L’atomo e la paura per l’atomo
In questi giorni mi sono state fatte molte richieste su eventuali problemi creati da eventuali problemi alle centrali nucleari in Ucraina. Ho pensato di fare una cosa gradita nello spiegare un po’ cosa succederebbe.
Nel mio curriculum di studi ho dovuto approfondire questi argomenti in quanto nella mia specializzazione è compresa una parte di medicina nucleare.
Mi sono cimentato nel redigere una scheda esplicativa e mi scuso in anticipo di eventuali imperfezioni o incompletezze, augurandomi che possa risultare interessante.
Che cosa è l’atomo?
Un atomo è, semplificando all’estremo, la più elementare struttura della materia.
E’ formato da un nucleo (positivo) costituito da particelle con carica positiva (protoni) e con carica neutra (neutroni). Il numero dei protoni determina il numero atomico (per esempio l’idrogeno è 1 perché ha un solo protone); la somma dei protoni e dei neutroni indica il numero di massa (per esempio l’elio ha due protoni e 2 neutroni e quindi ha una massa con numero 4)
Il nucleo e’ circondato da particelle di massa minima e di carica negativa (elettroni) che compiono orbite ellittiche intorno al nucleo.
La realtà è, ovviamente, molto più complessa ed esistono moltissime altre particelle (neutrini, muoni, fermioni ecc), ma credo che quanto detto possa essere sufficiente per le finalità di queste schede.
Un atomo cosi’ descritto (ripeto estremizzando la semplificazione) è cosiddetto STABILE.
Ci sono molti atomi (Uranio, Radon, Plutonio ecc) che non sono in questa condizione di stabilità e, naturalmente, emettono energia decadendo: cioè si modificano trasformadosi in altri elementi o perdendo solamente energia: sono gli elementi radioattivi.
Queste radiazioni sono molto presenti in natura e non sempre sono “pericolose”: per esempio vengono utilizzate in medicina nelle radioterapie e nelle diagnostiche (scintigrafia, PET ecc).
A tal proposito, si puntualizza che un uso regolamentato di questi esami può portare ad un assorbimento “accettabile” di radiazioni controbilanciato ampiamente dai vantaggi dovuti al miglioramento delle diagnosi.
Ci sono vari tipi di decadimenti radioattivi : decadimento alpha (quando un atomo ad elevato numero atomico perde 2 protoni e 2 neutroni e si modifica come il Torio 232 si trasforma in Radio 228 con emissione di una particella alpha).
Oppure il decadimento beta in cui un elemento perde un neutrone e un elettrone , oppure perde un protone e un elettrone, trosformandosi, appunto, in altri elementi, o modificandosi rimanendo sempre della stessa natura, sempre, però, con emissione di energia.
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Un esempio di utilizzo di questo tipo di decadimento può essere il metodo di datazione dei fossili: il noto sistema del carbonio 14.
In tutti gli organismi c’è un misto di carbonio 14 e di carbonio 12 (più numerosi): finchè l’organismo è vivo c’è un continuo rifornimento di entrambi che hanno un rapporto fisso; quando un organismo muore il carbonio 14 inizia a dimezzarsi (ogni 5730 anni) mentre il carbonio 12 rimane inalterato.
Quindi, studiando il rapporto dei due carboni nel fossile si può datare approssimativamente la morte del fossile che si sta studiando.
Poi c’è un altro tipo di decadimento come il decadimento gamma in cui l’elemento perde energia senza una reale modificazione della struttura atomica.
Gli elementi in questione decadono con tempi differenti in base alla loro natura: dal tecnezio (emivita di 6 ore) all’uranio (svariati milioni di anni).
L’emivita (o tempo di dimezzamento) è il tempo occorrente affinchè decada della metà.
Questa descrizione è, ripeto, ancora molto, molto semplificata .
