Princìpi di dosimetria

La misura della radioattività, espressa in curie o becquerel, si riferisce al numero di particelle emesse ad ogni secondo da una sorgente radioattiva. Questa misura equivale, in un certo senso, alla cadenza di tiro di una mitragliatrice che, per quanto elevata, può colpire i bersagli solo se sono entro la sua portata. Così, le misure di radioattività espresse in curie e becquerel, rivestono ai fini del danno biologico un’importanza non direttamente interpretabile in quanto la radiazione, per esercitare i suoi effetti dannosi, deve raggiungere l’organismo. Da questa osservazione, è nata l’esigenza di adottare una diversa unità di misura, il rad (è usato anche il roentgen, corrispondente a 0.83 rad).
Con le misurazioni in rad, vengono considerate solo le radiazioni assorbite (da un grammo di materiale biologico), che sono ovviamente minori di quelle emesse dalla sorgente.

Tuttavia, come i proiettili di una mitragliatrice producono danni maggiori o minori a seconda del calibro dei proiettili e dell’organo colpito, anche uguali dosi di radiazioni di differente natura hanno effetti biologici diversi. Infatti, le radiazioni più intense sono capaci di spezzare con maggior facilità i legami molecolari delle cellule e del materiale genetico, formando quelle che si chiamano molecole ionizzate. A loro volta, le molecole ionizzate possono combinarsi con altre molecole formando nuove molecole che possono essere dannose alla cellula. Per questa ragione, è stato introdotto un fattore di conversione, RBE (efficienza biologica relativa), che permette di uniformare radiazioni di tipo diverso, in modo che si possano considerare tutte come raggi X.

Dalla tabella I, si vede che i raggi alfa (particelle cariche positivamente), sono da 10 a 20 volte più dannosi dei raggi X (il valore dipende dalla parte del corpo irradiata: vale 10 per i tessuti in genere e 20 per il cristallino dell’occhio); però, sebbene i raggi alfa siano molto ionizzanti, sono poco penetranti: vengono arrestati dalla pelle e quindi possono solo fare danni a questo livello. Tuttavia, una sostanza che emette raggi alfa, se ingerita può accumularsi in certe parti del corpo dove si possono raggiungere dosi molto dannose di radiazione. I raggi beta (elettroni negativi o positivi), percorrono non più di 2 mm nel tessuto biologico, a seconda dell’energia che posseggono. I raggi gamma ed X (radiazioni elettromagnetiche) hanno un’azione che si estende in profondità a tutto il materiale esposto. I neutroni (particelle senza carica), hanno un’azione che raggiunge in profondità tutto il materiale esposto provocandovi elevata ionizzazione.

La misura espressa in rad, dopo che si è usato il fattore di conversione RBE, risulta espressa in rem (rad equivalent man), un’unità di misura biologica indipendente dal tipo di radiazione e che permette di valutare gli effetti dovuti ad un’esposizione istantanea di radiazione su tutto il corpo.

Le dosi in rem, riportate in tabella II, sono istantanee e gli effetti conseguenti si riferiscono ad un unico assorbimento. Questa precisazione è necessaria in quanto il corpo, se esposto a piccole quantità di radiazione, ha processi di recupero, sicché il fattore tempo diviene importante. Per esempio, un’ esposizione di 5 rem/anno (ritenuta la massima ammissibile) corrisponde, considerando 70 anni la vita media umana, ad un’esposizione di 350 rem, mentre la stessa dose di esposizione istantanea su tutto il corpo di 350 rem è spesso fatale. Per curiosità, si può precisare che una comune radiografia corrisponde a circa 0.1 rem.

Ora, per fissare le idee, prendiamo ad esempio il riassunto di un comunicato diffuso dalla Tass nel 1990:

Livelli di radioattività fino a venti volte quelli normali sono stati registrati presso Marioupol, sulla costa del Mar d’Azov (Crimea). La radioattività, prodotta dal Torio-232, è compresa fra i 500 ed i 720 microroentgen, e non è immediatamente dannosa <<per le persone sane>>. Perché diventi rischiosa, viene considerata necessaria un’esposizione al sole per otto ore al giorno, per cinque mesi consecutivi.

