2.2 - RADIOATTIVITÀ ARTIFICIALE

Oltre alle sorgenti naturali di radiazione, esistono altre sorgenti di radiazione prodotte artificialmente dall’uomo. Alcuni esempi di queste sorgenti di radiazione sono:

• Le macchine radiogene per la produzione di raggi x e di altri tipi di radiazioni usate in medicina o nell’industria,

• le ricadute radioattive causate dagli esperimenti nucleari militari,

• materiali radioattivi derivanti dalla produzione di energia elettronucleare.

Nel 1919 Rutherford scoprì che alcuni isotopi naturali stabili potevano essere trasformati in specie isotopiche instabili per mezzo di reazioni nucleari provocate.

Nel 1933 fu dimostrato che alcune reazioni nucleari possono condurre alla formazione di nuclidi radioattivi. In quell’anno i chimici francesi Irène e Frédéric Joliot-Curie prepararono la prima sostanza radioattiva artificiale bombardando l’alluminio con particelle alfa..

Da allora tutti gli elementi della tavola periodica sono stati bombardati con diverse particelle e sono state scoperte molte reazioni nucleari prodotte artificialmente. Il risultato di questa intensa attività di ricerca è l’attuale conoscenza di oltre 400 nuclidi radioattivi artificiali. Un notevole impulso a questi studi venne dalla costruzione degli acceleratori di particelle. Dispositivi che consentono di accelerare le particelle a velocità enormi, aumentando così la probabilità della loro cattura da parte dei nuclei del materiale utilizzato come bersaglio.

Lo studio delle reazioni nucleari e le ricerche sulla radioattività artificiale hanno trovato applicazioni nel settore scientifico, industriale e militare. Sono stati scoperti elementi chimici che non esistono in natura e sono stati prodotti radioisotopi di quasi tutti gli elementi della tavola periodica; questi isotopi sono utilizzati principalmente come sorgenti di radiazione e come traccianti radioattivi.

Applicazioni degli isotopi radioattivi si hanno nella terapia medica, nella radiografia industriale e in dispositivi particolari come le sorgenti di luce fosforescente, gli eliminatori statici, i misuratori di spessore e le batterie nucleari.

3.0 - RADIAZIONI IONIZZANTI E NON IONIZZANTI

Le radiazioni si suddividono in due categorie a seconda della loro capacita di produrre o non produrre ioni nel materiale che attraversano. Se l’effetto che deriva dall’urto della radiazione con gli atomi del materiale attraversato è la produzione di ioni, la radiazione è di tipo ionizzante, viceversa è di tipo non ionizzante. Nella seguente tabella sono riportati i diversi tipi di radiazione, suddivise secondo questa caratteristica.

3.1 - RADIAZIONI IONIZZANTI

Le radiazioni ionizzanti sono radiazioni che producono fenomeni di ionizzazione quando attraversano la materia. Il processo di ionizzazione avviene in seguito all’urto della radiazione con le molecole presenti nel materiale e consiste nella dissociazione di una molecola inizialmente neutra in due particelle "ioni" dotate di cariche elettriche uguali in valore assoluto, ma opposte nel segno. Perché una radiazione possa produrre il fenomeno della ionizzazione è necessario che le sue particelle abbiano un’energia cinetica superiore all’energia che tiene uniti i due ioni all’interno di una molecola neutra.

Normalmente gli ioni negativi sono elettricamente strappati e vengono catturati dalle molecole neutre vicine, le quali si trasformano in ioni negativi pesanti, Spesso l’elettrone strappato ad un atomo, per effetto della radiazione, ha un’energia sufficiente per produrre una o più ionizzazioni che vengono dette "ionizzazioni secondarie" per distinguerle da quelle "primarie" prodotte direttamente dalla radiazione.

3.1.1 - Radiazioni Alfa, Beta, Gamma

I raggi alfa sono particelle pesanti dotate di carica positiva, chiamate particelle alfa. Esse consistono in due protoni e due neutroni e sono quindi identiche al nucleo dell’atomo di elio. Quando questi raggi sono emessi da un atomo, in esso diminuisce il numero di protoni e di neutroni; si ha così una trasformazione in un altro elemento (paragrafo 1.0). Le radiazioni alfa sono poco penetranti e possono superare appena la barriera della pelle umana. Non perciò molto pericolosa per quanto riguarda l’irraggiamento esterno. Sono comunque pericolose perché una volta assorbite all’interno del corpo attraverso l’inalazione di gas (radon e toron) o l’ingestione di cibo perdono tutta la loro energia concentrata in un punto. Questo proprio perché non riescono a penetrare il tessuto che le circonda in modo da distribuire la propria energia su un volume più vasto.

I raggi beta sono fasci di elettroni. La maggior parte degli elementi radioattivi emette elettroni a carica elettrica negativa, ma in qualche caso si ha emissione di elettroni positivi, o positroni. Come può il nucleo di un atomo che contiene solo protoni e neutroni emanare raggi beta? La risposta è che in questo "decadimento beta" alcuni neutroni si mutano spontaneamente in protoni emettendo elettroni; oppure alcuni protoni si mutano in neutroni, emettendo positroni. In entrambi i casi varia il numero dei protoni nell’atomo, così che ne risulta un elemento nuovo (paragrafo 1.0). Le radiazioni beta hanno un potere di penetrazione molto superiore a quello delle radiazioni alfa, ma proprio per questo producono una radiazione specifica molto inferiore. L’energia persa viene perciò distribuita in grandi volumi con un minor rischio di danno biologico.

Le radiazioni beta sono di due tipi : beta più (b⁺) e beta meno (b^-).

Viene emessa una radiazione b⁺ quando un protone dell’atomo si trasforma in un neutrone. Nella trasformazione viene emesso un elettrone positivo (positrone) e un neutrino .

Viene emessa una radiazione b^- quando un neutrone dell’atomo si trasforma in un protone. Nella trasformazione viene emesso un elettrone e un neutrino.

Le radiazioni gamma sono emissioni di energia dovute allo spostamento di alcuni elettroni da un’orbita più lontana ad un’orbita più vicina al nucleo. Le radiazioni gamma, a secondo della loro energia, possono anche attraversare completamente il corpo umano, e vengono bloccate utilizzando spessori di cemento (anche di metri) e di piombo.

3.1.2 - Interazioni delle Radiazioni ionizzanti con la materia.

Quando una radiazione ionizzante passa attraverso la materia, essa perde energia in seguito agli urti con le molecole secondo meccanismi diversi che dipendono dal tipo di radiazioni.

Le caratteristiche dell’interazione di una particella (alfa, beta, fotoni, neutroni ecc..) con la materia dipendono dalla sua massa, dalla sua energia cinetica, dal valore della sua carica elettrica e, anche, dalle caratteristiche chimico-fisico del materiale attraversato (densità, numero di elettroni contenuti in ciascun atomo, dimensioni e massa del nucleo atomico, ecc...). Per esempio, è evidente che l’energia persa da una radiazione per unità di lunghezza in un materiale specificato, è maggiore quando esso si trova nello stato solido rispetto a quando esso si trova nello stato gassoso. Infatti il numero di atomi con cui la radiazione può interagire è minore nel secondo caso.

Le interazioni delle particelle cariche con la materia hanno infatti caratteristiche profondamente diverse da quelle, per esempio, dei neutroni e dei fotoni.

Le particelle cariche, attraverso le forze coulombiane, interagiscono facilmente con elettroni e nuclei contenuti nelle molecole, generando lungo la traiettoria, una scia quasi continua di ioni. La perdita di energia delle particelle avviene quindi per piccoli salti, attraverso numerosi e successivi urti con gli elettroni e i nuclei. I neutroni, non avendo carica elettrica, interagiscono soltanto con i nuclei atomici, quindi non ionizzano direttamente la materia ma producono, per successive interazioni nucleari particelle cariche. Le particelle cariche prodotte interagiscono successivamente con la materia producendo un’intensa ionizzazione.