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LE REAZIONI NUCLEARI
Principalmente abbiamo 2 tipi di reazioni nucleari:
- FISSIONE NUCLEARE
E’ il tipo di reazioni attualmente utilizzata nelle centrali nucleari in funzione (come quelle di Chernobyl o quella recentemente parzialmente danneggiata in Ucraina.
La fissione nucleare è un particolare processo di reazione durante il quale nuclei di alto peso molecolare come quelli dell’uranio (U 92) o del torio (Th 90) se opportunamente bombardati con proiettili (neutroni), si modificano in due subelementi, entrambi di carica positiva, che per questo motivo si respingono allontanandosi con notevole energia cinetica.
Con la fissione si formano anche altre particelle, come neutroni ecc. che iniziano ad indurre ulteriori reazioni di fissione, provocando la cosiddetta reazione a catena che, nel contesto di un reattore nucleare, permette di tenerlo in funzione producendo energia in quantità elevatissima e costante.
Questa energia creata, sotto forma di calore, dalle reazioni di fissione permette di scaldare l’acqua per produrre vapore che, come nelle normali centrali convenzionali attualmente sul territorio nazionale, viene trasformata dalle turbine in energia meccanica per produrre energia elettrica.
La fissione di 1 grammo di uranio produce tanta energia equivalente a quella prodotta da oltre 2800 kg di carbone senza, peraltro , la produzione di scarti diffusi nell’aria che hanno un deleterio effetto sull’atmosfera.
Attualmente nel mondo circa il 10% della produzione di elettricità avviene attraverso le centrali nucleari a fissione. - FUSIONE NUCLEARE
La fusione è la reazione nucleare che si verifica nel sole, con produzione di una enorme quantità di energia: due nuclei di elementi leggeri, quali deuterio e trizio (isotopi dell’idrogeno), a temperature e pressioni elevatissime, si fondono formando nuclei di elementi più pesanti come l’elio con emissione di grandi quantità di energia.
Per far avvenire questa fusione occorre che questi elementi si urtino a distanze molto brevi, ad altissima velocità: la loro energia cinetica (e quindi la temperatura necessaria) deve essere molto elevata. Per ottenere la reazione di fusione è necessario portare una miscela di deuterio e trizio a temperature elevatissime (100 milioni di gradi).
Il sole ha una temperatura interna di circa 14 milioni di gradi generata dalla reazione di fusione di nuclei di idrogeno (reazione protone-protone) ed è il generatore di gran parte del calore e di luce che giunge fino a noi.
Per ottenere la reazione di fusione, inoltre, questa deve essere confinata in uno spazio limitato: nel sole questo può avvenire per le enormi forze gravitazionali proprie di questo corpo celeste. Per ottenere la fusione controllata, e produrre energia, è necessario arrivare ad avere un ambiente con temperature molto più alte (100 milioni di gradi).
Ciò spiega delle difficoltà perché al momento non ci siano di fatto centrali a fusione operative.
COSA SUCCEDE SE SI VERIFICA UN DANNO AD UNA CENTRALE NUCLEARE?
La rottura dell’involucro che contiene il nocciolo radioattivo libera nell’aria le sostanze radioattive che si spargerebbero nell’atmosfera raggiungendo anche le regioni più lontane con danni inimmaginabili e perduranti.
E’ ovvio che più si è vicini al disastro e più i danni saranno ingenti: le radiazioni perdono infatti energia con il quadrato della distanza.
Ma non basta che il “sarcofago” di contenimento venga danneggiato: infatti per mantenere stabile il sistema occorre mantenere la temperatura costante (e bassa) : questo spiega perchè le centrali sono situate nella prossimità di abbondanti riserve di acqua.
Quindi un qualsiasi danno al rifornimento di acqua di raffreddamento porterebbe al surriscaldamento del nocciolo arrivando a temperature elevatissime con possibile esplosione del sistema.
