltash. Tutti i reattori di produzione utilizzano un ciclo di raffreddamento aperto per cui l’acqua dal lago è pompata direttamente nel nucleo del reattore e poi fuori ancora nel lago. La temperatura dell’acqua di scarico era circa 70ºC.
Il primo reattore, il reattore A, era un reattore di produzione moderato a grafite. Aveva 1168 tubi con uranio naturale chiuso all’interno di tubi verticali in alluminio.
Il reattore è stato caricato con tutto l’uranio disponibile nell’unione sovietica ed ha cominciato il funzionamento il 19 giugno 1948. Il plutonio prodotto qui è stato usato nella prima bomba atomica sovietica che è stata esplosa a Semipalatinsk il 29 agosto 1949.
Lo smantellamento del reattore si sta effettuando in tre fasi. Durante la prima fase, il reattore è stato spento ed il relativo combustibile scaricato. La seconda fase, che è ora in corso, richiede la rimozione del controllo e dei sistemi operativi e il riempimento degli spazi lasciati vuoti dall’uranio con cemento. Questa procedura si pensa che prenderà circa cinque anni. La fase finale, che si pensa durare 20 – 25 anni, sarà un periodo di attesa per prendere la decisione se otturare tutta la buca con cemento oppure lasciarla nello stato in cui si trova.
il reattore IR è stato utilizzato per la produzione di plutonio e verificare il combustibile sia del reattore A che del reattore RBMK. La costruzione del reattore è cominciata il 15 agosto 1950 e si è conclusa il 22 dicembre 1951. Il reattore è stato spento dopo 36 anni di funzionamento il 24 maggio 1987.
I tre grandi reattori grafite-moderati Av-1, Av-2 ed Av-3 probabilmente nascono dallo stesso disegno. Ciascuno ha 2001 tubi. Dei tre reattori, soltanto il reattore Av-2 è stato descritto in letteratura. Av-1 è entrato in funzione nel 1955 e spento il 12 agosto 1989; Av-2 è entrato in linea nel mese di aprile del 1951 e spento nel mese di luglio del 1990. Av-3 ha cominciato il 15 settembre 1952 ed ha cessato il 1 novembre 1990.
Il secondo reattore fu un reattore moderato ad acqua pesante conosciuto come “Ruslan”. Questo reattore è entrato in funzione fra la fine del 1948 e del 1951 e fu attivo fino a circa il 1980. Verso la conclusione degli anni 80, è stato ricostruito come reattore ad acqua leggera con una potenza di 1000 Mw. “Ruslan” è usato per produrre il tritio per le bombe all’idrogeno sovietiche e isotopi specifici quale il 238Pu.
“Lyudmila” è un altro tipo di reattore che è ancora in uso a Mayak ed è un reattore ad acqua leggera. Questo reattore fu egualmente utilizzato per la produzione di tritio e di vari isotopi, compreso il 238Pu.
La produzione totale del plutonio a Mayak fu di 58.3 tonnellate. Alla fine del 1992, i due reattori restanti si pensa abbiano prodotto altre 14.7 tonnellate.
I primi incidenti all’impianto Mayak
Nel periodo tra il 1949 e il 1956, importi controllati di rifiuti radioattivi dell’impianto Mayak furono scaricati volontariamente nel fiume Techa. L’operatività continua e ossessiva degli impianti di riprocessamento ha obbligato i responsabili a scaricare regolarmente questi rifiuti nell’ambiente.
In due incidenti gravi dell’impianto, furono rilasciate grandi quantità di radioattività. Vi furono anche altri incidenti minori che contribuirono ad aumentare il totale emesso.
Un’area stimata in 26700 km2 è stata contaminata con un totale di 185 PBq (PetaBequerel) equivalenti a 5 MCi (MegaCurie). Il totale della radioattività liberata, compresa quella rilasciata nell’atmosfera fu di 5500 PBq dei quali 4400 nel solo Lago Karachay.
Seguendo lo sviluppo di tecniche sempre più semplificate per la gestione dei liquidi radioattivi derivati dagli impianti di riprocessamento, e considerando il metodo della diluizione come l’unico valido nel rilascio degli agenti inquinanti, furono liberati larghissimi quantitativi di radioattività nel fiume Techa, approssimativamente a 6Km dalla sorgente.
Più del 95% dei rifiuti tossici furono liberati tra il Marzo 1950 e nel Novembre 1951 nel fiume, come conseguenza diretta di tecniche di purificazione imperfette. Dopo il Novembre 1951, lo scarico dei rifiuti proseguì, ma scaricandoli nel Lago Karachay, anziché nel fiume Techa e questa pratica proseguì sino al 1953 quando fu costruito un capannone per il deposito provvisorio dei barili altamente tossici. Tuttavia le scorie a bassa e media tossicità furono ancora buttate nel lago per alcuni anni.
