Enrico Barsanti

LE RADIAZIONI IONIZZANTI

CHE COSA SONO

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La vita è come una strada irta di ostacoli che non possiamo fare a meno di percorrere. Molti vanno alla cieca seguendo le indicazioni di qualcuno, solo pochi guardano gli ostacoli con i propri occhi.

Indice di questo lavoro

PREMESSA
COSA SONO LE RADIAZIONI IONIZZANTI
ORIGINI DELLE RADIAZIONI
ESAME DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI

PREMESSA

Le pubblicazioni, oggi in commercio, riguardanti la protezione contro le radiazioni nucleari sono strettamente specifiche e rivolte solo al personale addetto agli impianti dove esse si generano o dove si fa uso di materiale radioattivo.
Non esistono, invece, pubblicazioni rivolte ai cittadini e alle popolazioni, anche se gli incidenti, le cui conseguenze riguardano tutti, come una fuga di materiali radioattivi da una centrale termonucleare, siano stati frequenti in passato e siano tutt'altro che improbabili in futuro.
Nonostante siano trascorsi più di dieci anni dal grave incidente nella centrale atomica di Cernobyl, la cui "nube radioattiva" ha per molti giorni sconvolto mezzo mondo, e nonostante che in quella occasione gli organi competenti per l'informazione abbiano dato prova di grande inaffidabilità e abbiano contribuito a confondere le idee, con comunicati spesso incomprensibili e contraddittori, ancora oggi non esiste una letteratura divulgativa che insegni come si rilevino e si misurino le radiazioni, che informi su come valutare di volta in volta i casi di pericolo e che dia indicazioni sui comportamenti da adottare. Apposite pubblicazioni divulgative non solo dovrebbero addirittura essere studiate obbligatoriamente, e con anticipo, dagli operatori delle pubbliche amministrazioni e dai giornalisti, ma anche essere alla portata di tutti. Se si dovesse compiere oggi un'indagine sulla conoscenza di questo settore da parte di funzionari pubblici, Protezione Civile, giornalisti, operatori sanitari, ecc., ci accorgeremmo della pressoché totale ignoranza in materia da parte di tutti.

Durante l'emergenza per il disastro di Cernobyl, le radiazioni non hanno colpito in egual modo tutte le zone. Forse singoli cittadini hanno buttato via del buon latte non radioattivo e altri invece hanno bevuto acqua contaminata; forse intere popolazioni di una certa zona hanno fatto altrettanto. Chissà quanti, a causa degli avvertimenti generici dei mezzi d'informazione, non si sono cibati di buona verdura e chissà quanti sono andati ad acquistare acqua imbottigliata proveniente da zone lontane (e magari ancor più contaminata)! Passata l'emergenza, chissà quanti prodotti contaminati, sul momento vietati, potrebbero essere ritornati sulle nostre tavole in tempi non sospetti, quando i controlli sanitari si erano allentati! Inoltre, chissà quante volte ci sono state fughe di radioattività e le popolazioni non se ne sono accorte, perché nessuno le ha avvertite! Fatti del genere sono davvero successi, perché l'ignoranza è tanta e gli interessi in gioco ancora di più. Per questo non possiamo fidarci di nessuno, né degli esagitati che annunciano catastrofi, né dei melensi di stato che dicono che tutto è sotto controllo. Occorre fare da soli.

Chi avrà la pazienza di leggere questo scritto, e gli altri sullo stesso argomento che sono nel sito, potrà sapere:

Come scoprire, quando le fonti di informazione ufficiali tacciono, se ci siano state fughe di sostanze radiattive che interessano la zona dove viviamo.
Come accertarsi, in caso di informazioni ufficiali, della presenza nella nostra zona di radiazioni oltre i valori normali. Infatti, se ci sono state fughe di radioattività, i venti e le piogge non portano le sostanze radioattive in tutte le zone e in egual misura. Gli organi d'informazione ufficiali, anche se facessero del loro meglio per comunicare i dati, non potrebbero avere dati attendibili per ogni comune e si limiterebbero a diffondere valori medi nazionali o di ampie zone geografiche.
Come misurare le radiazioni emesse dalle cose che sono intorno a noi e, soprattutto, dall'aria che respiriamo e dai cibi che compriamo e ingeriamo. In caso di contaminazioni, dovremo fare comunque grandi sacrifici nelle nostre abitudini alimentari e cercare allora, non solo di non ingerire cibi contaminati, ma anche di non buttar via quelli buoni.
Come valutare le misurazioni fatte e come comportarsi dopo gli accertamenti. Se sappiamo misurare le radiazioni, possiamo evitare le sorgenti e anche valutare le dosi che possiamo assorbire senza correre troppi rischi. Possiamo dare delle risposte immediate e mirate in modo semplice e non ossessivo. Può essere necessario e sufficiente, rientrando in casa, togliersi le scarpe, ma anche lavarsi i capelli o fare una doccia o lavare i vestiti. In casa può essere necessario tenere porte e finestre chiuse, lavare i pavimenti e aspirare la polvere, per poi portare in appositi scarichi i sacchetti e i filtri dell'aspirapolvere. Le misure di radioattività possono dirci quali di queste cose dobbiamo effettivamente fare ed evitare così che si facciano spasmodicamente tutte insieme ogni volta, per poi finire dopo qualche giorno, psicologicamente esauriti, col non farne nessuna.
Come difendere non solo noi stessi, ma anche i nostri cari, i nostri amici, i nostri animali.