I raggi x e i raggi gamma sono costituiti da campi elettromagnetici e quindi possono esercitare forze di natura elettrica sulle cariche; però la probabilità di urto di un fotone con un elettrone è piuttosto piccola. Si ha quindi inizialmente la produzione di un limitato numero di ioni che, successivamente, danno luogo alla maggior parte della ionizzazione.

Tutte queste caratteristiche risultano evidenti se si osserva la traccia di ioni lasciata in una camera a nebbia da varie tipi di particelle: mentre le particelle cariche lasciano una traccia quasi continua di ionizzazioni lungo l’intera traiettoria, i neutroni e i fotoni si manifestano, generalmente, soltanto in pochi punti dove si osservano le forti ionizzazioni prodotte dalle particelle emesse in seguito all’urto di un neutrone o di un fotone rispettivamente con un nucleo e con un elettrone.

Su questo effetto della radiazione di ionizzare un gas si basa il principio di funzionamento di molti strumenti come il contatore di Geiger-Müller e altre camere a ionizzazione, che vengono usati per misurare le intensità delle singole radiazioni e le velocità di decadimento delle sostanze radioattive.

3.1.3 – Potere penetrante delle radiazioni ionizzanti

Un parametro molto importante per poter giudicare gli effetti che una specifica radiazione può produrre sulla materia è il suo potere penetrante, in altre parole la sua capacità di attraversare spessori di un dato materiale prima di essere arrestata.

Il potere penetrante dipende, dalle caratteristiche sia delle particelle che costituiscono la radiazione che dal materiale attraversato. Normalmente le particelle cariche hanno una grande perdita di energia specifica.

I raggi alfa possiedono carica positiva, vengono deviati da campi magnetici possono eseere facilmente bloccati da un sottile foglio di carta.

I raggi beta vengono deviati in direzione opposta da un campo magnetico possono eseere fermati almeno da un foglio di alluminio.

I raggi gamma non possiedono carica elettrica, non vengono deviati dal campo magnetico e attraversano con facilità fogli di carta e d’alluminio, ma vengono bloccati da spessi strati di piombo e cemento. I raggi gamma sono dotati di un elevato potere penetrante e in alcuni casi possono attraversare parecchi centimetri di piombo prima di subire un sensibile rallentamento.

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3.1.4 – Unità di Misura

Allo scopo di misurare l’energia depositata delle radiazioni nel materiale attraversato, sono state introdotte alcune grandezze fisiche. L’energia assorbita in un volume di materiale esposto ad un fascio di radiazioni, è chiamata dose assorbita. L’unità di misura della dose assorbita è Joule per chilogrammo (J/kg), e può prendere il nome speciale di Gray (Gy).

Allo scopo di quantificare il rischio derivante dall’esposizione alle radiazioni, è necessario conoscere conoscere il tipo di radiazioni in causa, l’organo esposto e la dose assorbita. Per esempio:

. i raggi alfa, producono ionizzazioni concentrate nei tessuti, per cui a parità di dose assorbita il loro effetto è circa 20 volte più grave di quello dei raggi gamma.

. l’esposizione dei polmoni alle radiazioni ionizzanti presenta un rischio superiore, 10 volte di quanto lo è la stessa dose, se applicata sulla pelle.

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Si tiene conto di questi fenomeni moltiplicando le dosi per determinati fattori di ponderazione che sono proporzionali all’effetto. La somma delle dosi corrette in tal modo dà una quantità che è propriamente indicata come dose efficace. L’unità di misura di questa grandezza è il sievert, (Sv). La maggior parte delle esposizioni comportano soltanto una piccola parte di un sievert, per cui si utilizza il millisievert (mSv) che corrisponde ad 1/1.000 sievert, o il microsievert ( mSv) che equivale ad 1/1.000.000 sievert.

3.2 - EFFETTI DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI

3.2.1 – Effetti sui materiali

In generale gli effetti prodotti da una radiazione su un materiale sono dannosi e possono portare, per esempio, ad un ingrossamento del materiale, ad un suo indebolimento o ad una sua diminuzione di plasticità. Questi effetti sono particolarmente evidenti in tutti quei materiali che sono sottoposti ad intesi flussi di radiazione, per esempio negli elementi di combustibile in un reattore nucleare e nelle strutture metalliche più vicine a questi elementi che vanno perciò controllate periodicamente..

Gli effetti sui materiali dipendono fortemente dalla natura chimico fisica del materiale e dalle caratteristiche della radiazione. Le modifiche prodotte da una radiazione su materiale possono essere associate ad un cambiamento della struttura chimica delle sue molecole oppure una modifica dell’organizzazione delle molecole all’interno del reticolo cristallino.

Per quanto riguarda le modifiche del primo tipo, ricordiamo come i legami chimici fra gli atomi all’interno delle molecole sono spesso dovuti alla massa in comune o allo scambio di uno o più elettroni periferici. Dunque la rimozione di uno di questi elettroni da una molecola può provocare l’instabilità di quest’ultima, con la conseguente dissociazione della molecola stessa in due molecole di tipo diverso o in due radicali liberi come avviene per esempio, per l’acqua. Un’altra modifica delle caratteristiche chimiche di una molecola si verifica quando un neutrone termico, con energia cinetica estremamente piccola è assorbito da un nucleo atomico dando luogo a un nuovo nucleo instabile.

Per quanto riguarda le modifiche strutturali all’interno del reticolo cristallino di un materiale, esse possono essere prodotte essenzialmente in due modi:

1) mediante l’urto di una particella di alta energia contro un nucleo atomico. Di conseguenza il nucleo viene espulso dal sito cristallino e può a sua volta urtare altri nuclei, producendo in definitiva un disordine della struttura ordinata del cristallo con creazione di difetti reticolari. Questo meccanismo è particolarmente efficiente nel caso dei neutroni veloci, mentre è di scarsa importanza per le altre particelle.

2) come conseguenza indiretta della ionizzazione. In molti cristalli come quelli molecolari e quelle ionici, le interazioni responsabili della struttura sono strettamente collegate con gli elettroni periferici di ciascun atomo. La rimozione di tali elettroni a seguito della ionizzazione provoca un disordine nella struttura. Questo meccanismo non è efficiente nei metalli, dove gli elettroni di conduzione si ridistribuiscono, eliminando in breve tempo la disomogeneità.

3.2.2 - Effetti biologici

Per quanto riguarda gli effetti sugli animali e sugli uomini tutti gli studi concordano sull’estrema pericolosità delle radiazioni ionizzanti. Esse possono provocare tumori e leucemie come è stato ampiamente dimostrato in coincidenza con le esplosioni nucleari e in occasione di alcuni incidenti verificatesi presso le centrali nucleari (Chernobyl). Inoltri dosi, non troppo elevate, di radiazioni ionizzanti possono produrre gravi danni in organismi viventi nella prima fase dello sviluppo. Conseguenze gravissime si hanno poi, quando un individuo è sottoposto a un’irradiazione molto intensa ed estesa in tutto il corpo.

Gli effetti biologici delle radiazioni derivano dai processi di ionizzazione (diretta o inversa) che portano (come si è visto nel paragrafo 3.2.1), alla modifica della struttura interna delle cellule. L’effetto della radiazione su un materiale biologico dipende dalla dose di radiazioni assorbita, e dalle caratteristiche del processo di ionizzazione, in particolare dalla densità di ioni prodotti lungo il percorso di una particella ionizzante. Il processo che porta agli effetti biologici può essere schematizzato nel seguente modo:

1) quando le particelle e cariche (alfa e beta) penetrano nei tessuti, passando vicino ad altri atomi, perdono energia per interazione elettrica.