Il comune lettore, non può che credere alla relativa innocuità della situazione. In realtà, un mese di bagni potrebbe essere sufficiente per prenotarsi un viaggio di sola andata nell’aldilà (anche perché il biglietto di ritorno - sostenitori della reincarnazione a parte - non esiste). Ecco come si arriva a tale conclusione.

I 500 microroentgen (il prefisso "micro" corrisponde ad un milionesimo) emessi, corrispondono a 500 x 0.83 = 415 microrad. Il Torio-232, decade emettendo particelle alfa; dunque, 415 microrad corrispondono a 415 x 10 microrad in raggi X; ossia 4150 microrem = 0.00415 rem al secondo. In un’ora vi sono 3600 secondi, quindi 0.00415 rem al secondo, corrispondono a 14.94 rem all’ora. Una settimana di bagni della durata media di un’ora, permette un rischioso contatto (occhi, labbra, bevute accidentali) con le particelle alfa poco penetranti, che vengono assorbite per oltre 100 rem. Un mese di bagni ed ecco che si assorbono dosi pericolose. Se invece si rimane sulla costa, il rischio è probabilmente minimo... ma la Tass non ha comunicato se la balneazione è stata vietata.

Ora, per quanto si sia cercato di facilitare l'esposizione dei dettagli scientifici, è ovvio che il lettore è comunque costretto ad utilizzare una serie di dati non facilmente reperibili (tempi di dimezzamento, tipo di radioattività). Infatti, ciò che è necessario conoscere per valutare il rischio delle radiazioni, è il valore di radioattività, espresso in rem, che viene assorbito in conseguenza del contatto o dell’ingestione dalla sorgente nuclidica (ma i mass-media raramente si curano di conoscerlo e poi comunicarlo).

Gli esperti della Cee, l'8 maggio 1986 (subito dopo l'incidente di Chernobyl), raccomandarono ai governi che fino al 16 maggio 1986 i prodotti ortofrutticoli non dovessero superare i 350 becquerel per kg ed il latte 500 becquerel per litro. Limiti simili non offrono alcuna indicazione pratica sulle quantità consumabili giacché la loro conversione in rem, per il non esperto è praticamente impossibile. Effettivamente tali limiti rientravano tra i valori definiti sicuri; quel che non è noto, è se sono stati superati per i prodotti destinati al consumo interno.

Poiché la radiazione ionizzante è capace di uccidere le cellule, le radiazioni vengono impiegate anche a scopi terapeutici per distruggere le cellule cancerogene. Il problema, in questi casi, è nel cercare di confinare l’azione della radioattività alle sole cellule malate. Inoltre, considerando gli effetti dannosi delle radiazioni, è essenziale che le persone che lavorano abitualmente con materiale radioattivo, usino un adeguato schermaggio. Per l’esposizione professionale delle persone minori di 18 anni, la dose/anno non deve superare i 5 rem e la dose accumulata fino all’età di 30 anni non deve superare 60 rem (v. tab. III).

Finora abbiamo paragonato l’emissione di radiazioni ai proiettili sparati da una mitragliatrice. Abbiamo visto che per essere colpiti, occorre essere a tiro, e l’entità dei danni dipende dal calibro dei proiettili e dalla velocità con cui colpiscono un determinato organo. Tutto questo però non basta. Infatti, ogni mitragliatrice ha una cadenza di tiro, legata al numero di proiettili sparati in un secondo; e quanto più la cadenza è elevata, maggiori sono le probabilità che qualche proiettile centri il bersaglio. Per contro, una elevata cadenza di tiro porta ad esaurire più rapidamente le munizioni. Ora, per gli elementi radioattivi, la situazione è analoga: vi sono quelli che emettono molte particelle in un secondo e quelli che ne emettono meno. Questo ritmo condiziona la durata e la pericolosità dell’emissione radioattiva. Per questa ragione, si parla comunemente di tempo di dimezzamento o di semitrasformazione o di decadimento di un dato elemento radioattivo: corrisponde al tempo necessario perché una certa quantità di materiale radioattivo si riduca alla metà. E’ importante sottolineare che quando una qualsiasi sostanza radioattiva compie un periodo di dimezzamento (se per esempio abbiamo 1 g di sostanza radioattiva, dopo un periodo di dimezzamento, rimangono 0.5 g della sostanza radioattiva iniziale; dopo un altro periodo, 0.25 g e così via), la frazione decaduta può trasformarsi in un elemento stabile, oppure in un nuovo elemento radioattivo, con un suo caretteristico periodo di dimezzamento.

