D: Che cosa sono le radiazioni?
R: Le radiazioni
sono semplicemente particelle o onde non legate a nessun atomo e libere di
muoversi. Qualunque particella e qualunque onda (secondo la meccanica
quantistica è la stessa cosa) è una radiazione: anche la luce emessa dalle
lampadine e dal televisore di casa o dal monitor del computer, le microonde
emesse dal fornetto o le onde radio emesse da un'antenna o da un telefonino
sono a tutti gli effetti radiazioni. Le radiazioni più note sono: particelle
alfa, particelle beta, raggi gamma e raggi X (e in parte ultravioletti), e
raggi ultravioletti.
D: Che cosa sono le radiazioni ionizzanti?
R: La biologia ci
dice che le radiazioni sono ionizzanti se sono in grado di strappare elettroni
dagli atomi che colpiscono, modificando il comportamento delle molecole cui
appartengono in modo virtualmente imprevedibile. Questo fa ritenere che, se gli
atomi colpiti fanno parte di molecole che compongono le cellule di un essere
vivente, l’esposizione a radiazioni ionizzanti possa portare a un danno
biologico.
Non tutte le radiazioni sono ionizzanti: la
luce visibile, per esempio, è composta da fotoni che non possiedono un'energia
sufficiente per strappare elettroni agli atomi del corpo; ecco perchè è
innocua. Anche le onde radio, come quelle usate dalle antenne e i ripetitori
per la telefonia, e le microonde utilizzate nei fornetti sono esempi di
radiazioni non ionizzanti.
D: come si misurano le radiazioni?
R: Esistono tre grandezze principali:
l'attività, l'esposizione e la dose.
L'attività è una misura di quante radiazioni al
secondo emette una certa sostanza. Si misura in Becquerel, che sono radiazioni
al secondo emesse, oppure in Curie (1 Ci = 37.000.000.000 radiazioni/s, è
l'attività di un grammo di Radio-226). E' usata per stabilire quanta
radioattività si ha in un certo posto/oggetto.
L'esposizione misura la quantità di ioni (atomi cui
viene strappato un elettrone) creata in aria dalle radiazioni. Si misura in
Coulomb/Kg/s o in Roentgen/h. Un Roentgen è pari a 0,000258 Coulomb al Kg. I
contatori geiger, così come tanti altri strumenti, rilevano facilmente questo
aspetto della radiazione.
La dose è la quantità di energia depositata nella
materia. Si misura in Gray (1 Gy = 1 J/Kg) oppure in Rad (1 Gy = 100 Rad). Se
si parla di materia vivente, c'è il concetto di equivalente di dose
misurato in Sievert (1 Sv = 1 Gy x EBR). L'EBR (Efficacia Biologica Relativa)
misura l'efficacia di un certo tipo di radiazione nel danneggiare i tessuti
viventi e vale 1 per gamma, X e beta, circa 20 per gli alfa, tra 1 e 10 per i
neutroni e 10 per i protoni.
D: Come posso convertire le unità di misura delle
radiazioni?
R: Passare da una
grandezza all'altra non è affatto facile: il passaggio da attività (Bq) a
esposizione (R) per esempio dipende da quanta energia occorre per ionizzare un
atomo (quindi dal tipo di atomi presenti nella materia irraggiata), dalla
distanza della sorgente, dal tempo, dalla eventuale schermatura presente e dal
tipo di radiazione considerata; esiste una costante detta G
che dà l’esposizione a un metro per una sorgente di 1 Ci (nel caso del
Cobalto-60 per esempio vale 1,30 Rm2/hCi). Per passare dall’esposizione (Roentgen) alla
dose invece esiste il cosiddetto Principio di Bragg-Gray, secondo il quale la dose assorbita è pari alla densità di
ionizzazione in aria (cioè l’esposizione) per l’energia spesa in media per
creare una coppia di ioni. Facendo
due conti, la Dose (in Gray) è pari a 0,0088 volte l’esposizione (in Roentgen).
Se quindi rilevassi 1 mR/h di esposizione, la dose sarebbe pari a 8,8
microGy/h, ovvero (per radiazioni gamma, X o beta) 8,8 microSievert/h.
D: Quali sono gli effetti delle radiazioni?
R: Qui entriamo in
un discorso estremamente complesso, ricco di distinzioni e incertezze, ragione
per la quale ho creato una pagina
apposta per affrontare il discorso nel dettaglio.
