RADIOATTIVITÀ E APPLICAZIONI INDUSTRIALI

di Matteo Frosini

Aggiornamento 23/9/2025: abbiamo pubblicato sul nostro canale Instagram alcuni quiz sulle tematiche trattate da questo articolo. Trovate i quesiti e le relative risposte scorrendo fino in fondo alla pagina. Se siete interessati alle puntate precedenti dei nostri quiz, potete leggere gli articoli correlati qui, qui, qui, qui, qui, qui e qui.

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Perché la radioattività?

Fin dalla sua scoperta, all’inizio del secolo scorso, la radioattività ha destato grande interesse per le sue potenzialità. In questo articolo con il termine radioattività si considera quella proprietà di alcuni elementi instabili di emettere radiazioni ionizzanti: particelle alfa e beta, raggi gamma (per il momento trascuriamo la radiazione X e i neutroni).

Per maggiori informazioni sul concetto di radioattività, rimandiamo ai nostrie articoli/FAQ pubblicati a puntate nel 2014, e che trovate qui, qui e qui.

Un elemento radioattivo , detto anche radionuclide, è descritto, oltre che da un numero atomico ed un numero di massa, da uno specifico tempo di dimezzamento, ovvero il periodo di tempo trascorso il quale mediamente l’elemento dimezza la sua attività (numero di decadimenti al secondo, paragonabile alla sua “potenza”). Ciascun radionuclide esistente decade esponenzialmente seguendo un esatto schema, emettendo radiazioni che hanno energie ben definite, per cui nessun radionuclide è identico per tipologia di emissioni ad un altro. Queste emissioni possono essere utilizzate come “impronte digitali” per riconoscere lo specifico radionuclide.

Ciascun tipo di radiazione prodotta da questi elementi interagisce in maniera diversa con la materia: le particelle alfa ad esempio sono assorbite facilmente da qualsiasi materiale (un semplice foglio di carta è in grado di schermarle), le particelle beta hanno una maggiore penetrazione e vengono assorbite da materiali aventi bassa e media densità (plastica, vetro, metalli leggeri), la radiazione gamma (e anche X), come è noto ai più, ha un elevato potere penetrante e può essere schermata da materiali ad alta densità (metalli pesanti come piombo e tungsteno).

È proprio questa diversa capacità di penetrazione nei materiali che viene sfruttata in diverse attività industriali. Ma quali sono gli elementi radioattivi più diffusi per queste applicazioni?

I radionuclidi utilizzati in industria

In tabella sono riportati i principali elementi radioattivi diffusi in ambito industriale con indicato il tipo di decadimento, il tempo di dimezzamento (T1/2) e l’energia delle radiazioni emesse utili per le attività industriali. Ovviamente non si tratta di un elenco esaustivo.

Radionuclide	Decadimento	T1/2	Energia radiazioni
Cobalto-60	Beta –	5,3 anni	1173 e 1332 keV (gamma)
Kripton-85	Beta –	10,7 anni	251 keV (beta) 514 keV (gamma)
Stronzio-90	Beta –	28,9 anni	196 keV (beta)
Cesio-137	Beta –	30,1 anni	661 keV (gamma)
Iridio-192	Beta – e CE	74 giorni	317 e 468 keV (gamma)
Americio-241	Alfa	433 anni	60 keV (gamma)

In genere un apparato industriale che incorpora una sorgente radioattiva è costituito da un portasorgente schermante con un foro di uscita per collimare la radiazione emessa in una precisa direzione, un rivelatore di radiazioni posto di fronte al fascio e un materiale oggetto di analisi frapposto tra i due.

La scelta di un radionuclide rispetto ad un altro è dettata da diversi fattori, tra cui:

• Il tipo di materiale da analizzare (densità, spessore);
• La gestione per la sostituzione delle sorgenti e lo smaltimento dei rifiuti radioattivi.

Nel caso di materiale con densità o spessore elevato (metallo fuso, lamiere, manufatti di grandi dimensioni) si opterà per sorgenti che emettono radiazioni gamma (Cobalto-60 o Cesio-137), mentre per controlli su materiali come carta, plastica, alluminio, aria si prediligono sorgenti con sole emissioni beta (Kripton-85 e Stronzio-90) o gamma di bassa energia (Americio-241). I tempi di dimezzamento dei principali radionuclidi utilizzati sono dell’ordine degli anni, di modo da avere una vita utile per la sorgente paragonabile con la durata di esercizio dell’impianto: sorgenti costituite da radionuclidi con tempi di dimezzamento brevi comportano frequenti sostituzioni e quindi costi aggiuntivi per le operazioni di movimentazione, trasporto ed eventuale smaltimento delle stesse.

Misure di spessore e densità

Dalle industrie che producono carta, tessuti, pellicole plastiche a quelle che producono laminati metallici, le sorgenti radioattive trovano impiego come efficiente strumento per la rilevazione delle caratteristiche del materiale prodotto (prevalentemente spessore e densità).

In alcune cartiere ad esempio sono installati macchinari che incorporano sorgenti che emettono radiazioni beta (come Kripton-85 e Stronzio-90): la radiazione attraversa il materiale, una parte viene trasmessa al rivelatore ed una parte viene assorbita, il programma di analisi collegato al rivelatore, grazie ad un’opportuna calibrazione iniziale, restituisce in tempo reale il dato di interesse per monitorare la corretta produzione.