L’emissione totale di radiazione beta nel fiume Techa fu di 100Pbq a fronte di un volume di acqua contaminata di 76 milioni di m3. Questi scarichi furono essenzialmente costituiti da una miscela di Stronzio, Cesio, Niobio e Rutenio. Circa il 25% dell’attività radioattiva fu il risultato di Stronzio 90 e Cesio 137 (gli stessi inquinanti dell’incidente di Chernobyl)
Circa 124 000 persone sono state esposte a livelli elevati di radiazione come conseguenza di questi scarichi. La popolazione che vive lungo le sponde del fiume del Techa ne ha assorbito la quantità maggiore. Qui i livelli di radiazione erano così alti che 28 000 residenti hanno ricevuto dosi medicalmente rilevanti. Dal 1953 in poi, il fiume non poté più essere usato come sorgente di acqua potabile e durante il corso degli anni fino al 1960, 7500 residenti furono evacuati dai loro villaggi. Sono state erette recinzioni di filo spinato da entrambi i lati del fiume di Techa, ed è stato proibito prelevare l’acqua e pescare. Tuttavia i residenti non furono mai informati in precedenza del fatto che il fiume era contaminato da radiazioni. Mentre passavano gli anni, hanno cominciato ad ignorare anche i divieti.
Quei residenti che furono evacuati avevano ricevuto dosi efficaci di radiazione tra 0.35 e 17 Sievert, con maggiori dosi assorbite dai 1200 abitanti del villaggio Metlino.
Dei gruppi restanti nella zona che non era stata evacuata, furono i residenti di Muslyomovo i più esposti. Muslyomovo è situato 30 chilometri a valle della combine chimica di Mayak e nel 1949 aveva una popolazione di 4000 abitanti. Entro il 1990, il numero era sceso a 2 500 residenti. La dose efficace ricevuta dagli abitanti di Muslyomovo fu circa 2.8 Sievert e la dose efficace ricevuta dai bambini fu 0.05 – 0.1 Sievert/anno.
Nota: in Italia, nella provincia di Lecco, la radioattività ambientale risulta essere circa 0.12 mSV/anno (milliSievert all’anno) in casa e circa 0.14 in aperta campagna. Di questa circa 0.10 è radioattività naturale, il resto è di origine umana.
I residenti di Muslyomovo sono principalmente tartari e durante gli anni 50, sono stati sottoposti a test obbligatori sul midollo osseo. I risultati di questi screening tuttavia, sono stati mantenuti segreti fino al 1992. Nel 1993, la contea di Chelyabinsk ha votato una risoluzione in cui si obbligava ad evacuare Muslyomovo e costruire un nuovo villaggio, per i residenti, più lontano dal fiume Techa; tuttavia, come conseguenza dei problemi economici, la risoluzione non fu mai attuata.
Nel tentativo di limitare il trasporto dei materiali radioattivi dalle acque del fiume, fu costruito un certo numero di dighe lungo il Techa. Queste dighe formarono una cascata di serbatoi il cui obiettivo era di ridurre la velocità dell’acqua ad un flusso lento e calmo, tale che le particelle radioattive si sarebbero depositate nei sedimenti, piuttosto che essere trasportate a valle. Una delle dighe è stata costruita a Muslyomovo a cavallo di entrambi i lati del fiume. La diga cadde in disuso e fu aperta nel 1968. Le zone da entrambi i lati del fiume che precedentemente erano sotto il livello dell’acqua, furono utilizzate a scopo agricolo. Ci sono livelli elevati considerevolmente di contaminazione nelle zone dove l’acqua sedimentò le sostanze tossiche. I campioni di sedimento prelevati dai litorali del fiume indicano attività di 400000 Bq di 137Cs per chilogrammo di terreno e 120000 Bq di 90Sr per chilogrammo d’erba. Tuttavia, gli animali da fattoria continuano a pascere in questa zona.
L’incidente di Kyshtym
All’inizio degli anni cinquanta, la fuoriuscita di livelli elevati d’inquinanti nel fiume di Techa cessò. A quel tempo, furono costruiti un certo numero di serbatoi d’acciaio sotterranei dotati di sistemi di raffreddamento per immagazzinare queste scorie. Ogni serbatoio aveva un volume di 300 m3 ed era disposto in un bunker sotterraneo con pareti di calcestruzzo spesse 1.5 m. Ogni bunker poteva stivare fino a 20 serbatoi e questi furono installati nel bunker ad una profondità di 8.2 m. sotto la superficie del suolo. Gran parte delle scorie liquide stivate in questi serbatoi conteneva acido nitrico dovuto alle procedure di ritrattamento.