Ma è possibile fare da noi, in casa nostra e nel nostro giardino, misure esatte delle radiazioni?
È possibile stabilire da noi, con assoluta certezza, che il cibo che stiamo per mangiare o per bere non sia contaminato?
La risposta è "Sì". Basta acquistare, o costruirsi, un economico strumento e seguire le facili e semplici indicazioni fornite in questi scritti. Ciò che sembra un compito arduo e risolvibile soltanto da personale specializzato, con il contributo di costose e avanzate tecnologie di laboratorio, è invece semplicissimo e alla portata di chiunque. Allora, cerchiamo di fare da soli; ciò potrebbe salvarci la vita.

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COSA SONO LE RADIAZIONI IONIZZANTI

Le radiazioni ionizzanti sono delle particelle e delle onde elettromagnetiche dotate di potere altamente penetrante nella materia. Ciò permette alle radiazioni di far saltare da un atomo all'altro gli elettroni che incontrano nel loro percorso. In tal modo gli atomi, urtati dalle radiazioni, perdono la loro neutralità (che consiste nell'avere un uguale numero di protoni e di elettroni) e si caricano elettricamente, ionizzandosi.
La ionizzazione può causare negli organismi viventi fenomeni chimici che portano a lesioni osservabili sia a livello cellulare che dell'organismo, con conseguenti alterazioni funzionali e morfologiche, fino alla morte delle cellule o alla loro radicale trasformazione. Si parla di danni somatici quando le radiazioni danneggiano le strutture cellulari ed extracellulari e di danni genetici quando provocano alterazioni nella costituzione dei geni. Per questo le radiazioni ionizzanti sono molto nocive.

Nozioni da rinfrescare:

Gli atomi che compongono la materia sono costituiti da un nucleo centrale, formato da protoni e neutroni, e da elettroni che si muovono intorno al nucleo. Protoni e neutroni sono tenuti insieme da una forza di coesione molto elevata, superiore a quella elettrica, mentre gli elettroni, in egual numero dei protoni, sono tenuti intorno al nucleo dalla loro carica elettrica. I protoni, infatti, sono cariche positive e gli elettroni negative, e le cariche elettriche opposte si attraggono. In condizioni normali, il numero dei protoni (positivi) e degli elettroni (negativi) si equivale, cosicché gli atomi sono stabili e non posseggono una loro carica elettrica complessiva.
Peso atomico = neutroni + protoni (si scrive in alto a sinistra del simbolo dell'atomo, esempio: ⁴He).
Numero atomico = numero elettroni (si scrive in basso a sinistra, esempio: ₂He).
Isotopi = elementi che hanno diverso peso atomico, ma uguale numero atomico. La diversità di massa è data dal diverso numero di neutroni.
Ioni = atomi, o gruppi di atomi, che presentano una carica elettrica positiva o negativa.

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ORIGINI DELLE RADIAZIONI

Le radiazioni ionizzanti sono prodotte:

da nuclidi radioattivi,
da particelle provenienti dal cosmo (raggi cosmici),
da speciali apparecchiature elettroniche (raggi X).

I raggi cosmici sono sempre naturali, invece le sostanze radioattive possono essere naturali o artificiali. I comuni raggi X che tutti conoscono, per l'uso che ne viene fatto nella diagnostica medica, sono artificiali, ma possono trovarsi anche in natura.

Una particolare sorgente di radiazioni ionizzanti è quella che deriva da un'esplosione nucleare.

