Radiazioni e radioprotezione

Contrariamente a ciò che ci si potrebbe aspettare la radioattività è un fenomeno molto comune in natura, tanto che esiste il cosiddetto fondo di radioattività naturale (in Italia equivalente in media a 3,3 mSv all’anno – sebbene molto variabile da luogo a luogo): esso è causato sia da isotopi radioattivi naturali contenuti nella crosta terrestre, sia da raggi cosmici che giungono dallo spazio. Tra le componenti artificiali (in azzurro in figura) la predominante è quella dovuta alle applicazioni mediche delle radiazioni, sia in ambito diagnostico che terapeutico. 

Istogramma delle diverse componenti del fondo di radioattività naturale (in verde), confrontate con i contributi artificiali (in azzurro). I dati numerici sono riportati in milliSievert per anno (mSv/y), e corrispondono ad un valore medio. 

Istogramma delle diverse componenti del fondo di radioattività naturale (in verde)confrontate con i contributi artificiali (in azzurro). I dati numerici sono riportati in milliSievert per anno (mSv/y), e corrispondono ad un valore medio. 

Nonostante ciò, quando si sente parlare di radiazioni, subito si pensa a qualcosa di molto pericoloso per l’uomo; è bene quindi fare chiarezza, specificando per prima cosa che, nel caso in cui si stiano considerando i rischi legati alle radiazioni, l’area di riferimento comprende solamente le radiazioni ionizzanti. Sono queste quelle sufficientemente energetiche da causare un danno diretto ai tessuti biologici – le radiazioni non ionizzanti (quali onde radio, 4G, Wi-Fi e simili), infatti, non trasportano sufficiente energia per poter essere considerate pericolose per l’uomo. Le principali tipologie di radiazioni ionizzanti sono i raggi alfa (α, nuclei di elio-4 ad alta velocità), i raggi beta (β, elettroni), i raggi gamma (γ, fotoni ad alta energia) e i neutroni (n). 

L’entità del danno biologico dipende essenzialmente dalla cosiddetta dose assorbita, cioè dalla quantità di energia depositata per unità di massa, che viene misurata in Grey (1 Gy = 1 J/Kg). La dose equivalente, che si misura in Sievert (1 Sv = 1 J/Kg come sopra), è invece ciò che misura il danno effettivamente provocato all’organismo dalle radiazioni assorbite, tenendo conto – oltre che dell’energia depositata – anche del tipo di radiazione (alfa, beta, gamma o neutroni). Da ultimo, la dose efficace (sempre misurata in Sievert) considera oltre a tutto ciò di cui sopra anche il tipo di tessuto biologico colpito, altro elemento che concorre all’entità del danno subito. 

In funzione della quantità di dose ricevuta, gli effetti delle radiazioni ionizzanti sulla salute si dividono in probabilistici (alle basse dosi) e deterministici (alle alte dosi). Se la dose ricevuta è sufficientemente elevata (ovvero supera i 100 mSv circa) il danno sarà deterministicamente sempre presente e tanto più grave quanto più alta è la quantità di radiazione assorbita. Al contrario, se la dose ricevuta è bassa o molto bassa, esiste una certa probabilità che ne derivino effetti avversi per la salute (principalmente tumori), in relazione alla quantità di radiazione ricevuta (0,005% di rischio di tumore in più per ogni mSv), ma di contro potrebbe anche non verificarsi alcun effetto; considerata la bassissima probabilità, questa seconda situazione è molto più probabile. Questo tipo di comportamento deriva dal fatto che le basse dosi possono essere dannose solo nel caso in cui la radiazione vada a colpire proprio il DNA, e questo non sia in grado di ripararsi, con la possibilità di indurre mutazioni che a loro volta aumentano il rischio di tumori. 

Con riferimento alla radioattività naturale, può essere interessante notare che la dose ricevuta aumenta con l’altitudine, come in alta montagna o su un volo aereo, in quanto i raggi cosmici sono meno attenuati dall’atmosfera. 

