Ma se lo tocco, muoio o divento Hulk?

Parliamo di radiazioni. Che sono?

Anzitutto c’è da dire che siamo circondati dalle radiazioni, poiché frutto del rilascio di energia nella materia. Eppure la vita fiorisce. Quindi partiamo con una buona notizia (o cattiva, se sognavate di diventare Hulk): abbiamo una certa tolleranza.
Sentiamo sempre dire che non è solo importante cosa si assume perché sia velenoso o no, ma anche il “quanto”. E per quello che riguarda le radiazioni vale più che mai.

La parte che spaventa delle radiazione è la sua invisibilità e costanza. Un veleno è letale se ingerito, gas tossici se respirati, ma le radiazioni… basta stare in presenza. Anzi, basta esistere.
Spaventoso vero? Sì, ma niente panico! Come ho detto, se non avessimo una certa tolleranza naturale manco esisteremmo. Infatti le radiazioni le trovi sulla sedia in cui stai, nel panino vegano salutare di ieri, nella frutta, in alta montagna mentre respiri aria fresca, nell’acqua del torrente, la luce del giorno, insomma ovunque.

Ma perché sono pericolose? Perché il loro passaggio rilascia energia. Se l’energia non è sufficiente per separare gli elettroni dagli atomi, cioè ionizzare, sono dette NON IONIZZANTI, e sono, di solito, non pericolose. Le più famose radiazioni non ionizzanti che incontriamo tutti i giorni sono I COLORI! Eh sì, LA LUCE VISIBILE! Ma anche le onde radio che usiamo in continuazione. I cellulari, per intenderci. Il famigerato 5G. E sì, non è pericoloso proprio perché sono non ionizzanti.

Gli effetti di radiazioni non ionizzanti sugli organismi è di alterazione termica (si scalda la zona), meccanica (si sposta) o bioelettriche (cariche elettriche), di solito ben compensate dagli stessi, e vengono misurati in SAR (Specific Absorption Rate, tasso di assorbimento specifico) espresso in Watt depositati al chilo. In poche parole, un organismo compensa bene e risulteranno innocue se non sono troppo intense. Esiste una regolamentazione dettagliata e complessa su quanto SAR gli strumenti che usano campi elettromagnetici possano usare, con ulteriore soglia ridotta di un quinto rispetto agli studi scientifici per zelo di sicurezza. Quindi no, se dopo aver telefonato col cellulare sentite l’orecchio caldo non è per le radiazioni ma banalmente il telefono che vi scalda l’orecchio. Tuttavia, non è un metodo che raccomando per salvarsi dagli inverni rigidi: è poco efficiente scaldarsi con una telefonata.

C’è da dire che per scrupolo vengono continuamente monitorati effetti ignoti perché “non si sa mai”, ma finora è risultato che le persone che lamentano malessere per le onde radio sono in pieno effetto nocebo (come il placebo, ma al contrario: se pensi che una cosa ti faccia male, ti sentirai male anche se non è vero o, come nel caso di alcuni di questi test, le radiazioni non c’erano anche se il paziente credeva di sì).

Le radiazioni IONIZZANTI, invece, sono quando l’energia rilasciata riesce a strappare via gli elettroni dagli atomi, creando, appunto, ioni. Quindi è chiaro, anzitutto, che serva almeno una certa energia per sfrattare un elettrone dai possibili orbitali atomici. Ma non solo: a seconda che energia c’è, l’effetto è più o meno dirompente, spaccando legami atomici. Tradotto: si brucia tutto.

In generale, maggiore l’energia e più dannosa è la radiazione, ma conta anche la massa (no, non è body-shaming) e il tipo di interazioni possibili. Infatti cambia quanto una radiazione può penetrare nella materia prima di rilasciare energia. Lascio a prossimi articoli la discussione più in dettaglio su come funziona questo meccanismo e come può essere usato a nostro vantaggio. Oggi, classifico solo due casistiche: il caso in cui l’energia è rilasciata lungo tutto il tragitto (fotoni, elettroni, muoni,…) e quello in cui rilascia quasi niente entro una certa distanza penetrativa per poi rilasciare tutto esplodendo in un punto specifico (protoni, neutroni, α,…).