E’ quello che è successo a Fukushima in Giappone nel marzo del 2011: la centrale è in prossimità del mare ed un maremoto innescato da un terremoto inondò e mise fuori uso i sistemi di raffreddamento della centrale.
BOMBE NUCLEARI
La bomba sganciata su Hiroshima (06 agosto 1945) era formata da un contenitore di sostanze ad alto peso molecolare che se portato a compressione e temperatura elevata innesca uno scontro di neutroni con gli elementi, appunto, pesanti creando una reazione incontrollata di energia elevatissima, cioè si verificata una fissione nucleare.
L’innesco è stato provocato dall’esplosione di una carica di tritolo (convenzionale).
Potete immaginare facilmente cosa può essere successo in quella città e nei dintorni.
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DANNI DA RADIAZIONI
L’organismo colpito da radiazioni può avere alterazioni immediate (ustioni, necrosi ecc) e/o più o meno tardive.
I danni sono correlati alla sensibilità soggettiva (maggiore nei bambini, feti ecc), meno nei soggetti più anziani.
Gli organi più sensibili sono le cellule del midollo osseo con sviluppo di leucemie, linfomi ecc) o la tiroide che capta elettivamente iodio e quindi anche lo iodio radiattivo che un elemento molto presente nelle polveri radiattive.
A tal proposito, in questi giorni soprattutto in Belgio c’è stata una corsa ad accaparrarsi pasticche di iodio nelle farmacie: si sa infatti che le cellule tiroidee captano elettivamente iodio e qualora le cellule sono già sature di iodio “normale” più difficilmente assumerebbero iodio radiattivo.
Ciò è francamente un provvedimento limitato e di scarsa utilità negli adulti in quanto dopo i 40-50 anni questo effetto appare ridotto e in definitiva le sostanze pericolose emesse nelle nubi radioattive contengono enormi quantità di diversi elementi dannosi.
Probabilmente hanno una funzione protettiva nei bambini e nelle donne in gravidanza e in allattamento.
Quotidianamente siamo esposti a fonti di RADIAZIONI DEL TUTTO NATURALI.
La causa principale di fonti naturali di radiazione è il cosiddetto “fondo naturale” che, pur se meno intenso di altre possibili fonti, è invece una presenza costante nelle nostre vite.
In media ogni essere umano è esposto a circa 2,4 millisievert (mSv, scala usata per le misurazioni) all’anno, e corrisponde a circa 100 radiografie del torace. L’entità dell’esposizione varia però notevolmente a seconda della zona in cui si vive.
Il fondo naturale di radiazione deriva da diverse fonti:
- I raggi cosmici, dovuti a particelle radioattive che provengono direttamente dallo spazio, e sono prodotte per es. dal sole . L’atmosfera terrestre filtra in parte di queste radiazioni, ma alcune arrivano al suolo.
Di conseguenza le radiazioni trasportate dai raggi cosmici sono maggiori ad altitudini elevate.
Ecco perchè si è più esposti ai raggi cosmici quando si sta viaggiando in aereo. - Radiazioni emesse dalla Terra: nel suolo terrestre sono presenti naturalmente diversi numerosi elementi radioattivi .
La fonte di radiazione terrestre più rilevante per l’uomo è il radon che è un gas radioattivo prodotto dal decadimento dal radio (Ra 88). Il radon si trova in particolari terreni e rocce, e può essere pericoloso per le persone che trascorrono molto tempo al piano più basso. In Italia l’esposizione è più importante in alcune zone delle Alpi e degli Appennini .
Si stima che il radon sia responsabile di una percentuale che va dal 3 al 14 per cento di tutti i tumori polmonari. Inoltre il radon sembra che sia responsabile di tipi di cancro, per esempio la leucemia, in particolare nei bambini.
Dott. Federico Panfoli
Medico Radiologo
Immagine: Wikimedia
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Dr. Federico Panfoli
Dirigente Medico U.O. Radiologia AV2 Fabriano (in pensione)