Molto in breve, si
sa che ricevere alte dosi di radiazione in un tempo molto breve (pochi minuti)
porta sicuramente ad una serie di effetti negativi comunemente noti come
sindrome da radiazioni (Radiation Sickness). Ció non ha nulla a che fare con
l’incidenza di effetti oncologici (tumori, leucemie) o mutazioni genetiche: si
tratta sostanzialmente di sintomi da avvelenamento, combinati con una riduzione
delle funzioni biologiche normali dei componenti del sangue e, se la dose assorbita
é molto elevata, disorientamento e confusione mentale. Tali sintomi sono
perlopiú passeggeri, compaiono durante l’esposizione o poco dopo (fino a
qualche settimana dopo) e la loro intensitá varia in funzione della dose
assorbita. Esiste una soglia minima piuttosto elevata (attorno a 1Sv, circa 500
volte il fondo naturale medio italiano, ma variabile da persona a persona) al di sotto della quale non si
registra nessuno di questi effetti.
Per quanto
riguarda gli effetti oncologici, di cui si parla moltissimo a livello
mediatico, occorre sgombrare il campo da parecchi miti e luoghi comuni che
abbondano sull’argomento. In sunto, l’esposizione a dosi acute (entro pochi
minuti) molto elevate (da mille volte il fondo naturale di un anno in su) favorisce la contrazione di un tumore o
leucemia. La parola chiave é favorisce: sostenere che esiste un nesso
causa-effetto tra l’esposizione a radiazioni ionizzanti e l’insorgere di un
tumore o leucemia é da considerarsi concettualmente errato. Per rendere
meglio il concetto, l’esposizione a dosi acute molto elevate di radiazioni
ionizzanti favorisce l’insorgenza di un tumore in modo indiretto, esattamente
come abusare di alcoolici o contrarre una malattia che indebolisce
temporaneamente il sistema immunitario come la mononucleosi. Per maggiori
informazioni rimando il lettore alla pagina
sugli effetti biologici delle radiazioni ionizzanti.
I cosiddetti
effetti genetici infine, ovvero la possibilitá di incrementi del rateo di
malformazioni o mutazioni genetiche, sono affetti ancora di piú da pregiudizi e
false credenze. L’idea che l’esposizione a dosi di radiazioni possa portare
alla crescita di arti o occhi aggiuntivi in un individuo adulto o in un bambino
é infatti una fesseria completa, non solo non supportata da nessuna evidenza
sperimentale, ma nemmeno logicamente immaginabile da parte di chiunque abbia
una vaga conoscenza biologica del corpo umano. Un po’ meno certo é il discorso
su embrioni esposti a dosi significative di radiazioni: la medicina neonatale
ci dice che normalmente la reazione di un embrione a danni genetici gravi subiti
entro i primi tre mesi di sviluppo é l’aborto spontaneo, tuttavia é difficile
escludere a priori che danni genetici minori possano essere portati avanti in
rare condizioni, generando individui malformati. A quanto si é visto finora,
per esempio tramite gli studi epidemiologici condotti sugli alto irraggiati delle bombe atomiche, non c’é evidenza di tale fenomeno sugli
esseri umani, mentre altri
studi sembrano indicare
un leggero incremento della naturale incidenza di malformazioni in alcuni tipi di animali.
D: come ci si protegge dalle radiazioni?
R: La radioprotezione parla di tre
"medicine": il tempo, la distanza e la schermatura.
Tempo: la durata dell'esposizione, è fondamentale: anche un
livello di radioattività tale da dare una dose di 1 Sv/h, se si rimane esposti
per soli 30 secondi, implica una dose totale di soli 8,3 mSv.
Distanza: la dose di radiazione si riduce con il
quadrato della distanza. Questo significa che una sorgente che dà 1 Sv/h di
dose a 1 metro, riduce la dose a 250 mSv/h a 2 metri, 62 mSv/h a 4 metri,
eccetera. Questo senza considerare la presenza dell'aria, che fa da schermo
parziale.
Schermatura: l'interposizione di uno schermo di
spessore e composizione chimica adeguata permette di ridurre efficacemente la dose
di radiazioni al proprio corpo. L'efficacia di una schermatura dipende dalla
radiazione da schermare: per schermare le particelle alfa basta pochissimo (1
foglio di carta, 10 cm di aria, pochi millimetri di tessuto vivente, tanto che
addirittura lo strato morto esterno all'epidermide fa già da schermo), per le
beta serve una schermatura molto maggiore (4 cm di acqua o tessuto vivente,
alcuni mm di piombo), mentre per schermare gamma e X servono alcuni metri di
piombo.
