Raggi Cosmici – Radiazioni in Volo tornando da Fukushima

di Massimo Burbi

Il posto dove ho misurato i livelli più alti di radiazioni durante il mio viaggio a Fukushima non è remoto, né impervio, né tantomeno interdetto al pubblico, anzi, pandemie a parte, è frequentato ogni giorno da milioni di persone [1] impegnate a scegliersi film per riempire il tempo tra un pasto e l’altro. È il sedile di un aereo di linea, dove tutto questo accade serenamente a 10-12 km di quota, in un mare di particelle ad alta energia, principalmente protoni, che ci arrivano addosso da dentro e da fuori la nostra galassia: i raggi cosmici [2].

Non sappiamo ancora tutto sulla loro origine [3], ma quel che è certo è che le energie dei raggi cosmici fanno impallidire perfino quelle dei grandi acceleratori di particelle. Qualcuno ricorderà il pandemonio scatenato da chi sosteneva che l’avvio del Large Hadron Collider, nel 2008, avrebbe innescato la creazione di buchi neri capaci di inghiottire la Terra [4]. Per capire che si trattava di terrorismo mediatico sarebbe bastato ricordare che i raggi cosmici “colpiscono” la nostra atmosfera da miliardi di anni con energie ben superiori a quelle di cui è capace l’LHC [5], eppure finora nessun buco nero ha ingoiato il pianeta.

Anche standocene tranquilli con i piedi per terra, i raggi cosmici contribuiscono a poco più del 10% della dose media per esposizione a radiazioni ionizzanti che riceviamo [6], ma, quando saliamo in quota, con qualche chilometro di atmosfera in meno sopra la testa a farci da “scudo”, picchiano molto più duro. Per questo gli equipaggi dei voli di linea sono considerati lavoratori esposti a radiazioni [7].

Mettiamoci un po’ di numeri: il fondo ambientale medio a cui siamo esposti sulla Terra da sorgenti esterne al nostro corpo è di circa 0.10 μSv/h (0.10 microSievert all’ora) [8], con variazioni importanti da una località all’altra.

Salendo in quota, il contributo della radioattività terrestre cala rapidamente, ma quello dei raggi cosmici aumenta: arrivati a 10-12 km di altitudine, il rateo di dose oscilla tra 2 μSv/h e 9 μSv/h, quindi da venti a novanta volte il fondo ambientale medio a terra, con valori che variano a seconda della latitudine (più bassi all’equatore e più elevati ai poli), e dei cicli solari, con dosi massime al minimo solare, quando il campo magnetico associato al vento solare è più debole [9].

Valori misurati di rateo di dose al variare della quota, della latitudine e del periodo del ciclo solare. Fonte UNSCEAR

Nel mio ultimo volo intercontinentale prima del COVID avevo con me i miei strumenti portatili per la misura delle radiazioni ionizzanti. Diciamo subito che gli strumenti che comunemente si usano per misurare le radiazioni a terra non sono molto adatti per fare la stessa cosa in quota, perché cambiano sia il tipo di radiazione che i livelli energetici, ma, dovendo passare 11 ore in aria, perché non fare qualche misura?

Il mio spettrometro, essendo fatto per rilevare i raggi gamma terrestri, si è ovviamente perso quasi tutta la radiazione che ha incontrato in volo, ma ha comunque rilevato un chiaro picco di annichilazione, fenomeno che si verifica quando un elettrone incontra la sua antiparticella, il positrone, con il risultato che entrambi vengono convertiti in fotoni di energia pari alla massa dell’elettrone (e del positrone): 511 keV. È la firma della presenza di antimateria nei raggi cosmici [10] [11].

Spettro gamma registrato durante il volo. Il picco a 511 keV corrisponde all’annichilazione elettrone/positrone, firma della presenza di antimateria nei raggi cosmici.

Il dosimetro se l’è cavata meglio, rilevando un reteo di dose di 4-5 μSv/h (con picchi di 10 μSv/h) e accumulando una dose di 44 μSv nel corso di undici ore, inclusi decollo e atterraggio.

Andamento della dose media oraria misurata nelle ore di volo da Tokyo Haneda a Monaco di Baviera. L’aumento dei valori fino a 5 μSv/h a partire dall’ottava ora corrisponde a un incremento della quota di crociera da 11500 a 12200 metri. I valori più bassi nella prima e nell’ultima ora corrispondono a decollo e atterraggio.

