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Articolo pubblicato il 17-11-2004
di Claudio Furetta
Dipartimento di Fisica
Universita' degli Studi di Roma "La Sapienza", Roma (I)
Numero 10 - Anno I
17 Novembre 2004
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 Le Radiazioni Ionizzanti
Introduzione
L'ambiente che ci circonda e' saturo di radiazioni. Alcune di esse sono da noi pecepibili, come la luce, il calore ed il suono. Altri tipi di radiazione, come le onde radio, la radiazione cosmica e quelle emesse da isotopi radioattivi, necessitano di particolari strumenti per poterle rivelare.
L'uomo convive da sempre con i vari tipi di radiazioni ed e' quindi evidente che, in condizioni normali, esse non presentano alcun pericolo. E' pero' anche logico che un'esposizione eccessiva a qualsiasi tipo di radiazione puo' provocare danni piu' o meno permanenti e, in taluni casi, mettere in pericolo la stessa vita umana.
In questo breve articolo ci occuperemo solo delle radiazioni ionizzanti ed il primo passo e' quello di darne una classificazione.
Le radiazioni ionizzanti possono essere divise in tre grandi gruppi: le radiazioni elettromagnetiche, le partcelle cariche e le particelle neutre.
Per inciso si deve notare che la ionizzazione non e' l'unico effetto che si possa riscontrare durante l'interazione radiazione-materia: si puo' anche avere un processo di eccitazione degli atomi della materia, con rilevanti effetti chimici, fisici o biologici. Inoltre, durante la fase di interazione si possono anche creare altri tipi di particelle a cui viene dato il nome di radiazione secondaria al fine di distiguerla da quella iniziale.
Prima di procedere oltre, potra' essere utile un breve richiamo ai fenomi che intervengono durante il processo di interazione.
L'atomo e' la piu' piccola parte di un elemento che mantiene le caratteristiche dell'elemento stesso. L'atomo e' composto da un nucleo e da particelle piu' leggere, gli elettroni, che possiedono carica elettrica negativa. Nella classica rappresentazione dell'atomo, gli elettroni ruotano attorno al nucleo su orbite ben definite. Il nucleo e' a sua volta formato da protoni, elettricamente positivi, e da neutroni, elettricamente neutri. In un atomo neutro il numero di protoni e' pari al numero di elettroni.
Quando si parla di ionizzazione, si vuol dire che una causa esterna, per esempio una radiazione, ha rimosso uno o piu' degli elettroni orbitali, per cui l'atomo diviene ellettricamente carico e prende il nome di ione. A volte un atomo puo' trovarsi in uno stato eccitato (detto metastabile) e per raggiungere la struttura stabile rilascia energia che viene emessa sotto forma di radiazione.
Possiamo ora tornare alla classificazione delle radiazioni ionizzanti.
Appartengono al gruppo delle radiazioni elettromagnetiche la luce, i raggi infrarossi, i raggi X, i raggi g: solo queste due ultime categorie sono pero' ionizzanti. Sia i raggi X che i raggi g interagiscono con la materia tramite l'effetto fotoelettrico, l'effetto Compton e la crazione di coppie. Nei primi due processi l'atomo viene privato di un elettrone, mentre con il terzo si ha la formazione di una coppia elettrone-positrone.
Le particelle ionizzanti cariche sono particelle dotate di una certa massa e che viaggiano a velocita' prossime a quella della luce. Sono particelle ionizzanti gli elettroni o radiazione beta meno, i positroni, radiazione beta piu', i protoni, le particelle alfa, i pioni ed i muoni. Tutte queste particelle esistono o sono continuamente prodotte in natura.
I neutroni appartengono al gruppo delle particelle neutre e si possono dividere, a loro volta, in tre gruppi: i neutroni termici, e neutroni veloci ed infine quelli di alta energia.
Le sorgenti di radiazioni
La radiazione di fondo.La radiazione cosmica, la radioattivita' naturale delle acque di superficie, dell'aria e della terra, rappresentano una fonte di radiazione cui sono soggetti indistintamente tutti gli esseri viventi. Queste sorgenti naturali di radiazioni sono indicate nel loro insieme come "radiazione di fondo".
A queste sorgenti occorre aggiungere le sorgenti di radiazioni provocate dall'uomo, cioe' la ricaduta proveniente dai test nucleari, che in taluni casi alterano il livello della radiazione di fondo. Come e' intuibile, la radiazione di fondo ha una elevata variabilita' da luogo a luogo.
Tutti gli esseri viventi, nel corso della loro esistenza, sono esposti ad una irradiazione naturale, esterna ed interna all'organismo dovuta al fondo naturale di radiazione. L'irradiazione esterna e' dovuta alla radioattivita' naturale del suolo, dell'aria, e delle abitazioni ed ai raggi cosmici (famiglie dell'uranio 238, del torio 232 e potassio 40). L'irradiazione interna e' dovuta a quantita' minime di sostanze radioattive naturali presenti nell'organismo (potassio 40, carbonio 14, radio).