D: A che distanza sono pericolose?
R: Dipende da
quanta radioattività c'è e dal tipo di radiazioni emesse. Come già accennato
nella domanda precedente, i raggi alfa hanno normalmente un cammino libero
medio in aria (distanza percorsa in media) cortissimo, tanto che dopo 10 cm
praticamente non ne arrivano più. I raggi beta percorrono normalmente qualche
metro in aria, mentre gamma e X possono percorrere anche qualche Km (sono onde
elettromagnetiche, come le onde radio o la luce).
Questo non
significa che a distanza di km una sorgente gamma sia ancora molto pericolosa;
indipendentemente dalla presenza o meno di aria infatti, abbiamo visto che
l'intensità di una sorgente si riduce con il quadrato della distanza, dunque in
realtà già a qualche decina di metri una normale sorgente gamma o X è sostanzialmente
innocua.
D: Che cosa vuol dire essere
"contaminati"? Perchè è pericoloso? Come ci si decontamina?
R: Una persona
che riceve una dose di radiazioni non è contaminata. Una persona contaminata è
entrata in contatto con sostanze radioattive (polveri, gas) che si sono
depositati sul suo corpo o dentro di esso (Intake, ovvero inalazione/ingestione
o immissione tramite ferite aperte). La pericolosità di una contaminazione
deriva dal fatto che neutralizza tutte e tre le "medicine" sopra
elencate: se la persona è contaminata, non può allontanarsi dalla sorgente di
radiazioni (ce l'ha addosso o addirittura dentro di sè), non può limitare il
tempo di esposizione, che é dato dal tempo necessario al suo corpo per smaltire
la sostanza radioattiva, e non può nemmeno interporre schermature, anzi perde
lo schermo naturale dato dallo strato morto dell’epidermide.
Il metodo usato
per decontaminare una persona dalle polveri depositate sul suo corpo è
semplicemente...una bella doccia! Così come su oggetti o vestiti, basta lavarli
bene (ma attenzione a dove finisce l'acqua, che ora è contaminata!). In caso di
ingestione o inalazione di un isotopo radioattivo invece c'è poco da fare; addirittura i raggi alfa, che per
irraggiamento esterno sono considerati praticamente innocui anche per alte dosi
a causa dell'efficace schermo dell'epidermide, diventano pericolosissimi da
irraggiamento interno. L'unica cosa da
fare è allora assumere le stesse sostanze chimiche di cui si è contaminati ma
in versione stabile. Se per esempio si è contaminati da Iodio-131, la soluzione
migliore è assumere molto Iodio-127, che non è radioattivo e satura la Tiroide
(organo bersaglio) impedendole di assorbire il 131. In questo modo, l'isotopo
radioattivo è espulso piú in fretta come rifiuto e la dose è limitata al tempo
di permanenza nel corpo.
D: In che modo una sostanza radioattiva contamina
l'ambiente circostante?
R: Ci sono due
vie principali: la contaminazione tramite polveri o gas, trasportate dal vento
o dalle correnti marine, oppure l'attivazione radiologica di oggetti.
Il trasporto
delle polveri segue le stesse leggi della diffusione degli inquinanti tossici,
dunque non è diversa per esempio al trasporto, da parte dei venti in città, del
particolato fine prodotto dalla combustione. Analogamente al particolato fine,
le polveri radioattive possono depositarsi sugli oggetti, contaminandoli. Infine
però, dato che tutti gli isotopi radioattivi sono tali perchè decadono
emettendo una particella e trasformandosi in un altro atomo, tutte le sostanze
radioattive tendono a diventare stabili con il tempo, perdendo pericolosità. Questo
é anche il motivo per il quale il fondo naturale di radiazioni, cioé la
radioattivitá naturalmente presente nell’ambiente in cui viviamo, é oggi molto
meno intenso di quanto non fosse milioni di anni fa: buona parte delle
particelle radioattive sono infatti decadute nel frattempo, diventando stabili.