2) in un brevissimo tempo (in un decimo di trilionesimo di secondo) un elettrone viene strappato dall’atomo. L’elettrone essendo di carica negativa lascia l’atomo carico positivamente, (processo di ionizzazione);

3) sia l’elettrone che l’atomo ionizzato sono molto instabili e passano attraverso una catena di reazioni chimico - fisiche che danno luogo alla formazione di nuove molecole chiamate radicali liberi;

4) in brevissimo tempo (un altro milionesimo di secondo), questi radicali liberi possono interagire fra loro e con altre molecole e possono provocare mutamenti nelle molecole e nelle strutture molecolari;

5) questi mutamenti biologici, che possono avvenire da pochi secondi ad alcuni decenni, producono a livello cellulare essenzialmente due tipi di effetti:

1) Modifiche del patrimonio genetico di una cellula. In conseguenza di ciò si possono produrre importanti mutazioni genetiche sia in organismi unicellulari sia in organismi pluricellulari.

2) Interruzione dei processi di riproduzione cellulare (mitosi): la cellula non è più in grado di scindersi in due cellule figlie e si determina, quindi, la "morte" della cellula stessa per invecchiamento.

Questi processi sopra descritti hanno normalmente conseguenze dannose ma, talvolta, essi possono essere sfruttati vantaggiosamente. Infatti, in conseguenza del primo meccanismo è possibile indurre modificazioni genetiche che portano alla creazione di nuove specie con caratteristiche peculiari. Tale proposito ricordiamo la possibilità di produrre nuovi antibiotici irradiando muffe, oppure nuove specie vegetali a sviluppo molto rapido e con le dimensioni particolari. Il secondo meccanismo può essere, invece, sfruttato per "uccidere" selettivamente alcune cellule o microrganismi particolarmente sensibili all’irraggiamento. Su questo principio si basano, per esempio, la cura dei tumori mediante l’irraggiamento (radioterapia) e la sterilizzazione dei materiali.

3.3 - RADIAZIONI NON IONIZZANTI

Le radiazioni come abbiamo detto prima possono essere sotto forma di particelle dotate di massa oppure sotto forma di energia elettromagnetica associata con campi elettromagnetici che si propagano nello spazio; in questo caso si parla di radiazioni elettromagnetiche.

E’ necessario precisare che le particelle che costituiscono le radiazioni elettromagnetiche, i fotoni, hanno proprietà particolari; esse, infatti, viaggiano ad alta velocità e hanno la massa a riposo.

Le radiazioni elettromagnetiche costituiscono un vasto gruppo di radiazioni che va, in ordine di lunghezza d’onda crescente e di frequenza decrescente dalle radiazioni gamma alle onde radio passando per i raggi x, la luce visibile e la radiazione termica.

La principale fonte delle radiazioni elettromagnetiche che giungono alla terra è il sole; la radiazione solare comprende praticamente tutto il campo di lunghezza d’onda cui si è fatto cenno, ma solo una parte della radiazione solare giunge al suolo, in conseguenza della diversa trasparenza dell’atmosfera alle varie lunghezze d’onda in particolare le onde radio, di lunghezza d’onda superiore ai 30 m circa, sono riflesse dalla ionosfera.

Le radiazioni di lunghezza d’onda inferiore a quella della luce visibile (raggi gamma, raggi x, gran parte degli ultravioletti) sono assorbite quasi totalmente dall’ozono e, in misura minore dall’ossigeno dell’atmosfera. La radiazione infrarossa compresa fra la luce visibile e le onde radio, è assorbita in prevalenza dal vapore dell’acqua e dall’anidride carbonica dell’atmosfera. Possono dar luogo a fenomeni analoghi a quelli caratteristici delle onde radio (come l’interferenza), oppure possono scomparire originando particelle di natura diversa, come avviene per esempio quando un fotone in vicinanza di un nucleo scompare per produrre una coppia di elettroni, uno di carica positiva (positrone) e l’altro di carica negativa. Le radiazioni elettromagnetiche vengono classificate in base alla frequenza o all’energia dei fotoni. All’aumentare della frequenza le radiazioni elettromagnetiche nell’ordine prendono nome di radioonde, microonde infrarosso, luce (visibile), ultravioletto, raggi x e raggi gamma.

3.3.1 - Proprietà delle radiazioni non ionizzanti

I sensi dell’uomo percepiscono il calore e la luce solare. Il suono non arriva attraverso radiazioni elettromagnetiche bensì sotto forma di vibrazioni meccaniche. Queste onde oscillatorie emanano energia creando dei campi elettrici e magnetici.

L’energia è trasmessa in fotoni. Vi sono molte altre forme di energia radiante che non determinano ionizzazioni e con alcuni strumenti è possibile rilevare le onde elettromagnetiche emesse dal corpo umano. La maggior parte delle radiazioni non ionizzanti sono inoffensive ed alcune fanno bene a differenza di altre che sono pericolose tra queste le scottature solari.

I raggi ultravioletti (il 5% dei raggi solari) sono delle radiazioni invisibili all’uomo che in eccesso possono far male alla salute ma in piccole quantità servono per far sintetizzare la vitamina D mediante reazione FOTOBIOLOGICA.

I raggi infrarossi arrivano a noi sotto forma di calore; anche questi fanno parte dei raggi solari ma sono emanati anche dal fuoco

La luce visibile che vediamo costituisce il 45% dei raggi solari. La luce visibile, in particolare quella blu, può abbagliare quando viene concentra sulla retina del cristallino dell’occhio.

Il laser: si tratta di intense sorgenti di radiazioni che emettono luce visibile e raggi infrarossi. Se fortemente concentrata la radiazione può provocare danni alla zona interessata. I raggi laser possono danneggiare la retina dell’occhio perché più veloci della chiusura delle palpebre cioè del sistema di difesa dell’occhio.

Le onde radio: la lunghezza d’onda delle onde radio è superiore a quella dei raggi infrarossi. C’è un tipo di onda chiamata microonda capace di emanare calore. I mezzi di trasmissione a microonde per gli impianti radar usano lo stesso tipo di onde e quindi se un tessuto umano è esposto ad una elevata intensità di queste onde può essere ustionato. Anche i display emettono onde radio e altrettanto avviene nei telefoni cellulari e in tutti gli elettrodomestici da 50 o 60 Hz cavi elettrici e coperte elettriche.

Gli ultrasuoni: si tratta di una forma di energia meccanica trasmessa sotto forma di onde nell’aria, nell’acqua o nei tessuti.

PROPRIETA’DELLE RADIAZIONI NON IONIZZANTI E IONIZZANTI

3.4 - PROTEZIONE ALLE RADIAZIONI

La commissione internazionale di protezione dalle radiazioni è chiamata ICRP è un’organismo indipendente non governativo che elabora raccomandazioni per la protezione delle persone dalle radiazioni ionizzanti. La ricerca sulla biologia delle radiazioni ha condotto l’ICRP a formulare la raccomandazione che l’esposizione totale dei singoli individui alle radiazioni sia soggetta a limiti di dose .

Dal 1959 le raccomandazioni dell’ICRP sono state prese in considerazione nel definire le norme della Comunità Europea per la protezione dei lavoratori e della popolazione dagli effetti pericolosi delle radiazioni ionizzanti. Si applicano in materia di protezione dalle radiazioni tre principi:

1) l’esposizione alle radiazioni deve essere giustificata dai vantaggi prodotti. Essa può comportare la decisione di un governo.

2) L’esposizione alle radiazioni, una volta giustificata, deve essere mantenuta quanto più bassa possibile.

3) In condizioni normali la dose di radiazioni ricevuta da un singolo lavoratore, da un apprendista, da uno studente o da una persona qualunque, non deve superare i limiti di dose pubblicati nella direttiva del consiglio dell’U.E.

I limiti di dose fondati sulle raccomandazioni dell’ICRP sono scelti per garantire che i rischi dei lavoratori nel settore delle radiazioni non risultino essere eccezionalmente elevati in rapporto a quelli cui sono esposti altri lavoratori. L’esposizione dei pazienti per motivi medici non è limitata da questo principio. In Italia il decreto legge n°230 del 1995 stabilisce i limiti di dose alla popolazione ed ai lavoratori, relativi alle radiazioni ionizzanti.

