di Massimo Burbi
Il programma Artemis ci riporterà sulla Luna dopo più di 50 anni. La prima di queste missioni, la Artemis 1, dopo qualche peripezia e un allarme uragano è finalmente partita appena due notti fa. Orbiterà intorno alla Luna per poi tornare a casa [1], come prova generale dei voli con equipaggio, che inizieranno con la Artemis 2.
Ma la Artemis 1 non sarà solo una missione dimostrativa, tra le altre cose dovrà anche raccogliere dati e per farlo manderà in orbita intorno alla Luna Helga e Zohar, due manichini ricoperti da circa 6000 sensori. Lo scopo? Misurare le radiazioni durante il viaggio [2].
Radiazioni sulla Luna? Perché ce ne preoccupiamo? Ci sono centrali nucleari nascoste? Depositi segreti di scorie radioattive? No, ce ne preoccupiamo perché lo spazio è un posto “pieno” di radiazioni ionizzanti, dai raggi cosmici alle particelle “sparate” nel cosmo dalle eruzioni solari, senza dimenticare le particelle cariche intrappolate dal nostro campo magnetico nelle fasce di Van Allen che circondano il nostro pianeta [3].
Qui sulla Terra tutto questo rappresenta solo il 10% della dose di radiazioni ionizzanti che riceviamo [4] perché a proteggerci ci sono la nostra atmosfera e il campo magnetico terrestre, ma quando si inizia a salire in quota le cose cambiano rapidamente: già alla quota di crociera dei voli di linea lo scudo dell’atmosfera è molto più sottile.
Un abitante della Terra riceve in media dal fondo ambientale di radiazioni una dose di 2400 μSv in un anno [5], in un volo intercontinentale di una decina di ore ad una quota di 9-12 km dobbiamo aspettarci di prendere da 50 a 80 μSv [6]. Se passassimo un anno a quell’altitudine la dose assorbita oscillerebbe tra 45,000 e 70,000 μSv.
Come termine di paragone, i liquidatori che hanno lavorato intorno alla centrale di Chernobyl tra il 1986 e il 1989 hanno ricevuto in media una dose di circa 100,000 μSv [7].
Andamento della dose media oraria misurata nelle ore di volo da Tokyo Haneda a Monaco di Baviera. Dose accumulata dal dosimetro: 44.49 µSv, con picchi di oltre 10 µSv/h e valori medi alla quota di crociera tra 4 e 5 µSv/h. L’aumento dei valori a partire dall’ottava ora corrisponde a un incremento della quota di crociera da 11500 a 12200 metri. Il dosimetro è fatto per i raggi gamma terrestri più che per i raggi cosmici e la misura è probabilmente una sottostima. Considerando che il volo è avvenuto a fine 2019, vicino al minimo solare, una stima più realistica della dose accumulata da me e dagli altri passeggeri oscilla tra 60 e 70 μSv. Misura effettuata con Dosimetro Tracerco PED+
Dose oraria di un volo da Firenze a Wroclaw (Breslavia) con scalo a Zurigo. Anche in due voli con tempi di permanenza in quota brevi il dosimetro ha comunque accumulato una dose di 3.34 μSv con un picco di 6.02 μSv/h. Misura effettuata con Dosimetro Tracerco PED+
Ma se vogliamo iniziare a parlare di spazio, la prima fermata è la Stazione Spaziale Internazionale (ISS), dove un anno di permanenza vuol dire assorbire una dose che va da circa 160,000 μSv a circa 320,000 μSv, a seconda dei cicli solari [8] (le missioni tipicamente durano sei mesi). La ISS orbita la Terra a circa 400 km di quota, fuori dall’ombrello dell’atmosfera (*), ma ancora sotto lo scudo protettivo del campo magnetico terrestre. Andare sulla Luna, o su Marte, vuol dire lasciarsi alle spalle anche questa ultima protezione.
Si stima nello spazio interplanetario la dose assorbita in un giorno sia di 1000-2000 μSv [9] e che un’ipotetica missione di tre anni verso Marte comporterebbe dosi di oltre 1,000,000 di μSv (ovvero oltre 1 Sv) [10] e questo nell’ipotesi di non essere coinvolti in tempeste solari, in cui dosi di qualche milione di μSv (ovvero di qualche Sv) possono arrivarti addosso in un colpo solo [11].
Per questo la NASA fissa dei limiti alla dose da radiazioni che i suoi astronauti possono assorbire nel corso della loro carriera con l’obiettivo di non eccedere un rischio del 3% di sviluppare un tumore fatale, questi limiti vanno da 1,000,000 μSv per un soggetto di 25 anni a 4,000,000 μSv per un astronauta uomo di 55 anni [12].
Ecco perché la Artemis 1 porterà a spasso Helga e Zohar, per misurare i livelli di radiazioni a cui saranno esposti i futuri membri dell’equipaggio, e anche per testare l’efficacia del “giubbotto” protettivo AstroRad [13], che sarà in dotazione al solo Zohar, e dovrebbe permettere di limitare i danni nel corso di missioni lunghe che, in assenza di mitigazione, comporterebbero dosi elevate.
Che ci piaccia o no, sulla Terra o nello spazio, le radiazioni ionizzanti sono parte del nostro mondo. A chi ci dice che vuole vivere in un mondo senza radiazioni possiamo suggerire di cambiare universo, perché cambiare pianeta o sistema solare non basta.
Spettro gamma di 8 ore registrato durante il volo Tokyo-Monaco. Il picco a 511 keV corrisponde all’annichilazione elettrone/positrone, ed è la firma della presenza di antimateria nei raggi cosmici. Misura effettuata con Spettrometro Gamma Mirion PDS 100 G
[1] https://www.nasa.gov/artemis-1
[2] https://appel.nasa.gov/2022/08/30/phantom-pair-examine-space-radiation/
[3] https://www.nasa.gov/analogs/nsrl/why-space-radiation-matters
[6] https://www.unscear.org/docs/publications/2000/UNSCEAR_2000_Report_Vol.I.pdf (pagine 84-88)
[7] https://hps.org/documents/chernobyl_legacy_booklet.pdf (i liquidatori sono stati esposti a radiazione gamma e beta frutto del decadimento di nuclidi radioattivi, mentre le radiazioni nello spazio sono particelle cariche ad alte energie e ioni accelerati a velocità prossime a quelle della luce).
[8][10][12] https://www.nasa.gov/pdf/284273main_Radiation_HS_Mod1.pdf
[9] https://ntrs.nasa.gov/citations/20080029284
[11] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8649166/
(*) La ISS si trova nella termosfera, quindi tecnicamente ancora all’interno dell’atmosfera, ma a quella quota i gas sono molto rarefatti.
Nucleare e Ragione 