Radiazioni e ambiente

Possiamo con certezza affermare che la vita sulla Terra sia il risultato di numerosi fattori che insieme hanno consentito il suo sviluppo così come oggi la conosciamo. Il sistema Terra infatti è attrezzato in modo tale, senza intenzionalità si intende, da difendere ciò che vi vive sopra. Uno dei pericoli più importanti e patogeni in qualsiasi organismo è quello delle radiazioni. Vediamo di seguito cosa sono e come l’uomo abbia spesso pagato una conoscenza non esaustiva, o spesso fin troppo, di tale fenomeno.

Cosa sono le radiazioni?

Un pò di storia

La scoperta delle radiazioni si deve al fisico tedesco Henri Becquerel che nel 1896, poggiando un composto dell’uranio sopra una lastra fotografica, vide che questo la impressionava, ovvero la anneriva, anche al buio. Saranno Pierre e Marie Curie a descrivere tale fenomeno anche in altri elementi e a scoprire definitivamente il concetto di radioattività. Le radiazioni sono fenomeni che originano a partire dal nucleo atomico di un elemento e l’unico modo per studiarle è lo scattering: accelerare particelle contro un nucleo atomico e vedere cosa succede.

Il primo a fare ciò fu Rutherford che bombardò con particelle alfa un nucleo di azoto ottenendo un idrogeno e un ossigeno. Da qui la scoperta del protone. Nel 1932 si osservò che bombardando un nucleo di berillio con particelle alfa venivano emesse particelle non cariche: da qui la scoperta dei neutroni.

Importante fu la scoperta, a partire dalle teorie di Dirac, delle anti-particelle, ovvero particelle di carica opposta a quella dell’omologa. Ad esempio l’antineutrone e l’antiprotone. Quando queste si scontrano scompaiono e lasciano il posto a due fotoni energetici: questo è il processo di annichilazione.

Valutazione della stabilità di un nucleo

Un nucleo è chimicamente composto da un determinato numero di protoni, delineati dal numero atomico, e da un numero di neutroni, che sommato al numero atomico dà il numero di massa. Il rapporto, rispettivamente, dei tra i due ci permette di valutare la probabilità che quel nucleo sia oggetto di decadimento radioattivo.

Fino a circa 20 protoni il rapporto ideale di stabilità è uguale ad 1; più il numero di protoni è alto, più il numero di neutroni deve essere maggiore. Infatti quest’ultimi hanno il ruolo di attrarre e tenere unito il nucleo e separare i protoni che tenderebbero a respingersi.

Graficando il numero di protoni sulle ascisse e di neutroni sulle ordinate si ottiene la banda di stabilità che ci consente di valutare il rapporto ideale di stabilità dell’elemento. Altra peculiarità fondamentale è che misurando separatamente le masse di neutroni e protoni presenti in un nucleo e sommandole successivamente, per poi misurare la massa del nucleo nella sua totalità, il primo risultato risulta maggiore del secondo.

Tale caratteristica è detta difetto di massa e, se inserita nella legge di Einstein, permette di calcolare l’energia necessaria per tenere un nucleo unito, o cambiando visuale per dividerlo. Questa è quindi una caratteristica fondamentale per l’utilizzo di energia nucleare.

 Decadimento nucleare

Con decadimento si intende l’emissione di particelle di materia o radiazioni elettromagnetiche da un nucleo, che trasmuta in un altro, con energia di legame relativamente bassa. I principali tipi di decadimento sono di tipo alfa e beta.

• Decadimento alfa: tipico di nuclei con più di 80 protoni e caratterizzato dal rilascio di nuclei di elio, ovvero particelle composte di due protoni e due neutroni. Quindi dopo un decadimento alfa il numero di massa di un nucleo scende di 4 unità: ad esempio l’uranio-238 decade in torio-234. Possono essere fermate da un foglio di carta.
• Decadimento beta: consiste nel rilascio di un elettrone, beta -,  o di un positrone, beta +. È tipico di nuclei con eccessi o difetti di neutroni rispetto al numero di protoni. Quando decade un positrone si ha anche il rilascio di un neutrino e quando la prima particella interagisce con un elettrone si forma un fotone gamma. Possono essere fermate da qualche millimetro di alluminio.

Può accadere che un elettrone che si trovi negli orbitali più interni venga catturato dal nucleo, annulli un protone formando un neutrone. In questo caso, cattura elettronica, il nucleo si trova in uno stato di eccitazione: per tornare alle condizioni di stabilità emette raggi X, nel processo di riarrangiamento degli elettroni, e radiazioni gamma, per “diseccitare” il nucleo.

Uomo e radiazioni

Come detto nell’introduzione, ogni forma di vita esiste così come oggi la conosciamo principalmente grazie alle difese naturali che la Terra possiede. ad esempio lo strato di ozono dell’atmosfera protegge gli animali delle radiazioni ultraviolette di tipo C che sarebbero altrimenti mortali.