Metodi di protezione personale: c’è un determinato limite di dose annuale per l’esposizione alle radiazioni; i limiti di dose calano vistosamente quando si tratta di donne incinte o nell’età fertile. Il metodo più importante di protezione consiste nel diminuire il tempo di esposizione della persona. Per esempio se una persona deve svolgere una attività di lavoro con le radiazioni e/o deve fare un’analisi medica tipo una lastra, si può calcolare (in modo semplice) la dose assorbita dalla persona moltiplicando l’intensità di dose per tempo di esposizione (cioè il tempo necessario a svolgere il lavoro e/o la lastra). Maggiore è il tempo di esposizione e maggiore è la dose assorbita e quindi di conseguenza maggiori sono i rischi.

3.4.1 - Protezione dalle radiazioni ionizzanti

La protezione dalle radiazioni ionizzanti si ottiene per mezzo di schermi posti fra la sorgente di radiazione e l’operatore o il materiale da proteggere. La scelta del materiale dello schermo e le sue dimensioni sono strettamente collegate al tipo di radiazioni e, in particolare modo, al suo potere penetrante; possono essere importanti anche questioni di maggiore o minore economicità di un materiale rispetto all’altro. Le radiazioni che creano i maggiori problemi per quanto riguarda la protezione sono i neutroni, i raggi gamma di alta energia, che possono attraversare grossi spessori di materiale prima di essere assorbiti . I metodi per manipolare sostanze radioattive possono andare dall’uso di guanti, respiratori e occhiali, nei casi in cui le particelle hanno uno scarso potere penetrante, fino all’uso di complessi manipolatori meccanici a distanza, come quelli che permettono, per esempio, di effettuare le operazioni di estrazione e inserimento degli elementi di combustibile in un reattore nucleare. Nei reattori nucleari all’interno dei quali si producono, fra l’altro, raggi gamma e neutroni di altra energia, la protezione dalle radiazioni è effettuata per mezzo di una massa di calcestruzzo di spessore sufficientemente elevato in modo da attenuare fino a livelli ritenuti tollerabili per l’organismo umano. Oltre alla protezione diretta per mezzo di schermi, sono predisposti sistemi di protezione indiretta, per esempio sistemi di allarme che entrano in funzione nell’eventualità si verifichino aumenti del tasso di radioattività superiori al livello prefissato. Inoltre gli addetti ad un reattore nucleare o a un qualsiasi altro impianto dove sono presenti radiazioni ionizzanti, devono portare con sé uno strumento, detto dosimetro che permette la misura diretta delle radiazioni assorbite. A scadenze periodiche coloro che lavorano in ambienti radioattivi devono sottoporsi a controlli; le dosi massime di radiazioni alle quali può essere sottoposto un individuo vengono stabilite su base internazionale e sono tabulate in funzione dell’età.

3.4.2 - Protezione dalle radiazioni non ionizzanti

Gli ultrasuoni trovano impiego in medicina per rilevare le immagini degli organi, per il rilevamento del flusso sanguineo e per alcune forme di cura.

Raggi ultravioletti: i nostri occhi non sono in grado di vedere i raggi ultravioletti per cui non possiamo capire quando c’è il pericolo di un esposizione pericolosa. Per proteggersi da questi è sufficiente ripararsi all’ombra, portare i vestiti e non cospargersi di oli abbronzanti senza filtri protettivi.

Raggi infrarossi: i nostri sensi sono in grado di rivelare soltanto un eccesso di raggi infrarossi, per ripararsi bisogna portare occhiali da sole e indumenti protettivi, oppure allontanarci dalla sorgente di calore.

Luce visibile: i nostri sensi rispondono alla luce visibile anche se una luce inaspettata può abbagliarli. La chiusura delle palpebre ha luogo in un quinto di secondo.

Laser: l’unica difesa è quella che l’apparecchio sia stato controllato e che sia nelle norme stipulate, quindi contraddistinto da specifiche etichette.

3.5 - DANNI BIOLOGICI DELLE RADIAZIONI

Abbiamo già detto che alcune dosi di radiazioni ionizzanti sono dovute all’azione di sorgenti radioattive esterne al corpo, quali i raggi cosmici emessi dal sole. Altre dosi derivano da sorgenti radioattive interne al corpo. Le sorgenti interne sono trasportate in tutto il corpo e possono avere origine dall’ingestione di cibo o di bevande, oppure dall’inalazione di materiale radioattivo, come è il caso del radon che essendo un gas entra nei polmoni provocando all’interno una contaminazione. La dose che riceviamo da tutte queste sorgenti così diverse viene espressa nella stessa unità di misura, cioè il sievert.

Tutte le radiazioni hanno effetto sulla materia sia organica sia inorganica in rapporto alla natura ed alla lunghezza d’onda delle radiazioni, in quanto la materia assorbe, trasmette, diffonde e riflette più o meno intensamente ogni radiazione.

Il primo e più generalizzato effetto è quello dell’innalzamento della temperatura del corpo irradiato che è in diretto rapporto con l’intensità del campo, con la natura del materiale irradiato e con il tipo di radiazione: i materiali biologici sono i più sensibili e l’effetto può variare da semplice alterazione superficiale (per esempio infiammazioni e dermatiti della cute) ad alterazioni patologiche (colpi di calore, ustioni). Tale effetto si verifica non solo con le radiazioni dell’infrarosso (radiazioni termiche) ma anche con periodi più o meno lunghi di esposizioni ad altri tipi di radiazione, quali in particolare le radiazioni elettromagnetiche dovute ai campi di microonde; per esempio emesse da installazioni radar che possono provocare danneggiamento termico di tessuti sensibili come quello della retina oculare. In modo analogo le radiazioni luminose, in particolare radiazioni laser, hanno notevoli effetti termici sulla materia organica e su molti materiali inorganici.

Sono noti gli effetti delle vibrazioni sonore molto intense su materiali da costruzione, su strutture anche metalliche (per esempio degli aeroplani), come pure sugli organismi viventi, che possono giungere fino a danni macroscopici (per esempio: alterazioni della fisiologia, distacco della retina oculare, sordità, ecc..); così pure campi intensi di microonde possono provocare alterazioni della popolazione cellulare del sangue (per esempio: casi di mongolismo tra i figli di operatori radar).

Tra gli effetti dovuti all’energia delle radiazioni in particolare sono quelli fotochimico, della fotoelettricità e della fotosintesi.

Gli effetti dell’esposizione alle radiazioni ionizzanti sul corpo umano dipendono dal tipo di radiazioni che dal tessuto esposto. Il corpo umano è composto da cellule in grado di riprodursi. Si tratta di un processo che si interrompe mai, presente in tutte le creature viventi. Le radiazioni ionizzanti che penetrano in una cellula possono influire sul processo di riproduzione, causando reazioni chimiche anomale. Alcune di queste reazioni possono comportare la morte della cellula, oppure possono alterarla, per cui questa continua a vivere ma in forma modificata. Una cellula, normalmente, è formata da una membrana cellulare che la riveste all’esterno. All’interno della membrana c’è il citoplasma, un liquido in cui nuotano gli organelli della cellula e, infine, il nucleo che è il cervello della cellula. Questo nucleo contiene i cromosomi che a loro volta contengono i geni, attraverso i quali ogni cellula può trasmettere informazioni alla cellula figlia. I geni sono formati da DNA ed è questa la parte più importante per la vita di una cellula, ed è anche questo il bersaglio principale delle radiazioni, perché se il DNA viene danneggiato la cellula morirà quasi subito. I danni al DNA nei cromosomi possono trasmettere conseguenze ereditare sulle generazioni future.