Casella di testo

Passando ora al calcolo del rischio dovuto all’esposizione alle radiazioni, possiamo affermare che basse dosi di radiazioni ricevute comportano un rischio incredibilmente piccolo per l’organismo umano: ad esempio, un volo aereo di due ore aumenta la probabilità di sviluppare un tumore dello 0,00003%. Nonostante ciò piloti ed hostess, tenuto conto di tutte le ore passate in volo, sono considerati dalla legge lavoratori esposti (alle radiazioni ionizzanti), al pari di un operatore che lavora nella zona controllata di un impianto nucleare. 

Questo ci porta alla seconda precisazione: le stime di cui sopra si basano su un modello noto come “lineare senza soglia”, che le normative nazionali ed internazionali di radioprotezione hanno adottato in relazione alla valutazione del rischio delle radiazioni ionizzanti. Esso non ammette alcuna soglia minima di tolleranza della dose, con la conseguenza che nessun livello di dose di radiazioni ionizzanti, per quanto basso, è associabile ad un rischio totalmente nullo di insorgenza di effetti dannosi per l’uomo. Il modello quindi propone un’interpretazione non solo cautelativa ma anche pessimistica del rischio correlato alle radiazioni ionizzanti, e andrebbe usato con discernimento: ha i suoi vantaggi se applicato in ottica radioprotezionistica, in quanto porta direttamente al principio ALARA (As Low As Reasonably Achievable), secondo il quale l’esposizione alle radiazioni ionizzanti dovrebbe essere limitata il più possibile, finché è ragionevole farlo. Se è usato per stimare i danni effettivi (in termini di tumori) in seguito ad un’esposizione a basse dosi di radiazioni, invece, ciò che si ottiene è un numero di tumori molto superiore a quello reale. 

Studiare l’effettiva pericolosità delle basse dosi è incredibilmente difficile, considerato che la normale insorgenza di tumori nella popolazione è ordini di grandezza superiore ad un qualsiasi effetto dovuto a basse dosi di radiazioni ionizzanti. Con i dati a disposizione, non è possibile trarre alcuna conclusione definitiva riguardo la validità del modello, e ciò significa che è possibile che le basse dosi siano in realtà molto meno pericolose di quanto si crede – considerando anche la capacità del DNA umano di riparare eventuali danni. A forte sostegno di questa ipotesi, è stato osservato come l’incidenza di tumori non sia più alta del normale in popolazioni che abitano zone del pianeta con radioattività naturale molto più alta del valore medio (da decine a centinaia di volte superiore). 

FAQ: Quali sono le maggiori fonti di radiazione a cui siamo sottoposti? Quanto contribuiscono gli esperimenti nucleari in atmosfera, le centrali nucleari e gli incidenti come Cernobyl? 

Istogramma delle diverse componenti del fondo di radioattività naturale (in verde), confrontate con i contributi artificiali (in azzurro). I dati numerici sono riportati in milliSievert per anno (mSv/y), e corrispondono ad un valore medio. 

Gran parte della radiazione a cui siamo sottoposti è dovuta al fondo di radioattività naturale, la cui parte più consistente è l’esposizione al gas radon: è un gas naturale radioattivo, che si accumula negli ambienti chiusi come le abitazioni. Per quanto riguarda i contributi artificiali, invece, la parte preponderante è dovuta alle applicazioni mediche, come radiografie, PET e TAC; l’unico contributo delle centrali nucleari è dovuto al ciclo del combustibile, che, anche se sommato con gli effetti residui di Cernobyl e degli esperimenti nucleari in atmosfera, non arriva all’1% del totale.  

Istogramma delle diverse componenti del fondo di radioattività naturale (in verde), confrontate con i contributi artificiali (in azzurro). I dati numerici sono riportati in milliSievert per anno (mSv/y), e corrispondono ad un valore medio. 