Nonostante l’ambiente in cui viviamo sembri fatto apposta per proteggerci da esse, l’uomo ha imparato ad utilizzare le radiazioni e i decadimenti nucleari per i propri scopi. Basti pensare alla PET, tomografia ad emissione di positroni, alle radiografie e radioterapie, all’energia nucleare e alla datazione con l’isotopo 14 del carbonio. È interessante notare come tutte queste conquiste si siano rivelate col tempo, almeno in parte, dannose.

Infatti le applicazioni cliniche quali la medicina nucleare ci insegnano come il radiografo debba posizionarsi dietro spesse mura di piombo per evitare l’insorgenza di tumori causati da radiazioni; l’inventore della radiografia John Hall-Edwards morì infatti di leucemia in quanto, essendo all’oscuro degli effetti delle radiazioni sugli organismi viventi non prese le dovute precauzioni. Dall’utilizzo dell’energia nucleare derivò la bomba atomica.

Essa consiste di una serie di reazioni di fissione nucleare, rilascio di neutroni, in uno spazio ristretto con liberazione di una grande quantità di energia e radiazioni ionizzanti. Queste, se entrano in contatto con un sistema biologico, possono ionizzare componenti cellulare causandone la perdita di funzione o, se le radiazioni sono molte, causare la rottura del DNA e conseguenti mutazioni e tumori.

A distanza di 40 anni dallo scoppio della bomba atomica un numero sempre maggiore di persone scoprì tumori di gravità variabile, dopo che nei primi 20 anni circa molte fossero già morte di leucemie varie. Un altro disastro fu quello di Chernobyl che causò la morte di ogni forma di vita presente nel raggio di 10 Km, tra cui un bosco di pini che assunse un colore rossastro e quindi soprannominato “Foresta Rossa“.

Le radiazioni giunsero anche in Italia: lo sappiamo in quanto monitorando il calderone del ghiacciaio del Gran Sasso si trovarono tracce di elementi radioattivi in prossimità del disastro nucleare. Ancora oggi sono presenti radiazioni che rendono l’ambiente non abitabile, se non per batteri come Deinococcus radiodurans, anche se le proposte di biorisanamento sono molte: recentemente si è osservato come alcuni fiori di girasole abbiano assorbito alcuni metalli pesanti presenti nel terreno proprio adiacente alla centrale di Chernobyl, lasciando però scoperto il come poi smaltire tali fiori.

Un altro esempio è come quello di alcune lavoratrici in un azienda di orologi svizzeri che negli anni ’60 vide una notevole mortalità per tumori. Infatti la causa fu attribuita al fatto che tali ragazze si occupassero di rendere fluorescenti le lancette degli orologi con un isotopo del cobalto che veniva applicato con un pennello reso rigido tramite la lingua delle ragazze stesse, lo leccavano prima di intingerlo ogni volta. Eppure un caso analogo avvenne negli USA durante gli anni ’20 con le purtroppo celebri “radium girls“.

Conclusioni

Per terminare è giusto riflettere e capire realmente il funzionamento di ciò che utilizziamo. L’utilizzo di fonti radioattive ha portato ad importanti rivoluzioni nella vita dell’uomo: da una prevenzione e diagnosi clinica molto più accurata ad apporti energetici sempre maggiori.

Purtroppo, come sempre accade nella storia dell’uomo, non si è mai riusciti a prendere le dovute precauzioni, si è sempre tesi all’impulso di andare oltre e sfruttare nell’immediato una risorsa senza conoscerla effettivamente. Se si conoscessero le conseguenze dell’uso delle radiazione e si pensasse davvero al rischio che il nostro pianeta corre, e noi con lui, e non si mettesse l’economia la primo posto probabilmente saremmo in gradi di imparare a considerare gli errori passati e a non ripeterli.

Dunque l’energia nucleare e tutte le sue applicazioni sono sicure dal momento in cui si utilizzano con coscienza e consapevolezza delle conseguenze. Infatti tale energia prevede delle scorie di scarto che da anni vengono accumulate in tunnel sotterranei senza la minima prevenzione ambientale, in Italia vengono lasciate in miniere abbandonate.

Molte sono le proposte e gli studi per sfruttare organismi in grado di convivere con ambienti radioattivi, ma i finanziamenti ancora troppo pochi. È quindi importante che la popolazione, ma soprattutto gli addetti ai lavori si facciano sentire divulgando il più possibile i rischi e le conseguenze ambientali cui andiamo incontro per evitare che il problema venga a galla quando sarà ormai troppo tardi.

Fonti

• Chimica generale e inorganica – Maurizio Speranza
• Isavemyplanet.it