Se la dose di radiazioni ionizzanti è molto alta ed è concentrata in un breve tempo di esposizione, molte cellule muoiono. Questo fenomeno si vede, ad esempio, dalla perdita di capelli o dalle ustioni alla pelle. E’ infatti la reazione alle radiazioni ionizzanti, dei tessuti degli organi irradiati e delle loro cellule che determina gli effetti biologici delle radiazioni. I effetti immediati su tessuti, o comunque a breve termine, sono proporzionali alla quantità di energia assorbita attraverso le radiazioni. Nel caso di dosi assorbite superiori a 0,5 (Gy) e ricevute in un periodo di tempo limitato, provocano conseguenze che si verificheranno entro due o tre mesi dall’esposizione. Queste conseguenze derivano di solito dalla morte di varie cellule e sono definite con il termine effetti deterministici (non tutti gli effetti deterministici sono di tipo immediato). Tra questi troviamo i danni al sistema digerente della persona esposta, che comincerà a vomitare già dopo poche ore. Inoltre, anche il sangue può subire danni e si potranno notare arrossamenti della pelle. La reazione cutanea era impiegata dai primi radiologici per stimare la quantità di esposizione alle radiazioni. Per dosi di circa 3-5 (Gy) si possono avere altre gravi conseguenze che potranno causare, anche la morte di circa il 50% delle persone esposte.

Si possono evitare gli effetti immediati mantenendo la dose al di sotto di 0,1 (Gy), cioè ben al di sotto della dose di soglia, oppure distribuendo la dose nell’arco di settimane o mesi, in modo da consentire alle cellule di ristabilirsi.

Anche se si evitano gli effetti immediati, è possibile che i tessuti delle persone esposte abbiamo subito abbastanza danni da produrre effetti ritardati che potranno verificarsi anche a molti anni dall’esposizione. Infatti se le cellule non sono uccise, ma modificate, a seguito, per esempio, di una dose minore o di una dose distribuita in un periodo di tempi più lungo, possono apparire effetti molti anni dopo sia nella persona che ha subito l’esposizione alle radiazioni (cancro) che nei suoi figli (effetti ereditari). Il processo in questione è casuale, per cui è stato denominato effetto stocastico. Questo effetto dell’esposizione alle radiazioni ionizzanti può essere previsto verificando se si nota un leggero aumento dei disturbi già preesistenti.

Sono stati verificati gli effetti stocastici sui sopravvissuti alle bombe atomiche in Giappone. Si tratta di persone che hanno ricevuto in un brevissimo periodo di tempo dosi di radiazioni ionizzanti di circa 1 Gray. L’effetto ritardato più grave è l’insorgenza del cancro, dato che si tratta di una malattia ben nota che è frequentemente mortale. L’aumento delle possibilità che una persona esposta alla dose di 1 (Gy) sia colpita da una forma di cancro come la leucemia è modesto e vi è un ritardo di circa 7 anni dopo l’esposizione alle radiazioni ionizzanti, prima che la malattia si manifesti. Gli esperti della radioprotezione presumono che tutte le dosi di radiazioni ionizzanti, per quanto piccole, aumentino in modo proporzionale le possibilità di contrarre una malattia di questo tipo.

Di fatto, non si possiedono ancora documenti relativi a questi effetti sull’uomo. D’altra parte, è noto che il feto nel grembo materno è molto vulnerabile alle radiazioni ionizzanti, per cui vi sono forti rischi in questo senso in determinate fasi della gravidanza. Per tale motivo si cerca in tutti i modi di evitare l’esposizione del feto alle radiazioni ionizzanti.

Le persone che, per motivi professionali o di altro genere sono più esposte alle radiazioni ionizzanti, devono essere ben protette dai loro effetti. Il principio fondamentale di protezione dalle radiazioni ionizzanti consiste nell’evitare l’esposizione. Quanto l’esposizione non può essere evitata, la quantità di radiazioni ricevute dalle fonti esterne deve essere limitata, osservando le seguenti norme:

• Limitare la durata dell’esposizione al minimo possibile (controllo del tempo di esposizione);

• Far sì che la distanza dalle radiazioni ionizzanti sia quanto più grande possibile (controllo della distanza dalla sorgente);

• Impiegare un sistema di protezione (schermo) che blocchi o riduca le radiazioni ionizzanti (impiego di sistemi protettivi).

Dati ufficiali informano che assimilando la dose di un sievert può far aumentare la percentuale di cancro mortale dal 25% al 30%. Altri dati dell’ICRP dicono che un lavoratore nel campo delle radiazioni tra i 18 e i 65 anni rischia il 4% in più di possibilità di prendere il cancro per ogni sievert assorbito.

Le sorgenti radioattive e le macchine a raggi X devono essere chiaramente indicate e portare le etichette con il simbolo internazionale di radioattività (trifoglio).

Malgrado tutte le misure di sicurezza adottate, la possibilità che si verifichi un incidente in un impianto nucleare non può certo essere esclusa. Le autorità preparano quindi un piano di emergenza per ogni reattore. La popolazione è protetta da vari interventi destinati a ridurre la dose ricevuta in conseguenza dell’incidente. Questi interventi comprendono contromisure quali l’evacuazione, che si applicano qualora vi sia la possibilità di superare i livelli di intervento, che sono un determinato livello di dose di radiazioni.

Tra le contromisure possibili, troviamo:

1.  
2. restare chiusi in casa;
3.  
4. distribuire pastiglie di iodio non radiattivo;
5.  
6. evacuare gli abitanti per un determinato periodo, vietando loro l’ingresso nelle zone contaminate;
7.  
8. far traslocare gli abitanti per un lungo periodo;
9.  
10. vietare il consenso di cibi e bevande contaminati.

La dose media di radiazioni per la popolazione in generale, dovute al funzionamento normale di un impianto nucleare, è paria 0,001 milliSivert all’anno (mSv/anno). I rischi dovuti all’esposizione delle singole persone alle radiazioni ionizzanti sono molto piccoli, anche se è possibile stimare un rischio complessivo, anch’esso modesto, tenuto conto del gran numero di persone esposte.

3.5.1 - Incidente della Centrale Nucleare di Chernobyl

Il peggiore incidente nucleare mai verificatosi nel mondo avvenne a Chernobyl nell’ex Unione Sovietica, nel 1986, quando uno dei quattro reattori RBMK in funzione fu distrutto in conseguenza di una cattiva progettazione e di errori fatti dagli operatori.

Il reattore del tipo RBMKL-1.000 era uno dei 14 reattori di questo tipo ed era situato sul fiume Pripyat, 100 Km. Circa a nord di Kiev. Questo reattore era una versione modificata del primo reattore in servizio al mondo, che aveva iniziato a produrre elettricità a Obninsk, nel giugno 1954. Il combustibile nucleare in questo reattore era contenuto in una serie di tubi. Il calore prodotto serviva a riscaldare l’acqua, che diventava vapore all’interno delle condotte. Il vapore entrava poi in due turbine, che producevano energia elettrica per un totale di 1.020 Megawatt (MW).

L’incidente si verificò il 26 aprile 1986, quando il reattore veniva impiegato nella produzione di vapore per condurre delle prove su una turbina. Per la prova erano stati staccati diversi circuiti di sicurezza, mentre il reattore funzionava a un livello di potenza al quale era noto essere instabile. Proprio all’inizio della prova, la potenza prodotta dal reattore salì ad un valore pari a 100 volte quella massima. Il sistema di raffreddamento non fu quindi in grado di far fronte alla situazione e ne risultò un’esplosione che scaraventò in aria il tetto di cemento armato, del peso di 1.000 tonnellate, per cui il reattore venne a trovarsi senza più alcuna protezione. Gli elementi del reattore, ad altissima temperatura, innescarono il fuoco ad un secondo reattore nella stessa centrale. La colonna di materiale radioattivo salì in cielo fino ad un chilometro di quota e nei 10 giorni successivi furono dispersi nell’atmosfera 70 picoBequerel (pBq) di Cesio-137 e 630 (pBq) di Iodio-131. Circa un terzo di questo materiale ricadde sull’Europa e la maggior parte del resto si depositò in URSS. La liberazione di materiale radioattivo cessò dopo l’intervento dell’esercito con gli elicotteri per gettare piombo e sabbia sul reattore che fu infine sigillato sotto un manto di cemento armato.