introdurre la vita media (tempo di dimezzamento), la quantità iniziale ed il tempo trascorso da quando la quantità iniziale è stata determinata. Come risultato otterrete la quantità rimasa e la percentuale della quantità originale. I periodi di tempo devono essere nelle stesse unità di misura per evitare che il calcolo sia errato (per esempio, se il tempo di dimezzamento è in giorni, il tempo trascorso deve essere in giorni)

A questo punto, ci siamo formati un’idea precisa della pericolosità e degli effetti della radioattività. Però, questo non è sufficiente. Perché dovremmo preoccuparci dei proiettili sparati dalle mitragliatrici che crepitano da molte parti del mondo se siamo fuori dalla loro portata? Dalla portata delle mitragliatrici sì, dalla radioattività no. Infatti, gli elementi radioattivi sono più vicini di quanto si pensi.

Ad esempio, il carbonio-14, che è sempre presente negli organismi viventi, ha un tempo di dimezzamento di 5770 anni. Questo elemento, sebbene emetta con molta lentezza radiazioni beta, essendo presente nell’organismo, può produrvi mutazioni genetiche. Anche il potassio-40 è presente negli organismi viventi; però, avendo un tempo di dimezzamento di 1.3 miliardi di anni, emette tanto lentamente radiazioni beta da produrre effetti insignificanti. Lo stronzio-90 ha vita media di 28 anni e quando cade sul terreno o nelle acque viene assorbito dalle piante e quindi introdotto dei corpi di quegli animali (tra cui l’uomo) che si nutrono, direttamente o indirettamente, di vegetali. Esso è molto pericoloso in quanto, essendo chimicamente simile al calcio, si fissa nelle ossa, dove rimane per molto tempo emettendo radiazioni beta. I bambini, a causa del più rapido ricambio di sostanze nelle ossa durante la crescita, hanno una concentrazione di calcio almeno quadrupla di quella presente negli adulti. Lo Iodio-131 ha vita media di 8 giorni, tende a fissarsi nella tiroide dove emette radiazioni beta e gamma.

Come è chiaro, la maggior parte delle persone ignora completamente i rischi della radiazione a cui può essere esposta. Ad esempio, i ricercatori hanno valutato in circa 124 mrem/anno il totale di radiazioni che assorbiamo annualmente (la loro distribuzione è riportata in tabella).
Di queste radiazioni, derivanti dalle rocce radioattive e da alcune sostanze e materiali debolmente radioattivi, il 25 per cento è prevalentemente dovuto al radon, un gas radioattivo continuamente generato dal decadimento del radio presente nel suolo. I livelli di questo nuclide, intrappolato nei materiali da costruzione, sono molto variabili da regione a regione e addirittura da casa a casa. Poi, c’è un altro 18 per cento di sorgenti radioattive tra le quali il Sole (e altre sorgenti di radiazione cosmica); un 20 per cento che deriva da cibo ed aria. Il restante 29 per cento delle radiazioni che assorbiamo deriva dall’attività umana, in gran parte costituita da radiazioni generate da tecniche mediche (radiografie, traccianti isotopici, ecc.). Questo significa che le radiazioni dovute agli esperimenti nucleari, non superano l’1 per cento della dose che assorbiamo annualmente.

Per riassumere, i comunicati informativi dei pericoli derivanti da un'esposizione alla radioattività conseguente ad un incidente occasionale o ad una particolare situazione territoriale, dovrebbero fornire - sebbene, per quanto discusso, gli esperti coinvolti possano avanzare varie scusanti - il valore di radioattività espresso in rem derivante dal contatto con il materiale radioattivo. E questo valore, perché sia comprensibile alla maggior parte delle persone, dovrebbe sempre essere accompagnato da una tabella simile alla III.