NUCLIDI RADIOATTIVI

I nuclei atomici con numero di neutroni in difetto o in eccesso rispetto alle condizioni di stabilità, tendono a trasformarsi in nuclei di altri elementi (con numero atomico minore) o in isotopi dei nuclei di partenza (mantenendo lo stesso numero atomico). Ciò avviene emettendo particelle (raggi alfa e beta) e radiazioni elettromagnetiche (raggi gamma), entrambe dotate di potere penetrante e ionizzante. I raggi alfa, beta e gamma sono di natura tra loro diversa. In un campo elettrico, ad esempio, i raggi alfa e beta+ deflettono verso il negativo, i beta- verso il positivo e i gamma non deflettono (i raggi beta+ si chiamano anche positroni).

Attenzione:
Non va confuso il fenomeno che è all'origine della radioattività con quello della formazione degli ioni. Gli ioni di cui si è già parlato, infatti, sono dovuti all'urto delle radiazioni ionizzanti sugli elettroni degli atomi, col risultato che è il numero degli elettroni a variare rispetto al numero dei protoni. I nuclidi radioattivi, invece, sono una delle sorgenti di radiazioni ionizzanti e la loro instabilità non è elettrica, ma nucleare, avendo diverso il numero di neutroni rispetto a quello dei protoni.

I nuclei instabili, prima di decadere a un livello energetico più basso, rimangono nel loro stato di radioattività per un periodo di tempo variabile da una frazione di secondo fino a molti milioni di anni, secondo la loro specie atomica. Il fenomeno non è in alcun modo influenzabile dall'esterno (variazioni di pressione, di temperatura, ecc.).

Le sostanze radioattive in natura sono una decina e sono costituite da nuclidi di numero atomico maggiore di 82 (piombo) e minore o uguale a 92 (uranio).
Quelle artificiali sono invece molte di più, costituite da radioelementi con numero atomico uguale o maggiore di 93 (transuranici) e da isotopi artificiali di elementi stabili (radioisotopi).

Sostanze radioattive in natura sono ad esempio le seguenti:
Radio (Ra)
Uranio (U)
Torio (Th)
Attinio (Ac)
Polonio (Po)

Quelle artificiali sono, ad esempio, il plutonio (Pu) e i prodotti di fissione formati dal bombardamento neutronico di certi elementi pesanti in un reattore nucleare (radioelementi), nonché i radioisotopi prodotti dall'uomo.

A proposito delle radiazioni ionizzanti, bisogna notare che non esiste un nostro organo di senso in grado di percepirle. I nostri cinque sensi, attraverso i quali percepiamo il mondo esterno, non solo sono limitati nei loro rispettivi campi d'azione (ad esempio con la vista si vedono solo colori compresi tra il rosso e il violetto, con l'udito si odono suoni al massimo compresi tra 16 e 20000 Hz., ecc.), ma neppure bastano per "sentire" tutta la natura. Poiché non esiste un senso in grado di percepire le radiazioni ionizzanti, queste sono state scoperte con molto ritardo e occorre utilizzare appositi strumenti per accorgersi della loro presenza intorno a noi.

RADIAZIONI COSMICHE

I raggi cosmici sono particelle di origine extraterrestre costituite prevalentemente da nuclei di idrogeno (protoni) e di altri atomi, sia leggeri (raggi alfa) che pesanti, ma anche da elettroni, positroni, neutrini e fotoni gamma. Provengono dalla Galassia e dallo spazio esterno, con una frequenza media (negli strati alti dell'atmosfera) di circa ventimila particelle al metro quadrato ogni minuto, e hanno un'energia elevatissima. Molte di queste particelle, chiamate raggi cosmici primari, si scontrano poi con gli atomi dell'atmosfera terrestre, generando altre particelle (raggi cosmici secondari) che sono protoni, neutroni, mesoni, fotoni, ecc., formanti sciami fotoni-elettroni caratteristici, dall'eccezionale potere penetrante. Per avere un'idea di quanto questi raggi siano penetranti, basti pensare che sono stati rilevati anche ad alcuni chilometri sotto la superficie terrestre.

Al livello del mare, si ha una media di una particella di raggi cosmici al minuto su una superficie di un centimetro quadrato.

TUBO A RAGGI CATODICI

I raggi X sono emessi dai metalli colpiti da raggi catodici. Questi si producono in speciali tubi a vuoto (tubi Coolidge) con degli elettrodi di metallo. Dal catodo riscaldato si sprigionano, per effetto termoionico, degli elettroni (raggi catodici) che vanno in direzione dell'anodo, con velocità direttamente proporzionale alla tensione fornita dalla sorgente. Lo scontro dei raggi catodici con l'anodo (metallo) genera i raggi X.

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ESAME DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI

L'energia delle radiazioni ionizzanti è espressa in elettronvolt (eV). 1eV è l'energia acquistata da un elettrone quando attraversa una differenza di potenziale di 1V nel vuoto.