Altro ingrediente, è come si misura la radiazione. E qui si va sulla confusione, quindi cerchiamo di fare con calma. Si definisci la Attività il numero di decadimenti al secondo e si misura in Becquerel (Bq). E si parte malissimo, perché è una quantità fondamentale ma che solo i fisici che fanno le cose da fisici sanno apprezzare. In pratica ti sta dicendo che moltiplico l’Attività per il numero di atomi presenti in un oggetto (moli per numero di Avogadro) scopro quanti atomi decadono e quindi i vari tempi di dimezzamento di cui sentiamo parlare. In pratica è utile più per capire per quanto sia radioattivo un oggetto che la sua pericolosità. Come abbiamo detto, per quella serve l’energia: ed ecco che abbiamo i Gray (Gy), cioè la Dose Assorbita: Joule al chilogrammo. E ti dice quanta energia si becca un chilo di materiale per colpa delle radiazione. Ma non ci siamo ancora: ogni particella ha un modo diverso di interagire e quindi si spaccare il materiale su cui rilascia l’energia. Introducendo quindi un peso di pericolosità della radiazione su materiale biologico Wr da moltiplicare ai Gray, abbiamo il Sievert (Sv): la Dose Equivalente (o semplicemente Dose). Qui, possiamo vedere quanto una radiazione è dannosa. E finalmente ci siamo! FIU! Una sola nota finale: siccome le radiazioni possono essere usare anche in modo vantaggioso e positivo persino sul nostro corpo (vedi le lastre o la TAC), esiste anche un numerello Wt che possiamo moltiplicarlo per la Dose e ottenere la Dose Effettiva accumulata dal corpo. Questa quantità indica quanta radiazione un corpo ha accumulato in caso fosse solo mirata ad una parte specifica e non totalmente investito, come avviene, ad esempio, quanto ci facciamo la panoramica dentaria. Considerando che tutto il corpo è il Wt=1, parti specifiche hanno frazioni che tengono conto sia dell’area esposta che di quanto sia pericolo ricevere le radiazioni proprio lì. Ad esempio il Wt del midollo osseo, seno, stomaco, colon e polmoni è 0,12, il fegato 0,04, il cervello 0,01.

«Ok, tutto bello e diciamo interessante, ma…. che vuol dire?»

Diamo un po’ di numeri. Con 4-5 Sv ricevuti tutti assieme in breve tempo, beh… sei morto. Ad 1,2 km dal ground zero di Little Bomb (l’atomica su Hiroshima, per intendersi) c’erano 5 Sv. 1 Sv è il limite che la NASA impone agli astronauti per tutta la durata della loro carriera: se dopo N viaggi raggiungi il Sv, non puoi più partire per lo spazio. Stare 6 mesi sulla ISS accumula circa 80 mSv. Un singolo scan CT su tutto il corpo sono 30 mSv in un colpo solo. Le radiazioni naturali sono circa 2,4 mSv in un anno. 100 mSv accumulate in un anno sono il limite consigliato di radiazioni escludendo gli eventi occasioni di diagnostica (e le radiazioni naturali). Un viaggio di 6 mesi verso Marte ti espone a 250 mSv. Fumare 1 pacchetto mezzo al giorno per un anno ti accumula 160 mSv.
Come è possibile notare, beccare unità di Sv tutte assieme non è affatto bene. Distribuirle durante un lungo periodo va meglio, ma è bene non superare certi limiti: infatti chi lavora con le radiazioni si porta dei dosimetri per vedere quante ne accumula, e se si super la soglia non è più permesso lavorarci per un anno. E

fumare nuoce gravemente alla salute

Ora passiamo alla parte interessante: i tipi di radiazioni. Le più note sono le γ (fotoni), β (elettroni e positroni), α (atomi di elio), protoni, neutroni lenti e neutrini veloci.