A causa di un guasto di un tubo di raffreddamento in uno dei serbatoi, i liquidi di raffreddamento hanno cominciato a evaporare. Ciò ha condotto al surriscaldamento del serbatoio (350°C) e all’esplosione risultante il 29 settembre 1957, ora locale 16:20. La forza dell’esplosione ha corrisposto a 75 tonnellate di TNT tali che il coperchio di cemento spesso 2.5 m. è stato lanciato a 25 – 30 m. L’emissione di radioattività totale fu di 740 PBq e di questi, il 90% (666 PBq) sono stati dispersi in una piccola zona vicino al serbatoio. Circa 74 PBq sono stati lanciati fino ad un’altezza di un chilometro, portando alla contaminazione radioattiva di determinate parti di Chelyabinsk, di Sverdlovsk e di Tyumen.
Il più importante degli isotopi longevi presenti nella precipitazione radioattiva seguente dall’incidente di Kyshtym fu il 90Sr. Questo radionuclide ha rappresentato circa il 5.4% della precipitazione radioattiva, o 4 PBq (come termine di confronto, lo scarico di 90Sr dopo l’incidente di Chernobyl fu di 8 PBq. C’era pochissimo 137Cs nel serbatoio – soltanto circa 0.036. La maggior parte dei radionuclidi restanti liberati nell’incidente è stata adsorbita prontamente dai sedimenti e dalla disposizione della parte inferiore del serbatoio. Tuttavia, questa tendenza verso l’adsorbimento non fu vera per il 137Cs che è rimasto nella forma liquida.
Composizione degli isotopi che erano presenti nel serbatoio:
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Isotopo Quantità % Tempo di dimezzamento
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89Sr tracce 51 giorni
90Sr + 90Y 5,4 28,6 anni
95Zr + 95Nb 24,9 65 giorni
106Ru + 106Rh 3,7 1 anno
137Cs 0,036 30 anni
144Ce + 144Pr 66 284 giorni
147Pm tracce 2.6 anni
155Eu tracce 5 anni
239,240Pu tracce
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Una zona a nord di Mayak con una popolazione di 270000 persone e una superficie di 23 000 fu contaminata da una concentrazione di 90Sr di più di 3.7 GBq/km2. Un distretto con una popolazione di 10000 persone e una superficie di 1000 km2 è stato contaminato da un’attività 90Sr di più di 74 GBq/km2. Questo livello di concentrazione fu selezionato come test di verifica per la sicurezza degli abitanti. La regione contaminata fu di 105 chilometri di lunghezza e di 8-9 chilometri di larghezza ed è conosciuta come la traccia radioattiva orientale degli Urali (East Urals Radioactive Trace).
A seguito dell’incidente di Kyshtym, gli ospedali e le cliniche della contea di Chelyabinsk furono riempiti di migliaia di persone, che furono tenute sotto controllo per i primi 1-2 anni dopo l’esplosione. Almeno 200 persone sono morte come conseguenza della radiazione durante gli anni che seguirono l’incidente. La produzione agricola nella zona fu altrettanto influenzata. Nel 1958, nelle contee de Sverdlovsk e di Chelyabinsk vi erano 106000 ettari di terreno agricolo. Entro il 1961, tutte le zone agricole a Sverdlovsk tornarono a coltura, mentre nella contea di Chelyabinsk, una superficie di 40000 ettari non è potuta essere coltivata fino al 1978. Tuttavia, ancora oggi vi sono circa 180 km2 in cui la terra non può essere usata.
Nell’autunno-inverno del 1957-1958, gli approvvigionamenti di generi alimentari nella regione di Mayak furono contaminati. Livelli di radioattività variabili da 6.3 GBq/kg a 2 600 GBq/Kg sono stati rilevati in prodotti agricoli fino a 20 chilometri dal luogo dell’incidente.
Nelle zone dove l’attività di 90Sr era superiore a 74 GBq/km2, la maggior sorgente di radiazione per gli abitanti fu sotto forma di latticini contaminati, con i bambini dunque i soggetti più a rischio.
Un totale di 10200 persone fu evacuato a seguito dell’incidente di Kyshtym. Quelli che vivevano nelle zone esposte furono evacuati 7-10 giorni dopo l’esplosione, mentre l’ultimo gruppo di residenti fu spostato due anni dopo.
In generale, la gente è stata evacuata dove la concentrazione di 90Sr era tra 18000 GBq/km2 e 122 GBq/km2. I villaggi evacuati furono bruciati e lo strato superiore di terreno raschiato via. Entro il 1990, il 90Sr ha rappresentato il 99.3% della contaminazione restante dell’incidente del 1957. L’incidente di Kyshtym è classificato come grado 6 su un massimo di 7 sulla scala di INES (scala degli eventi nucleari internazionali).