Sorgenti artificiali.Radiazioni ionizzanti sono anche prodotte da apparecchiature usate per scopi medici, come gli apparecchi a raggi X per radiografia e radioscopia, cobalto e betatroni per radioterapia, ecc., da macchine ed apparecchiature per uso scientifico, quali gli acceleratori, tecnico ed industriale, usate per l'irradiazione di materiali biologici, per la determinazione di difetti nelle saldature e nelle strutture di fusione. I reattori nucleari, per scopo scientifico o per la produzione di energia elettrica, e gli isotopi radioattivi usati in medicina costituiscono altre sorgenti di radiazioni.
Il rischio da radiazioni ionizzanti
Effetti delle radiazioni sulle cellule. Il danno alle cellule puo' essere causato da un gran numero di agenti diversi, sia fisici, che chimici e biologici. Esso risulta comunque indipendente dall'agente che l'ha provocato, sia esso una sostanza chimica o una radiazione ionizzante. Su scala molecolare, la radiazione che attraversa le cellule viventi ionizza ed eccita gli atomi e le molecole della struttura cellulare, alterando le azioni di forza delle strutture molecolari organiche, in genere molto complesse, dando luogo a frammenti dotati di carica elettrica (ioni e radicali), che sono chimicamente instabili. A loro volta, i radicali e gli ioni possono interagire con la cellula stessa dando luogo a nuove alterazioni. Le alterazioni peggiori si verificano in genere nel nucleo, ma anche il danno al citoplasma puo' talvolta condurre a notevoli alterazioni della cellula.
L'effetto totale e' comunque funzione della quantita' di radiazione ricevuta, la dose, e puo' manifestarsi in varie gradazioni di danno, fino alla morte della cellula stessa. I danni meno gravi possono essere riparati per azione della cellula stessa, per sostituzione delle cellule danneggiate attraverso mitosi delle cellule sane contigue. Se invece il danno ad un organo e' grave ed esteso, esso non sara' in grado di reintegrarsi.
Milioni di cellule dei tessuti del corpo umano muoiono ogni giorno ed ogni giorno vengono sostituite da altre cellule. Un piccolo numero di cellule morte in sovrappiu' pe qualche causa specifica, come a causa di una radiazione ionizzante, puo' non dare effetti osservabili. La perdita di un numero irrilevante di cellule diviene pero' importante allorche' il numero totale di cellule di un particolare tipo e' piccolo e non vi e' possibilita' di rimpiazzo, come e' ad esempio il caso delle cellule germinali femminili nell'ovaio o delle cellule dell'embrione nei suoi stadi iniziali.
In talune circostanze i cambiamenti che possono intervenire nelle cellule colpite da una radiazione ionizzante possono portare a piu' pesanti conseguenze che la morte di tali cellule. Le cellule che sono state colpite in modo non mortale possono dare origine ad altre cellule che presenteranno gli stessi cambiamenti. In tal modo si trasmettono le alterazioni da cellula madre a cellule figlie in un certo organismo, oppure, se le cellule sono germinali, alle cellule dei discendenti dell'individuo colpito dalle radiazioni.
Conclusione.
Quando si parla di radiazioni ionizzanti, il piu' delle volte se ne parla senza saperne nulla; cosi' e' accaduto quando in Italia ci fu il referendum riguardante l'abolizione o meno delle centrali nucleari. A quel tempo si parlo' solo degli effetti negativi e dei pericoli delle radiazioni, ma nessuno parlo' degli effetti benefici dei trattamenti radioterapici dei tumori o del fatto che la costruzione di centrali nucleari ci avrebbe permesso di avere energia elettrica a costi minori. E' ormai storia quanto accadde tempo fa in alcune centrali nucleari ed anche in tali occasioni fu messo in evidenza solo il danno provocato dagli incidenti nucleari, senza mettere in evidenza che gli incidenti erano avvenuti solo per incuria e poca efficenza dei sistemi di controllo.
Esistono dei metodi che permettono di salvaguardasi dagli effetti dannosi delle radiazioni ionizzanti, metodi che vanno sotto il nome di "radioprotezione" ed esistono delle normative che regolano tali metodi: si tratta solo di applicarli nel modo corretto e quando cio' avviene non c'e' nessun pericolo nell'uso delle radiazioni e solo gli effetti benefici a livello terapeutico come a livello economico vengono evidenziati.
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Autore: di Claudio Furetta
Dipartimento di Fisica
Universita' degli Studi di Roma "La Sapienza", Roma (I)
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