Un esempio di decadimento rapido é dato dallo iodio-131, che ha un tempo di
dimezzamento (o emivita) di 8 giorni circa, cosicchè trascorso tale lasso di
tempo metà dello iodio che ha contaminato un oggetto ha emesso un raggio beta
ed è diventato Xeno-131 non radioattivo. Attenzione! Il trascorrere di un tempo
di dimezzamento non implica che il radioisotopo sia svanito. Si è soltanto
dimezzato! Il decadimento è infatti esponenziale, cosicchè dopo due tempi di
dimezzamento resterà un quarto della quantità iniziale, dopo tre ne resterà un
ottavo, poi un sedicesimo, ecc. Non si arriva mai a zero, anche se in pratica
dopo un certo tempo si è a livello del fondo naturale.
L'attivazione
radiologica consiste nel fatto che una radiazione può colpire il nucleo di un
atomo stabile, trasformandolo in uno radioattivo. E' un fenomeno molto raro, che
richiede un bombardamento di radiazioni molto intenso e prolungato, ma accade
per esempio nell'acqua di raffreddamento dei reattori nucleari, sottoposta a
radiazioni neutroniche per molti mesi continuamente, oppure negli schermi delle
macchine radiogene, anch’esse costantemente bombardate da radiazioni.
D: I raggi ultravioletti del sole sono radiazioni
ionizzanti? Fanno male?
R: I raggi
ultravioletti sono radiazioni elettromagnetiche così come i gamma, gli X, la
luce, gli infrarossi, le microonde e le onde radio. Gamma e X sono radiazioni
ionizzanti, le onde elettromagnetiche, gli infrarossi, le microonde e la luce
visibile invece non lo sono. Gli ultravioletti sono a cavallo della soglia di
ionizzazione, percui alcuni sono non ionizzanti (UVA) mentre altri sono
ionizzanti (UVB-UVC). Gli UV ionizzanti causano gli stessi effetti delle altre
radiazioni ionizzanti, in particolare sono molto simili ai raggi gamma, anche
se penetrano meno facilmente la materia. Per questa ragione, dosi elevate di
UVB o UVC causano ustioni, esattamente come le altre radiazioni ionizzanti, ed
aumentano la probabilità di tumore, ma soltanto alla pelle data la scarsa
penetrazione dei fotoni ultravioletti.
A proposito dei
raggi ultravioletti, va evidenziato che essi hanno anche effetti fortemente
positivi, come la produzione di melanina che protegge da ulteriori esposizioni
e rilascia antiossidanti. Ció
fa sí che, a livello di organismo intero, basse dosi di ultravioletti
solari facciano di fatto
considerevolmente piú bene che male, ponendo le basi per rendere la teoria
dell’ormesi da radiazioni credibile, almeno in questo caso.
D: Come funziona un contatore geiger?
R: Un contatore
geiger-mueller è uno strumento costituito essenzialmente da un tubo contenente
un gas a pressione bassissima (sotto vuoto) e da un circuito elettronico più o
meno complesso. Il tubo è sottoposto a una differenza di potenziale di circa
400V. Quando una radiazione ionizzante entra nel tubo, colpisce una molecola
del gas e la ionizza, la tensione elevata origina una scarica elettrica che
viene facilmente rilevata dal circuito di conteggio. Il circuito conta il
numero di scariche in un certo intervallo di tempo, restituendo il numero di
conteggi per secondo (cps) o conteggi per minuto (cpm) rilevati.
Dal punto di
vista radiologico, una scarica del geiger non rappresenta nè una singola
radiazione (dunque un Becquerel emesso dalla sostanza esaminata) nè una singola
ionizzazione atomica, ma un valore indicativo di entrambe insieme. Per questa
ragione, la conversione tra cps e Roentgen o Gray/Sievert è abbastanza soggettiva
e dipende dalla calibrazione dello strumento: molti geiger convertono poi direttamente
da cps a Roentgen, ma indicativamente la relazione è nell'intorno dei 3,500 cpm = 1
mR/hr.
Da notare che il
contatore geiger-mueller NON è in grado di rivelare tutte quelle radiazioni per
le quali il sensore si “autoscherma”. Per esempio, tutti gli alfa da
decadimento radioattivo non possono essere rilevati nei tubi geiger perchè non
riescono a oltrepassare le pareti del tubo stesso; per i beta vale lo stesso
discorso fatta eccezione per gli strumenti dotati di una finestrella di mica o
di plastica, estremamente sottile e studiata apposta. In generale dunque, il
contatore geiger fornisce un’idea di quanti gamma e X colpiscono il sensore,
oltre a rivelare qualche raggio cosmico (radiazione proveniente dallo spazio)
se particolarmente energetico.