Misure di livello

Un’altra grandezza che viene monitorata avvalendosi di una o più sorgenti radioattive è il livello di riempimento di un contenitore, serbatoio, condotto,… In tal caso le sorgenti più utilizzate emettono radiazioni gamma (come il Cesio-137) ma possono essere impiegate anche sorgenti che emettono radiazioni beta come nel caso della misura del livello di riempimento delle lattine o dei brick.

Il principio di funzionamento è simile a quello visto per le misure di spessore o densità: in questo caso il materiale frapposto tra sorgente e rivelatore è, ad esempio, un serbatoio. Se la radiazione viene intercettata dal materiale contenuto al suo interno il segnale rilevato diminuisce indicando lo stato di riempimento.

Gammagrafia industriale

Come avviene in ambito medico con i raggi X, anche in industria le radiazioni sono utilizzate per eseguire delle radiografie: quando la radiazione impiegata è di tipo gamma si definiscono gammagrafie. Tipicamente gli oggetti da ispezionare hanno densità elevate (metalli) e spessori non trascurabili da cui la necessità di radiazioni altamente penetranti (Cobalto-60, Iridio-192).

L’oggetto da radiografare viene posto tra la sorgente e il rilevatore di immagini: questo tipo di ispezione permette di identificare eventuali cricche o perdite di integrità della struttura (come si fa con le nostre ossa in ospedale). Le sorgenti possono essere trasportate in appositi contenitori schermanti per attività di gammagrafia itinerante in diversi cantieri e stabilimenti: la sorgente viene estratta con un apposito sistema pneumatico quando l’operatore si trova a distanza di sicurezza. Visto l’elevato rischio di esposizione dovuto alla presenza di una sorgente radioattiva “nuda” in ambiente di lavoro, queste ispezioni vengono programmate di notte, durante le ore in cui il personale in impianto è minimo e si ha scarsa probabilità di esposizione della popolazione.

Sterilizzazione industriale

Le sorgenti radioattive sono utilizzate anche nei processi di sterilizzazione: dispositivi medici (siringhe, bisturi,…) o alimenti sono irraggiati con elevatissime dosi di radiazioni (beta, X o gamma) per eliminare completamente tutti gli organismi viventi presenti sulle superfici, nel caso dei dispositivi medici per eliminare il rischio di infezioni, nel caso degli alimenti per ritardare il processo di germinazione (patate) e aumentarne la conservazione (carni, frutta e verdura).

Le attività delle sorgenti radioattive in questo caso sono molto elevate e tipicamente, quando non in uso, sono stoccate sul fondo di apposite piscine riempite d’acqua, scavate nel terreno all’interno di bunker rinforzati. Lo spessore di acqua che le sovrasta (svariati metri) garantisce sul pelo dell’acqua una dose da radiazioni paragonabile al fondo ambientale, riducendo così il rischio di esposizione per i lavoratori. Un sistema di manipolazione da remoto permette di spostare le singole sorgenti per posizionarle nelle vicinanze delle celle di irraggiamento.

Ma le radiazioni modificano i materiali prodotti?

A questo punto qualcuno potrebbe chiedersi se l’utilizzo di queste sorgenti radioattive con le loro radiazioni possa “alterare” in qualche modo gli oggetti (e soprattutto gli alimenti) con cui interagiscono. Per tutte le tipologie di attività industriali viste, compresa la sterilizzazione, e per le radiazioni emesse (beta e gamma di energia relativamente bassa) non si possono avere fenomeni di attivazione nucleare dei materiali. Questi si osservano per irraggiamento con neutroni o con radiazioni X di elevata energia (dell’ordine dei MeV).  Quindi tutto ciò con cui queste tipologie di radiazioni entrano in contatto non può essere resa radioattiva.

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QUANTE NE SAI?

Abbiamo di recente lanciato sul nostro canale Instagram una serie di quiz a tema nucleare, con cadenza settimanale.
Ecco i quesiti proposti il 22 settembre 2025 (in grassetto le risposte corrette):

1) Quale radiazione scherma un foglio?
a – Particella alpha
b – Raggi gamma
c – Particelle beta

2) La scelta di un radionuclide dipende da
a – Tempo di dimezzamento 
b – Temperature dell’ambiente
c – Densità e spessore del materiale

3)I materiali irraggiati diventano radioattivi? (Nelle applicazioni industriali)
a – Solo i metalli
b – No, per le basse energie
c – Solo per gammagrafie

[N.d.R.: Questi quiz nascono innanzitutto con l’idea di stimolare la curiosità dei nostri follower sulle tematiche che trattiamo e sugli articoli preparati dai nostri esperti. Se alcuni quesiti ti hanno lasciato un po’ “spiazzato”, ma questo ha suscitato in te il desiderio di approfondire e sei arrivato fino a qui, allora l’obiettivo è stato raggiunto! Grazie e alla prossima!]

RIFERIMENTI

• Isotope Browser – IAEA Nuclear Data Section
• “WhitePaper Mould level measurement – Measuring the steel level in continuous casting”, Berthold Technologies GmbH & Co., 2020
• “Attenti al Kripton 85: nuove norme per ridurre il pericolo-radiazioni”, Antincendio, la rivista della prevenzione incendi e della protezione civile, ottobre 2002
• U.S.NRC – Backgrounder on Commercial Irradiators: https://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/fact-sheets/commercial-irradiators.html
• “Radioprotezione avanzata – Radionuclidi e acceleratori di elettroni fino a 10 MeV”, CISU, 2014