• Le γ e le β rilasciano energia lungo tutto il tragitto, creando bruciature e danneggiando i materiali che attraversano. Le γ (in cui si includono dai raggi-X ai raggi gamma) si schermano con materiai densi, tipo il piombo, per fargli fare tante interazioni. Il problema è che tanto più sono energetiche, tanto più sono penetranti e quindi serviranno blocchi di piombo più spessi. Mentre le β si assorbono facilmente con materiali ricchi di orbitali da riempire, come i metalli. Pochi millimetri, per la precisione (quindi tutte le polemiche che ci furono anni fa su SOX al Gran Sasso erano fiato sprecato). Hanno tutti una Wr=1: sono la base, insomma.
• Le α rilasciano energia tutta assieme e subito: sono poco penetranti. Talmente poco penetranti che dopo pochi centimetri in aria, spariscono. Basta pochi millimetri di materiale poco denso (per facilitare la cattura) e sei schermato. La pelle morta è già sufficiente per proteggersi dalle radiazioni α. Tuttavia, rilasciando tanta energia tutta d’un colpo, non è bene ingerirne: vero che pochi millimetri di tessuto biologico le assorbono, ma se è il tessuto dello stomaco anziché pelle morta, Houston abbiamo un problema! I famosi veleni radioattivo usati da certi assassini, usano proprio materiali che emettono α. Hanno una Wr=20
• I protoni (e in generale i nuclei) non sono diversi dalle α, ma sono interessanti per diverse capacità penetrative. Infatti sono spesso usati per bombardare i tumori: ignoriamo i tessuti sani e rilasciamo tutta l’energia in un punto specifico bruciando i tessuti malati. I protoni hanno una Wr=2, ma tutti gli altri nuclei una Wr=20 come le α.
• I Neutroni. Loro. Le bestiacce. Difficile che siano liberi, sono il prodotto della fissione nucleare, e ce ne sono di due tipi: lenti (o termici) con energie sotto il MeV, e veloci con energie sopra il MeV. Durante la fissione si producono diversi neutroni, alcuni di un tipo e alcuni dell’altro. I veloci sono quelli che servono per le reazioni a catena: nelle centrali si fa in modo che ogni fissione abbia un solo neutrone veloce che vada a bombardare un altro atomo, nelle bombe più ce ne sono e meglio è. I neutroni veloci sono altamente penetranti. Per schermarci serve prima rallentarli tramite materiali ricchi di atomi leggeri (ad esempio acqua e paraffina, ricchi di idrogeni) e poi assorbirli con atomi ad alta cattura neutronica (ad esempio materiali ricchi di boro o cadmio). Nelle centrali nucleari, infatti, per controllare il numero di neutroni veloci, ci sono strati di materiale ricco di idrogeno alternato con materiale con alta cattura neutronica. I neutroni lenti, invece, sono il motivo per cui si sente dire che i materiali esposti a radiazioni diventano a loro volta radioattivi. In generale non è vero: sono solo i neutroni termici che lo fanno! Perché hanno poca energia e vengono catturati dagli atomi, trasformandoli in isotopi, a volte instabili e radioattivi (non tutti gli isotopi sono instabili!): il processo si chiama attivazione (neutronica). Ed è un po’ inevitabile, se li vuoi fermare. Come dicevo prima, i neutroni lenti li assorbi con materiali ad alta cattura neutronica. Ma il materiale in questione usato per schermarci, paga il prezzo di attivarsi. Ecco che si scelgono materiali i cui isotopi sono poco pericolosi. Quindi no, mettere un oggetto accanto a qualcosa di radioattivo non lo rende tale, a meno che non lo metti accanto a materiale fissile. Che è pure illegale e pericoloso possederne. Il Wr dei neutroni varia in base alla sua energia: 10 sotto i 100 keV di energia, 20 da 100 keV a 2 MeV, 10 da 2 a 20 MeV, 5 sopra i 20 MeV.

Le radiazioni più pericolose sono indubbiamente le α e i nuclei, cioè la maggior parte degli elementi che compongono i raggi cosmici (sì, LORO), ma i neutroni sono le radiazioni più problematiche e decisamente più pericolose delle radiazioni β. Le β e γ, sebbene non da sottovalutare, sono relativamente le più innocue. α e β sono le più comuni nei decadimenti nucleari di isotopi, mentre per i neutroni serve la fissione nucleare.