Il vento aveva portato le sostanze radioattive in molte direzioni e poco tempo dopo l’incidente oltre 40.000 abitanti di Pripyat furono evacuati, mentre molte altre persone furono esposte all’azione delle radiazioni dovute alla nube radioattiva che si depositò su vaste zone dell’URSS. Il primo anno furono evacuate in totale 116.000 persone, alcune delle quali dovettero traslocare nuovamente.

Poi vi furono due altre operazioni di evacuazione di 50.000 persone prima e di 200.000 dopo. Ciò creò gravi problemi per molti che non potevano più lavorare la loro terra, per i bambini che dovevano restare chiusi in casa e per molti agricoltori ai quali non era consentito di mangiare o vendere i prodotti delle proprie aziende. Le popolazioni delle regioni attorno a Chernobyl subirono dosi elevate di radiazioni ed è accertato che in molti casi si ebbero dosi assai elevate di radiazioni alla tiroide per effetto dello iodio radioattivo. Ci vorranno vari decenni prima che le conseguenze a lungo termine dell’incidente divengano chiare. Una delegazione della Commissione delle Comunità Europee si recò in visita in Ucraina nel 1993 e affermò che c’era da aspettarsi senz’altro un aumento dei decessi per cancro.

I boschi e i pascoli di montagna possono rappresentare una riserva di contaminazioni per la selvaggina e gli animali al pascolo a causa di fenomeni di accumulo di radioelementi nella vegetazione e nella lettiera dei boschi. Questi ambienti possono inoltre rappresentare nel lungo termine delle sorgenti di radionuclidi per gli ecosistemi adiacenti.

I risultati delle indagini effettuate anche dall’ANPA nei boschi e nei prati naturali hanno messo in evidenza come la maggior parte della deposizione radioattiva si trovi ancora localizzata negli strati superficiali del suolo e sia disponibile al trasferimento alla vegetazione e ai prodotti del sottobosco.

Non a caso in alcune zone montane del settentrione d’Italia livelli di Cesio 137 sono ancora misurabili in alcuni matrici alimentari come i funghi. Il valore massimo di cesio riscontrato nel 1996 è stato di circa 70.000 Bequerel per un chilogrammo di funghi secchi. Un valore a cui però non è stata data rilevanza da un punto di vista sanitario perché il consumo di un chilogrammo di questi funghi corrisponderebbe a una dose di radiazioni pari a 0.04 (mSv).

E ancora, a dimostrazione che l’attenzione è sempre alta, la Commissione Europea ha affidato all’ANPA il coordinamento di un progetto multinazionale: "lo sviluppo di un modello europeo per la previsione della distribuzione dei radioelementi nei diversi componenti degli ecosistemi forestali (Progetto Seminat)". Il modello è in fase di realizzazione e verrà calibrato e validato sulla base dei dati sperimentati raccolti in 5 diverse foreste europee. Il bosco di Tarvisio, nella Regione Friuli Venezia Giulia, è stato prescelto quale sito italiano modello per le indagini. Questo modello potrà essere utilizzato per la valutazione di tutte le conseguenze ambientali nell’eventualità di future possibili contaminazioni di zone forestali e per la conseguente messa a punto di metodologie di recupero dei territori altamente contaminati nell’ex Unione Sovietica.

4 - IMPIEGO DELLE RADIAZIONI IN CAMPO MEDICO, INDUSTRIALE, MILITARE

4.1 - APPLICAZIONI CAMPO MEDICO

Tra i numerosi campi in cui vengono impiegate le radiazioni nucleari è quello medico, con diverse specializzazioni. Infatti il termine RADIOLOGIA indica l’uso di fonti di energia radiante, soprattutto raggi X, per la diagnosi di numerose malattie e per il loro trattamento. Così nascono :"la radiodiagnostica", "la radiografia", "la radioterapia" e la "medicina nucleare". Fondamentale è quindi l’ausilio dei raggi X scoperti da Rontgen, che inventò una macchina capace di emanare radiazioni ionizzanti.

Nel 1895 riconobbe la loro capacità di penetrazione. I raggi X sono parzialmente assorbiti dalle ossa, una lastra fotografica a loro esposta indica un’ombra in corrispondenza delle ossa. Per cui se né ricava l’immagine della loro forma e posizione nel corpo.

Nell’indagine e nelle diagnosi mediche, oltre che per la cura di talune malattie, si impiegano materiali radioattivi . Nella tabella in cui sono indicate le dosi tipiche ricevute dal paziente per un esame medico.

Nella seguente tabella sono evidenziate le sintesi delle applicazioni mediche delle radiazioni e del materiale radioattivo.

Radiodiagnostica

E’ quella parte della radiologia che studia l’applicazione delle radiazioni nella diagnosi della malattia. Attraverso l’ausilio dei raggi X, con i quali è possibile esplorare l’organismo e ottenere rappresentazioni su materiale sensibile, (pellicole radiografiche). I singoli organi possono essere visualizzati quando presentano diversa densità come nel caso dell’osso o dei muscoli che lo circondano. A volte, è necessario introdurre nell’organismo dei mezzi di contrasto che favoriscono la rappresentazione sulla radiografia dell’organo studiato. Tipica, per studiare l’apparato digerente, è la sospensione di bario che viene somministrata per bocca. Quindi per prendere fotografie con i raggi X si impiegano piccole quantità di raggi ionizzanti che servono per vedere l’interno del corpo, riconoscere eventuali fratture, diagnosticare alcune malattie come il tumore al polmone e distruggere le cellule malate del corpo.

Ogni esposizione ai raggi X deve essere giustificata sul piano clinico e mantenersi più bassa possibile. Si impiega un "grembiule di piombo" rivestito di gomma per proteggere il resto del corpo che non deve essere esaminato.

Radioterapia

La radioterapia è il ramo della radiologia che si occupa del trattamento di tumori maligni con radiazioni ionizzanti da sola o in associazione a ipertermia o a farmaci. Nella radiologia terapeutica il problema che si pone e quello praticamente impossibile irradiare un tessuto patologico (malato) senza distruggere contemporaneamente i tessuti sani vicini.

La radioterapia si basa sul fatto che, rispetto alle cellule tumorali, i tessuti normali hanno una maggiore capacità di guarigione negli effetti delle radiazioni. Pertanto una dose di radiazioni sufficiente a distruggere le cellule tumorali compromette solo temporaneamente quelle sane vicine. A volte, però la capacità di guarigione dei tessuti normali è uguale o inferiore a quella del tessuto canceroso, effetto del tumore. In questi casi si dice che il tumore è radioresistente e la radioterapia non viene considerata applicabile.

La radioterapia può essere usata da sola come trattamento contro la maggior parte dei tumori della pelle, in alcuni studi del tumore dell’utero, della mammella e della prostata, nonché in alcuni tipi di leucemia e linfoma. In questi casi, la radioterapia ha come obiettivo la guarigione dell’infezione. In associazione a farmaci anti tumorali, terapia combinata, può essere impiegata anche come palliativo (cioè per alleviare i sintomi).

Inoltre la radioterapia viene spesso applicata prima o immediatamente la rimozione chirurgica di certi tumori per aumentare la possibilità di guarigione tramite la distribuzione di cellule tumorali che potrebbero diffondersi o essersi già diffuse nell’organismo, in aree diverse da quella operata.

Infine la radioterapia è impiegata per tenere sotto controllo le recidive dei tumori localizzati dopo asportazione chirurgica.

Il tumore è sottoposto a trattamenti con elevato e concentrate dosi di radiazioni. Le cellule tumorali sono particolarmente sensibili ai danni cromosomici e quindi è facile distruggerla con le radiazioni ionizzanti.