Considerando che il volo è avvenuto a fine 2019, vicino al minimo solare [12], una stima più realistica della dose accumulata da me e dagli altri passeggeri oscilla tra 60 e 70 μSv [13][14], che comunque non è più di quella che ricevo a casa mia in una decina di giorni (considerando anche il contributo del Radon), quindi niente di preoccupante, ma se dicessero queste cose al check-in probabilmente sarebbe molto più facile trovare un posto libero al finestrino.

Dose totale accumulata dal dosimetro in undici ore di volo: 44.49 μSv, con un picco di 10.60 μSv/h. Si tratta di una sottostima, un valore più realistico si aggira tra 60 e 70 μSv.

Cinque giorni prima di prendere quel volo ero a Fukushima a fare misure intorno alla centrale nucleare Dai-ichi. In poco più di sette ore, di cui una dentro la zona di esclusione, la dose totale accumulata dal mio dosimetro è stata di 1.60 μSv (una media di 0.22 μSv/h).

Andamento della dose media oraria nelle ore di permanenza all’interno della prefettura di Fukushima. Il valore più elevato corrisponde all’ora passata quasi interamente all’interno della No-Go Zone, ed è di poco superiore a 0.50 µSv/h.

Scendendo da quell’aereo, non ho potuto fare a meno di chiedermi quante delle persone che avevano condiviso con me quel volo sarebbero state troppo spaventate dalle radiazioni per seguirmi per un giorno a Fukushima, dove avrebbero preso una dose trenta o quaranta volte inferiore a quella accumulata a bordo, senza saperlo, tra il pranzo e la cena.

Immagino che quelle stesse persone oggi si straccino le vesti per la decisione di disperdere acqua proveniente dall’impianto di raffreddamento dei reattori e contenente Trizio (un beta emettitore debolissimo) nell’Oceano Pacifico, dove ogni secondo avvengono già oltre 7mila miliardi di miliardi (è un 7 seguito da 21 zeri) di decadimenti radioattivi solo di Potassio 40 [15], cosa su cui oggi non aggiungerò una parola di più perché l’ho già fatto [16].

N.B. Esistono luoghi abitati della Terra con livelli di radiazioni naturali anche più alti di quelli che si misurano in aereo [17].

FONTI

[1] https://www.icao.int/annual-report-2019/Pages/the-world-of-air-transport-in-2019.aspx
[2][3][13] https://www.unscear.org/docs/publications/2000/UNSCEAR_2000_Report_Vol.I.pdf (Pagine 84-88)
[3] https://imagine.gsfc.nasa.gov/science/toolbox/cosmic_rays1.html
[4] https://www.repubblica.it/2008/09/sezioni/scienza_e_tecnologia/big-bang-test/big-bang-test/big-bang-test.html Solo uno degli esempi peggiori.
[5] https://home.cern/science/physics/cosmic-rays-particles-outer-space
[6] [8] http://www.fisicaweb.org/doc/radioattivita/geiger%20muller/taratura.pdf?fbclid=IwAR39a3eRqFA4EbZyiEjRzfUNJqb37QTY7BsXGbU-nqTE4mOddlq60C9f5yo
[7] https://www.cdc.gov/niosh/topics/aircrew/cosmicionizingradiation.html
[10] http://adsabs.harvard.edu/pdf/1978ApJ…225L..11Ll
[11] https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2011/07/aa16516-11.pdf
[12] https://www.nasa.gov/press-release/solar-cycle-25-is-here-nasa-noaa-scientists-explain-what-that-means
[14] https://www.unscear.org/docs/publications/2000/UNSCEAR_2000_Report_Vol.I.pdf (Pagina 538)
[15] https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwiAmKmY4f3vAhUQ76QKHZNBBvs4ChAWMAJ6BAgCEAM&url=https%3A%2F%2Fgnssn.iaea.org%2FCSN%2FTRAINING%2520PACKAGES%2FBasic%2520Training%2520Course%2520on%2520Radiation%2520Protection%2520and%2520Safety%2FDay%25203%2FLecture%25207%2520-%2520Natural%2520Radiation1_Terrestrial%2520Nuclides.pptx&usg=AOvVaw2bTH8TAZyzRm0ekWT0SvbB
[16] https://www.facebook.com/massimo.burbi/posts/2382030041879453
[17] https://www.unscear.org/docs/publications/2000/UNSCEAR_2000_Report_Vol.I.pdf (Pagina 121)

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