FAQ: È vero che la radioattività artificiale, specialmente se derivante da applicazioni nucleari, è considerata agli atti pratici più pericolosa di uguali livelli di radioattività naturale? Perché? 

Sebbene non sia un’argomentazione logicamente sostenibile, è proprio così. Alcuni materiali e strumenti utilizzati nelle centrali nucleari diventano radioattivi solo per contaminazione esterna, e possono essere smaltiti come rifiuto tradizionale (non radioattivo) solo se vengono decontaminati fino ad un livello sufficientemente basso di radiazioni (0,1 µSv/h), inferiore al valore medio di radioattività naturale (0,2 µSv/h); se la decontaminazione non fosse effettuata, il rifiuto in questione dovrebbe essere smaltito come rifiuto radioattivo. Ciò crea la curiosa situazione per cui un tavolo di granito, una roccia naturalmente radioattiva (circa 0,3 µSv/h), dovrebbe essere considerato rifiuto radioattivo se provenisse da una centrale nucleare (essendo maggiore di 0,1 µSv/h). Così come non ha senso preoccuparsi degli effetti sulla salute del suddetto tavolo, non ha senso preoccuparsi di rifiuti così debolmente radioattivi. I limiti imposti dalla legge sono spesso più stringenti di quanto non sarebbe ragionevole, a causa della diffusa diffidenza nei confronti delle radiazioni e di qualsiasi cosa abbia a che fare con la parola “nucleare”. 

FAQ: Le tute gialle che si vedono usare in caso di incidenti con sostanze radioattive proteggono dalle radiazioni? 

Casella di testo

Non esattamente. Ogni radiazione ionizzante ha un proprio e specifico potere di penetrazione: ad esempio, un sottile foglio di carta è sufficiente per fermare le particelle alfa, mentre i raggi gamma possono attraversare anche un muro di cemento (una semplice tuta sarebbe quindi inutile). I nuclidi emettitori di radiazioni poco penetranti (come le particelle alfa) sono meno problematici se l’esposizione è esterna, in quanto facilmente schermabili, e comunque completamente assorbite dalla pelle.  Questi radionuclidi sono però pericolosi se ingeriti o inalati (contaminazione interna), in quanto emettono particelle alfa direttamente all’interno degli organi finché non sono espulsi o decaduti completamente. Le tute, solitamente monouso, servono proprio per evitare la contaminazione, limitando il più possibile l’esposizione alle radiazioni. In parole povere, evitano che nuclidi radioemettitori possano essere inalati o ingeriti, o rimanere attaccati ai vestiti o al corpo, fornendo dose ulteriore sia alla persona che a chiunque le stia vicino.  

FAQ: Le radiazioni sono pericolose anche perché danno luogo a mutazioni, giusto? Il pesce a tre occhi dei Simpson ha un fondo di verità? 

La questione è duplice: in linea di principio (considerati i possibili danni al DNA) pare logico aspettarsi un aumento di mutazioni genetiche causato dalle radiazioni ionizzanti, è ciò è stato confermato in esperimenti di laboratorio su animali. Di contro non è ancora stato osservato alcun effetto negli esseri umani, ad esempio in studi sui discendenti dei sopravvissuti ai bombardamenti atomici. Analisi di questo tipo sono complicate dalla normale incidenza di mutazioni: considerato che non si è osservato alcun aumento di mutazioni nell’uomo, possiamo affermare che l’effetto delle radiazioni ionizzanti – se presente – è trascurabile rispetto alla normale insorgenza di mutazioni. 

Link, fonti e altro: 

https://ec.europa.eu/health/scientific_committees/opinions_layman/security-scanners/en/l-3/5-health-effect-radiation.htm

https://it.wikipedia.org/wiki/Dose_efficace

https://en.wikipedia.org/wiki/Background_radiation

https://it.wikipedia.org/wiki/Radiazioni_ionizzanti

https://en.wikipedia.org/wiki/Sievert