Le macchine a raggi x producono radiazioni che provengono da un tubo a raggi x e possono essere prodotti a livelli variabili di energia. Per cui la capacità di penetrazione delle radiazioni può essere regolata a seconda della profondità del tumore. La radioterapia al Cobalto si basa sull’impiego cobalto 60, contenuto in sorgenti sigillate, di dimensioni compatte che contengono materiale radioattivo sufficiente ad applicare una dose per un’unità di tempo di 1 Gray al minuto sul tessuto tumorale. La radioterapia con il metodo Curie si basa sull’uso di radiazioni beta e gamma provenienti da isotopi che possono essere inseriti come sorgenti esterne o interne. L’obiettivo è porre le sorgenti vicino al tumore in modo da diminuire le dosi che si applicano al resto del corpo.

Radiografia

Nella radiografia, l’osservazione diretta è sostituita dall’impressione di una lastra fotografica: attraverso il corpo in esame i raggi x giungono alla lastra, impressionandola in corrispondenza delle zone del corpo che meno li ha assorbiti e viceversa. Poiché lo sviluppo della lastra produce un negativo, le strutture organiche che appariranno più chiare saranno quelle che più hanno assorbito i raggi x.

Medicina Nucleare

La medicina nucleare si fonda sull’uso di radioisotopi che se introdotti in adatte molecole costituiscono i radiofarmaci che vengono somministrati in piccole quantità per realizzare esami diagnostici e in quantità superiori per effetti terapeutici. Numerose sono le applicazioni diagnostiche realizzate con queste tecniche per esempio in campo cardiologico e circolatorio e renale. Lo strumento base per l’impiego dei radiofarmaci è la gamma-camera. Questo strumento può trasformare le radiazioni emesse dai radioisotopi somministrati al paziente in radiazioni luminose e quindi in impulsi elettrici che vengono trasformati con dispositivi elettronici in immagini (scintigrafie) che possono essere riprodotte su monitor a carta sensibile. Usando un adatto radiofarmaco, grazie all’accumulo che raggiunge in un certo organo, è possibile studiare se tale accumulo è normale o se esistono alterazioni. I tre tipi di radiazioni costituiscono un notevole pericolo, provocano infatti mutazioni genetiche e tumori, spesso per la cura dei tumori viene usata la radioterapia o la curieterapia che utilizza il radio-226, come già detto è un emettitore di radiazioni alfa. Le radiazioni beta sono quelle usate in basse dosi per curare, per esempio, la tiroide mediante il radioisotopo dello iodio 131 (emettitore beta). Le radiazioni gamma vengono usate con l’impiego del cobalto 60 (emettitore gamma) per il trattamento dei tumori.

4.2 - APPLICAZIONI CAMPO INDUSTRIALE E RICERCA

Nella seguente tabella sono riportati alcuni dei radioisotopi impiegati in campo dell’industria e della ricerca.

Produzione di Energia Elettrica

Per la produzione di energia si adotta il metodo della fissione nucleare. Alcuni isotopi, come l’uranio 235 e il plutonio, grazie alla loro elevata instabilità sono particolarmente adatti ad essere sottoposti a fissione. Essa si ottiene bombardando il nucleo di questi elementi con particelle di neutroni accelerati dal ciclotrone. Con la fissione, prodotta in un reattore nucleare dove avviene in un modo controllato e graduale, si libera una quantità di energia 40 volte superiore al decadimento spontaneo, che può essere sfruttata per generare vapore, che, a sua volta mette in moto una turbina che produce elettricità. I neutroni, liberatosi durante la fissione dell’uranio, possono a loro volta colpire altri atomi di uranio innescando un processo che prende il nome di reazione a catena in cui si sviluppa una enorme quantità di energia. Una reazione a catena incontrollata è il principio sul quale si basa la bomba atomica.

Radiografie

Anche nel campo industriale con lo stesso metodo scientifico del campo medico, vengono impiegate le radiazioni per eseguire radiografie. Il tecnico si serve di radiazioni ionizzanti per ricercare nei vari pezzi di metallo. I raggi x della diagnosi medica possono essere applicati quando i pezzi di metallo sono sottili, altrimenti è necessario produrne a più elevata energia mediante acceleratori sorgenti gamma simili a quelle impiegate in radioterapia sono invece indispensabili quando il metallo ha più di 50 cm di spessore. Si possono usare raggi gamma per vedere attraverso le pareti di tubi e contenitori allo scopo di rilevare cambiamenti nello spessore delle pareti e nel livello dei fluidi all’interno dei contenitori . La quantità di radiazioni che attraversano la parete del tubo indica lo spessore della parete .

Le radiazioni gamma possono essere impiegate da un tecnico per esaminare le pareti di tubature e contenitori in modo da individuare variazioni di spessore nel primo caso e variazioni di livello di fluidi contenuti, nel 1934 JOLIOT e CURIE scoprirono che i neutroni possono rendere radioattive le altre sostanze.

Procedimenti di Fabbricazioni

Alcune sostanze chimiche e in particolare alcuni materiali plastici possono essere prodotti con l’aiuto di radiazioni gamma. Si utilizzano perciò sorgenti molto potenti di cobalto 60 con le quali si irradia la materia prima.

Questo tipo di applicazione si usa per la sterilizzazione degli attrezzi medici, che non vengono comunque lesionati, per far si che non sopravviva nessun microrganismo (quali batteri, lieviti, muffe e spore).

Irraggiamento di Sostanze Alimentari

I raggi gamma sono impiegati per decontaminare i cibi che non divengono per questo radioattivi . Vengono eliminati microrganismi. Infatti il cibo viene irradiato dall’esterno, così che non si possa avere nessuna contaminazione tra questo e il materiale radioattivo. Con questo sistema si può anche tardare la germinazione dei tuberi in genere e di altri tipi di frutta e verdura, questo favorisce la conservazione dei cibi e contribuisce a diminuire gli sprechi.

Incidenti Relativi alle Radiazioni e la Radioattività

Tra il 1945 e il 1985 si sono verificati oltre 170 incidenti in cui erano coinvolte sorgenti radioattive. Nel 1978 a Guyana, persone non autorizzate smontarono una sorgente radioattiva, questa fu scomposta in una discarica di rottami e 6 persone morirono perché avevano ingerito fino a 14bh di cesio-137. Nello stesso periodo ci sono 3 incidenti a reattori nucleari e più recentemente quello di Chernobyl che mise in allarme il mondo intero.

Servizi di Emergenza e Articoli di uso Comune

Molte delle attrezzature e degli articoli che si usano comunemente contengono materiale radioattivo.

Un esempio sono i rivelatori di fumo che si servono di una sorgente radioattiva, l’americio-241 che ha un periodo di dimezzamento di 432 anni. Le particelle di fumo presenti nell’aria di sovrappongono al rilevatore di radiazioni e fanno così scattare l’allarme.

Un altro esempio sono i quadranti luminosi, al momento della scoperta del radio-226, gli scienziati riuscivano a rintracciare la presenza di radiazioni perché esse, tramite materiali quale i fosfori, emettevano un lampo di luce. Questa proprietà trovò impiego in orologi da polso e da muro, in cui le lancette erano dipinte con una miscela di radio e sostanza fosforescente, in modo da far si che emettessero luce nel buio. Oggi si utilizza il trizio che dà una luminosità diffusa al fosforo ed è anche facile da schermare ai raggi beta.

Nella produzione di lampade a gas si impiega il torio per la sua proprietà di dare luce intensa quando è riscaldato. Le reticelle delle lampade a gas sono leggermente radioattive.

Datazione Mediante il Carbonio 14

Un metodo di datazione delle rocce si basa sul decadimento dell’uranio-238 e del torio-232; il processo di decadimento di questi due elementi è iniziato fin dalla loro formazione, producendo particelle alfa che sono rimaste intrappolate (come atomi di elio) all’interno delle rocce stesse. Determinando accuratamente le quantità relative di elio, uranio e torio contenute in una roccia è possibile calcolare da quanto tempo è in atto il processo di decadimento, e quindi l’età della roccia. Un altro metodo è basato sulla determinazione dei rapporti tra le concentrazioni degli elementi iniziali e finali delle serie radioattive; in particolare si misura il rapporto tra uranio-238 e piombo-206 o tra torio-232 e piombo-208 presenti nella roccia.

