Measurement of Radon Gas Concentration in Fertilizers and Pesticides Using the CR-39 Nuclear Trak Detector

Sintesi Tecnica: Misurazione della concentrazione di gas Radon in fertilizzanti e pesticidi utilizzando il rivelatore nucleare a traccia CR-39

Definizione del problema
Materiali radioattivi naturalmente presenti (NORM), specificamente $^{238}\text{U}$ e $^{226}\text{Ra}$, sono spesso presenti nei prodotti agricoli a causa della composizione geologica delle materie prime e dei processi di produzione. I fertilizzanti, in particolare quelli derivati da rocce fosfatiche, e i pesticidi possono agire come fonti di rilascio di gas $^{222}\text{Rn}$ (Radon). Poiché il $^{222}\text{Rn}$ e i suoi prodotti di decadimento a vita breve contribuiscono significativamente alla dose efficace annua di radiazioni naturali e sono collegati al tumore ai polmoni, la valutazione della loro concentrazione nei prodotti agricoli è fondamentale per la sicurezza radiologica. Sebbene studi precedenti abbiano esaminato i fertilizzanti, esiste una scarsità di dati riguardanti le concentrazioni di $^{222}\text{Rn}$ e la Concentrazione di Energia Alfa Potenziale (PAEC) in fertilizzanti commerciali e pesticidi specificamente all'interno dell'Iraq.

Metodologia
Lo studio ha impiegato una tecnica di monitoraggio passivo utilizzando rivelatori a traccia nucleare CR-39 per misurare le concentrazioni di $^{222}\text{Rn}$ e la PAEC.

• Raccolta dei campioni: Un totale di 29 campioni è stato raccolto dai mercati agricoli e dagli uffici agricoli di Tikrit, Governatorato di Salah Al-Din, Iraq. Ciò includeva 16 campioni di fertilizzante e 13 campioni di pesticida provenienti da vari paesi di origine (ad es. Giordania, Arabia Saudita, Cina, India, Emirati Arabi Uniti, Turchia).
• Configurazione sperimentale: I campioni (12,5 g ciascuno) sono stati inseriti in contenitori cilindrici di polipropilene sigillati. Rivelatori CR-39 (circa 1 cm²) sono stati fissati sulla superficie del coperchio interno, posizionati a 7 cm sopra la superficie del campione.
• Esposizione e lavorazione: I contenitori sigillati sono stati conservati per un periodo di esposizione di 90 giorni per consentire l'accumulo di tracce di particelle alfa. Dopo l'esposizione, i rivelatori sono stati sottoposti a incisione chimica in NaOH 6,25 N a 60 °C per 5 ore.
• Analisi: Le tracce di particelle alfa sono state contate utilizzando un microscopio ottico con ingrandimento 400×. Le densità delle tracce sono state convertite in concentrazioni di $^{222}\text{Rn}$ (Bq/m³) e PAEC (mWL) utilizzando fattori di calibrazione specifici e formule che tengono conto della geometria della camera, dell'angolo critico del rivelatore e delle costanti di decadimento.
• Analisi statistica: Sono state calcolate statistiche descrittive e il test U di Mann-Whitney è stato applicato per confrontare i parametri radiologici tra i gruppi di fertilizzanti e pesticidi, poiché i dati non seguivano una distribuzione normale (test di Shapiro-Wilk, p < 0,05).

Risultati chiave

• Concentrazioni di Radon:
  • Fertilizzanti: Le concentrazioni di $^{222}\text{Rn}$ variavano da 4,12 a 108,63 Bq/m³, con una media di 30,46 Bq/m³ (mediana 34,62 Bq/m³). Il valore più alto è stato registrato nel fertilizzante giordano "Smart Fert" (F16), e il più basso nel fertilizzante saudita "Libro" (F9).
  • Pesticidi: Le concentrazioni variavano da 9,27 a 82,24 Bq/m³, con una media di 27,28 Bq/m³ (mediana 16,69 Bq/m³). Il valore più alto è stato riscontrato nel pesticida cinese "Efecekt" (P7), e il più basso nel pesticida indiano "Venus" (P11).
• Concentrazione di Energia Alfa Potenziale (PAEC):
  • Fertilizzanti: I valori di PAEC variavano da 0,89 a 23,48 mWL, con una media di 8,05 mWL.
  • Pesticidi: I valori di PAEC variavano da 2,05 a 17,78 mWL, con una media di 5,89 mWL.
• Confronto statistico: Sebbene i campioni di fertilizzante mostrassero valori medi leggermente superiori sia per la concentrazione di $^{222}\text{Rn}$ che per la PAEC rispetto ai pesticidi, il test U di Mann-Whitney ha indicato che non vi era una differenza statisticamente significativa tra i due gruppi (p = 0,2113 per entrambe le variabili).
• Variabilità: Sono stati osservati elevati coefficienti di variazione per entrambi i gruppi (64,91% per i fertilizzanti e 78,41% per i pesticidi riguardo al $^{222}\text{Rn}$), attribuiti alle differenze nella composizione delle materie prime, nel contenuto di fosfati e nei processi di produzione.

Significato e affermazioni
Il significato primario di questo lavoro risiede nel fornire la prima valutazione radiologica localizzata di fertilizzanti e pesticidi commerciali nella regione di Tikrit, in Iraq. Lo studio afferma che, nonostante le variazioni osservate nei livelli di radioattività tra i diversi marchi e origini, tutti i valori misurati sono ampiamente al di sotto dei limiti di sicurezza raccomandati internazionalmente stabiliti dall'ICRP (200 Bq/m³ per $^{222}\text{Rn}$) e dall'UNSCEAR (53,33 mWL per la PAEC).

Di conseguenza, gli autori concludono che i fertilizzanti e i pesticidi investigati sono radiologicamente sicuri per l'uso in condizioni agricole normali e non rappresentano una minaccia immediata per la salute umana o l'ambiente. Tuttavia, il documento sottolinea la necessità di un monitoraggio periodico per garantire la continua conformità agli standard di sicurezza, rilevando che le proprietà radiologiche dipendono fortemente dalle specifiche materie prime e dai metodi di produzione utilizzati dai diversi produttori.