RAGGI ALFA

Costituzione: sono particelle costituite da nuclei di elio (2 neutroni e 2 protoni) e hanno doppia carica positiva.
Sorgente: nuclidi radioattivi.
Energia: generalmente superiore a 4 MeV.
Velocità: 15-20 mila km/s.
Potere penetrante: debolissimo (100 volte meno dei raggi beta), 2-8 cm di aria, non oltre 0,05 mm di alluminio, non oltre lo strato basale dell'epidermide, non oltre un foglio di carta. Una particella alfa di 3 MeV percorre nell'aria ca. 2,8 cm. Occorre un'energia molto elevata (7,5 MeV) perché possano penetrare entro la pelle.
Potere ionizzante: molto elevato (mille volte maggiore dei beta). Una particella alfa di 3 MeV produce nell'aria 4000 coppie di ioni/mm.
Pericolosità: le particelle alfa sono dannose solo se emesse entro il corpo umano. In tal caso possono creare gravi danni per la grande forza di ionizzazione posseduta.

RAGGI BETA

Costituzione: flusso di particelle costituite da elettroni (beta-, negativi) e da positroni (beta+, elettroni positivi) emessi da un nucleo che si disintegra. Alcune particelle beta aventi alta velocità interagiscono con la materia, con emissione di raggi X (raggi X naturali).
Sorgente: nuclidi radioattivi.
Energia: da pochi keV a molti MeV (generalmente inferiore a 4 MeV).
Velocità: 150-300 mila km/s.
Potere penetrante: debole (100 volte più dei raggi alfa, ma 100 volte meno dei raggi gamma), non oltre 5 mm di alluminio, non oltre 1 cm nella pelle, non oltre 2,5 cm di legno. Una particella beta di 3 MeV percorre nell'aria ca. 100 cm.
Potere ionizzante: minimo. Una particella beta di 3 MeV produce nell'aria solo 4 coppie di ioni/mm.
Pericolosità: se emesse entro il corpo umano sono sempre dannose. Se emesse da una sorgente esterna sono dannose solo per gli organi, in pratica, a meno di 1 cm dalla cute.

RAGGI GAMMA

Costituzione: sono onde elettromagnetiche, come la luce, e non di natura corpuscolare come i raggi alfa e beta. La loro frequenza varia da sostanza a sostanza (lunghezza d'onda compresa tra 10^-14 e 10^-11 metri).
Sorgente: nuclidi radioattivi.
Energia: da pochi keV a molti MeV (10 keV - 10 MeV). L'energia è proporzionale alla loro frequenza.
Velocità: quella della luce.
Potere penetrante: forte (100 volte più dei raggi beta). Qualche centimetro di piombo diminuisce l'intensità di tali raggi di un fattore 2.
Potere ionizzante: producono elettroni secondari che ionizzano l'aria.
Pericolosità: sono sempre pericolosi, anche se emessi da sorgenti esterne al corpo umano.

RAGGI X

Costituzione: sono radiazioni elettromagnetiche simili ai raggi gamma, ma di frequenza minore (quindi di lunghezza d'onda maggiore: 10^-11 - 10^-9 metri). A differenza dei raggi alfa, beta e gamma che vengono emessi da nuclei atomici radioattivi, i raggi X sono prodotti da apparecchiature elettroniche o dai raggi beta negativi che si scontrano a grande velocità con la materia.
Sorgente: scontro di elettroni con la materia (tubo da raggi X).
Energia: da alcuni keV a molti MeV.
Velocità: quella della luce.
Potere penetrante: forte.
Potere ionizzante: forte.
Pericolosità: elevata, ma inferiore a quella dei raggi gamma, inoltre la sorgente è sempre esterna al corpo umano e cessa le sue emissioni una volta spenta.

RAGGI COSMICI

Costituzione: nuclei atomici, elettroni, positroni e raggi gamma (raggi cosmici primari) o sciami fotoni-elettroni (raggi cosmici secondari).
Sorgente: extraterrestre.
Energia: fino a molte migliaia di MeV (tra 10⁸ e 10²⁰ eV).
Velocità: elevatissima, forse anche superiore a quella della luce (sostengono alcuni).
Potere penetrante: fortissimo.
Potere ionizzante: fortissimo.
Pericolosità: la loro scarsa presenza li rende del tutto innocui.

Anche i neutroni emessi nella disintegrazione degli atomi radioattivi e nella fissione producono indirettamente ionizzazione e causano l'emissione di radiazioni gamma di alta energia quando interagiscono con atomi di idrogeno. Poiché producono protoni ionizzanti e particelle beta quando interagiscono con la materia, possono far sì che alcuni elementi stabili diventino radioattivi.

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