Questi e altri metodi forniscono per l’età della Terra un valore di circa 4,65 miliardi di anni, che viene confermato anche dall’analisi delle meteoriti cadute sulla superficie terrestre e dei campioni di rocce lunari prelevate dall’Apollo 11, durante l’allunaggio del luglio 1969.

Il metodo di datazione al radiocarbonio è applicabile unicamente ai fossili di natura organica (esseri viventi) che abbiano un’età dell’ordine delle migliaia di anni. Una piccola quantità di carbonio-14 è presente nell’atmosfera terrestre e tutti gli organismi viventi ne assorbono tracce durante la loro vita. Mentre in vita la quantità di carbonio viene mantenuta costante attraverso la respirazione e l’alimentazione, dopo la morte questo assorbimento cessa e la concentrazione del carbonio radioattivo diminuisce rispetto ai valori iniziali. In pratica, la frazione di isotopo radioattivo ¹⁴C inizia a decadere in ¹⁴N, dimezzandosi ogni 5730 anni circa. Stime dell’età dei reperti archeologici, come ossa e mummie, sono state possibili mediante misurazioni della concentrazione del carbonio 14 in essi contenuta.

Traccianti

Una parte della conoscenza moderna è dovuta all’impiego di "etichette" di atomi radioattivi che possono essere inseriti in molecole come quelle del DNA.

Radiocomunicazioni

Il campo delle radiocomunicazioni comprende la radiodiffusione (sonora e televisiva) la radiotelefonia e la radiotelegrafia. Si tratta di una serie di trasmissioni a distanza di segnali realizzati per mezzo di onde elettromagnetiche. Queste onde dette "radioonde" sono irradiate da una antenna trasmittente formata da un insieme di elementi conduttori percorsi da corrente elettrica di frequenza abbastanza alta. In un sistema tipo di radiocomunicazioni l’antenna per trasmettitore è alimentata da un generatore a radio frequenza modulato del segnale da trasmettere; l’antenna del ricevitore è collegata ad un circuito elettronico che amplifica in modo selettivo le correnti estremamente deboli relative al segnale da ricevere e lo demodula ricostruendoli segnale di partenza.

L’eccezionale sviluppo della radiocomunicazione è determinato dalla possibilità di realizzare collegamenti a distanza senza bisogno di ricordare a fili conduttori o altri mezzi di guida delle onde elettromagnetiche. Per questa peculiarità i sistemi di comunicazione via radio offrono l’unica soluzione pratica per il collegamento con mezzi mobili (aeroplani, veicoli spaziali, navi ecc.).

Come inizio scientifico dello sviluppo delle radiocomunicazioni sono da citare diverse teorie. Marconi, per esempio, in seguito alle sue ricerche, riuscì a stabilire un collegamento radio dimostrando la possibilità delle onde elettromagnetiche di propagarsi anche oltre i limiti della curvatura della superficie terrestre.

4.3 - APPLICAZIONI IN CAMPO MILITARE

La bomba atomica, basata sul principio della reazione a catena incontrollata, ha una potenzialità distruttiva enorme. Nella seconda guerra mondiale le due bombe sganciate su Hiroshima e Nagasaki provocarono danni terribili e irreparabili. I pochi sopravvissuti ricevettero dosi di radiazioni dell’ordine di 7 (Gy) pari a circa 1 (Sv) con il rischio per il cancro superiore al 10 %. Negli anni ‘60 vennero effettuati diversi esperimenti con bombe atomiche in luoghi isolati, ma il fall-out radioattivo si diffuse in tutto il mondo e una piccola quantità è ancora presente

I sottomarini nucleari e navi che sfruttano per la propulsione, un reattore nucleare. L’apparato motore non richiede aria per il suo funzionamento, a differenza dei motori alimentati a idrocarburi o a carbone . I reattori sono di solito del tipo ad acqua pressurizzata e sono quindi analoghi a quelli impiegati sulla terra ferma .

Nei servizi l’impiego delle radiazioni è legato ai trasporti di materiale radioattivo che è severamente controllato dalle norme stabilite dell’agenzia internazionale per l’energia atomica (IAEA). Il tipo di imballaggio varia a seconda del tipo e della quantità del materiale nucleare. Se si tratta di quantità rilevanti, è obbligatorio il simbolo a trifoglio. Il combustibile di uranio esaurito viene trasportato in contenitori speciali a bordo di veicoli speciali, verso le centrali di trattamento . Questi contenitori sono a prova di rottura e a prova d’incendio, in modo che rimangano sigillati in caso d’incidente . Il combustibile del reattore è di norma immagazzinato presso la centrale nucleare per un periodo di tre anni in modo di consentire il decadimento della maggior parte della radioattività accumulata. Anche per il trasporto di piccole sorgenti di radiazioni ionizzanti, in uso negli ospedali e nell’industria, si applicano le norme dell’IAEA.

Anche lo smaltimento di scorie radioattive è controllato a norme rigorosissime. Tutto il materiale radioattivo proveniente da ospedali, fabbriche ecc.. deve essere posto in discarica nel rispetto delle norme di sicurezza. Le scorie radioattive vengono suddivise per livelli di pericolosità:

1) le scorie a basso livello, costituite da materiale radioattivo con un periodo di dimezzamento breve. Queste vengono sepolte in contenitori di metallo in siti approvati. Circa 1/3 del totale annuo è prodotto da ospedali e industrie.

2) le scorie di livello medio, contengono il 95% di materiali radioattivi e comprendono la maggior parte dei prodotti di fissione e degli attinidi provenienti dal combustibile nucleare. Queste vengono sigillate in cemento e immagazzinate in discariche.

3) le scorie di livello elevato, sono la maggior parte dei prodotti di fissione chiamati attinidi. Il materiale radioattivo genera del calore. Queste scorie devono essere convertite in materiale vetroso per la messa in discarica permanente.

Conclusioni

L’uso pacifico dell’energia nucleare, pur comportando notevoli rischi potenziali, trova in qualche modo la sua giustificazione nel fabbisogno crescente di energia indotto dal tipo di sviluppo delle società moderne. Ma vi è un tipo di inquinamento radioattivo a cui siamo sottoposti senz’altro per ragioni criminali e stupide. Si tratta dell’inquinamento dovuto alla ricaduta di materiale radioattivo (fall-out), che si verifica in seguito all’esplosione di bombe nucleari. Negli ultimi decenni l’umanità ha dovuto sopportare impotente, per scopi esclusivamente bellici, all’esplosione di decine e decine di ordigni nucleari eseguite nell’atmosfera, sott’acqua e nel sottosuolo. Si spera che le esplosioni attuate nell’atmosfera e sott’acqua, le più pericolose, attualmente siano definitivamente bandite non solo dai trattati ma anche dalle menti.

A conclusione possiamo dire che le radiazioni trovano impiego in ogni campo e hanno contribuito in maniera considerevole al progresso dell’umanità e al benessere della nostra società. Bisogna però non abusarne e saperle usare nel modo giusto, cercando di limitarne al massimo i danni.

Gli alunni che hanno realizzato la ricerca:
Bovi M., Brancati V., Cangini A.,Capulli M., Castorano C., De Santis M., Ferretti M., Giulietti F., Landi C., Memeo G., Mischiati J., Onorati S., Pagnotta G., Patrolecco F., Paris G., Rizzato S., Sallustio T., Serami L., Spacone D., Torelli J., Veronese M. Ancillai A., Berdini E., Cecconi M., Coltrinari S., Corradini D., D'Ignazio A., Di Leonardo V., Di Pietrantonio F., Gentili A., Germoni P., Guaitoli A., Lippi A., Maniri A., Manzotti A., Papiernik R., Presaghi A., Rinaldi S., Signorelli S., Spinaci V., Spuntarelli E., Trupiano R., Zappia S.

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