Le radiazioni ionizzanti sono in grado di ionizzare un atomo, cioè strappargli elettroni grazie all’energia da loro posseduta. Il risultato di una ionizzazione è di avere ioni carichi elettricamente a partire da atomi e molecole neutri.
Possono essere corpuscolari; per esempio particelle subatomiche dotate di carica elettrica, come i protoni, le radiazioni a (alfa) e b (beta); oppure non corpuscolari, onde elettromagnetiche, come i raggi X e i raggi g (gamma).
L’azione delle radiazioni corpuscolari è direttamente ionizzante, mentre quella delle radiazioni non corpuscolari è indiretta poiché generano particelle a loro volta ionizzanti. Per le radiazioni non ionizzanti si veda l’articolo corrispondente.
Fonti di radiazioni ionizzanti
Le fonti di radiazioni ionizzanti sono sostanzialmente tre:
- sorgenti naturali terrestri
- sorgenti cosmiche
- sorgenti artificiali.
Le sorgenti naturali sono costituite dal decadimento di sostanze radioattive, per esempio dal decadimento radioattivo del gas radon. Il decadimento è il processo per cui alcuni nuclei atomici instabili o radioattivi (come l’uranio 238) decadono in un certo lasso di tempo in nuclei di energia inferiore, raggiungendo uno stato di maggiore stabilità. Il processo avviene con emissione di radiazioni ionizzanti.
La perdita di radioattività si misura con la velocità di decadimento cioè il tempo necessario perché il numero di atomi di un campione di una sostanza radioattiva si dimezzi attraverso il processo di decadimento.
Il decadimento radioattivo è di tre tipi: alfa, beta o gamma a seconda del tipo di radiazione ionizzante che si genera.
Penetrazione delle radiazioni ionizzanti
La capacità di penetrazione nella materia delle radiazioni ionizzanti dipende dal tipo di radiazione (per esempio dalla frequenza per quanto riguarda le onde elettromagnetiche) e dalla loro energia.
Nel caso delle particelle alfa (nuclei di elio) basta un foglio di carta e quindi non superano la barriera della pelle e sono pericolose solo se penetrano nel corpo umano (per esempio tramite inalazione o ferite).
Le particelle beta sono bloccate da pareti più spesse, ma basta per esempio un foglio di alluminio di qualche mm, quindi il loro percorso nel corpo umano è di qualche centimetro.
I raggi gamma e i raggi X sono molto più penetranti e possono essere arrestati solo da pareti di piombo o di cemento.
Misura delle radiazioni ionizzanti
La dose equivalente è la dose che misura gli effetti biologici e il danno provocato dall’assorbimento di radiazioni su un organismo e si ottiene moltiplicando la dose assorbita per un fattore di pericolosità.
La dose efficace è definita come la sommatoria su tutti gli organi della dose equivalente relativa al singolo organo per il suo fattore di ponderazione tissutale.
La dose di radiazioni ionizzanti viene misurata solitamente in unità dette rem e millirem.
Nel Sistema internazionale di Unità di misura, la dose viene misurata in sievert (Sv) e millisievert (mSv). Un sievert corrisponde a 100 rem.
Radioprotezione
La radioprotezione ha lo scopo di proteggere l’uomo e l’ambiente dagli effetti nocivi delle radiazioni ionizzanti.
In base al principio di giustificazione, il beneficio dall’impiego di radiazioni ionizzanti deve essere superiore al possibile danno. Nei Paesi avanzati più del 20% degli esami medici con radiazioni ionizzanti non sono necessari e molte indagini radiologiche sono ripetute inutilmente. Vedasi a tal proposito l’articolo sulla mammografia.
Secondo il principio di ottimizzazione l’esposizione alle radiazioni ionizzanti deve essere mantenuta a livelli più bassi possibili compatibilmente con le condizioni economiche e sociali.
Più complesso il principio dell’applicazione dei limiti della dose che distingue fra lavoratori di un determinato settore e popolazione in generale. Per i primi i limiti di legge sono sempre più alti che per la popolazione.
Per la popolazione attualmente si pensa che il limite di dose efficace sia di 1 mSv per anno (in alcuni casi si può derogare da questo valore se la dose media su 5 anni non supera 1 mSv per anno).
Per l’esposizione professionale il limite diventa di 20 mSv per anno, come media su periodi definiti di 5 anni, con un limite massimo annuale di 50 mSv.
Questi valori vanno ad aggiungersi alla dose naturalmente assunta, dose che, a sorpresa, non è bassissima e può arrivare a 5 mSv a seconda del luogo della Terra dove si vive, dell’alimentazione ecc.
Ecco un elenco di “rischi” collegati alle radiazioni non ionizzanti (si consideri che 1 mS=1.000 mSv; per cui si nota come vivere vicino a una centrale nucleare sia molto meno pericoloso che fare determinati esami! Diverso il rischio di un’esplosione nucleare; per esempio stando un’ora nel sito di Chernobyl nel 2010 si assumevano ancora 6 mSv; più o meno lo stesso valore che si assumeva stando a 75 km dalla centrale di Fukushima il giorno dell’incidente).
- 0,09 mSv – Vivere un anno entro 90 km da una centrale nucleare
- 0,3 mSv – Vivere un anno entro 90 km da una centrale a carbone
- 5 mSv – Radiografia ai denti o a una mano
- 40 mSv – Volare da New York a Los Angeles
- 1 mSv – Radiografia alla colonna vertebrale o all’addome
- 2,5 mSv – Urografia
- 3 mSv – Mammografia
- 4 mSv – TAC total body (normalmente la TAC si esegue solo su una parte del corpo)
- 7 mSv – Clisma opaco
- 10-20 mSv – Scintigrafia.
I danni biologici delle radiazioni ionizzanti consistono in una modifica del DNA della cellula; le conseguenze dipendono dal tipo di cellula e dall’entità dell’alterazione.
Danni delle radiazioni ionizzanti
I danni biologici delle radiazioni ionizzanti consistono in una modifica del DNA della cellula; le conseguenze dipendono dal tipo di cellula e dall’entità dell’alterazione. Si possono distinguere tre tipi di danno.
I danni deterministici provocano la morte della cellula. Essi sono caratterizzati da una soglia (la dose perché il processo avvenga), dal determinismo dell’azione (cioè il danno è presente su tutti coloro che ne sono coinvolti), dal breve tempo d’azione (da qualche ora a qualche settimana) e dalla correlazione fra dose assorbita e sintomi e segni dal soggetto. Si hanno danni ematologici (alterazione dei valori nel sangue), gastrointestinali, dermatologici e neurologici, febbre ecc.
I danni somatici stocastici non determinano la morte della cellula, ma una mutazione del DNA che in genere conduce a una neoplasia (tumore). Come dice l’aggettivo (stocastici), si tratta di un fenomeno probabilistico, in quanto non esiste una soglia, ma solo la correlazione fra dose assorbita e probabilità che si sviluppi la neoplasia. I tempi d’azione sono molto lunghi, a volte anni o decenni.
I danni genetici stocastici sono simili ai precedenti, ma non interessano il soggetto quanto i suoi discendenti perché il danno riguarda il DNA delle cellule riproduttive. Scientificamente sono stati dimostrati solo su animali.
