MINIGUIDA SULLE RADIAZIONI IONIZZANTI

Miniguida sulle radiazioni ionizzanti:
pericoli connessi e strategie per minimizzare i rischi

0 – Premessa.

Questa miniguida non intende essere una guida completa ed esaustiva della complessa materia in oggetto, cioè le radiazioni ionizzanti, loro sorgenti e strategie per la riduzione dei rischi correlati alla manipolazione di campioni radioattivi usati in ambito hobbystico ed amatoriale per verificare la funzionalità degli strumenti o per effettuare piccoli esperimenti scientifici. Come sempre si tratta di informazioni utili, consigli e regole di buon senso che poi il singolo lettore è chiamato ad integrare ove necessario con ricerche proprie, con valutazioni di opportunità e con il buon senso che sempre deve accompagnarsi alla sperimentazione scientifica, anche amatoriale e casalinga.
Il forum e lo Staff declinano ogni responsabilità per danni a cose, persone o animali che potrebbero derivare dalle informazioni contenute nella miniguida, che ha solo scopo indicativo e non esaustivo o completo o infallibile, ed esortano i singoli utenti a prestare la massima cautela e buon senso quando questi si imbattono in sostanze radioattive di qualunque tipo o le manipolano, libere o contenute in oggetti di uso comune.

1 - Cosa sono le radiazioni ionizzanti ?

Le radiazioni ionizzanti sono radiazioni corpuscolari o elettromagnetiche dotate di energia sufficiente a rimuovere uno o più elettroni esterni al nucleo degli atomi con i quali interagiscono, rendendo gli atomi degli ioni (da cui “ionizzanti”), cioè degli atomi dotati di un livello energetico superiore a quello di base e quindi, maggiormente reattivi dal punto di vista chimico in quanto gli atomi tendono a ritornare al livello energetico minimo, che corrisponde a quello dell'atomo stabile. Il ritorno degli ioni al livello di minima energia si attua attraverso la cattura di elettroni ed il ripristino del pareggio fra cariche positive (protoni) e negative (elettroni) che costituiscono l'atomo di un dato elemento chimico.
Gli ioni sono dunque sostanzialmente degli atomi (o anche delle molecole) che possiedono, in ragione della ionizzazione, uno sbilancio fra cariche elettriche e si dicono anche “radicali liberi” ; questi ioni o radicali liberi sono atomi o molecole altamente reattivi che giocano un ruolo importante nello sviluppo di malattie degenerative (anche lo stesso invecchiamento ne è influenzato) e di malattie particolari, come ad esempio i tumori, prodotte da degenerazioni del DNA nelle cellule umane o animali in genere.

Le radiazioni ionizzanti sono sostanzialmente le seguenti:

a) raggi-X
b) particelle alfa
c) particelle beta
d) raggi gamma
e) neutroni
f) protoni e altre particelle di origine cosmica (di vario tipo)
g) raggi ultravioletti
h) positroni

di queste solo le prime 4 di solito sono di interesse nell'ambito delle sorgenti radioattive presenti in oggetti di uso comune o sorgenti acquistabili da privati cittadini senza licenze particolari; limitatamente è possibile che alcune di queste sorgenti (alfa in particolare) producano o possano produrre anche radiazioni del tipo e) , cioè neutroni, se interagiscono con elementi particolari quali il berillio

Nella miniguida verranno esaminate quindi le radiazioni ionizzanti dalla a) alla e) , tralasciando i punti da f) ad h) non pertinenti a sorgenti o oggetti di uso comune disponibili a comuni cittadini.

Le alfa sono nuclei di elio accelerati, hanno un forte potere ionizzante ma vengono arrestate da pochi cm di aria o da un banale foglio di carta. Non sono pericolose come contaminazione esterna ma possono essere molto pericolose se le sorgenti o parti di esse vengono inalate o ingerite.

Le beta sono elettroni accelerati, si propagano in aria per molti metri e sono in grado di trapassare anche strati metallici. Possono essere molto pericolose se le sorgenti o parti di esse vengono inalate o ingerite e anche esternamente se la sorgente è intensa.

Le X sono radiazioni elettromagnetiche e sono prodotte dalle beta che bombardano nuclei di atomi densi, ad esempio metallici. Sono pericolose se i livelli esterni sono elevati, ad esempio come nelle radiografie in ospedale, dove però di solito i tempi di esposizione sono tenuti molto brevi (proprio per evitare dosi assorbite elevate); più intense le dosi di X prodotte dalle TAC. Possono essere molto pericolose se le sorgenti o parti di esse vengono inalate o ingerite.

Le gamma sono radiazioni elettromagnetiche ad altissima frequenza. Possono essere molto pericolose se le sorgenti o parti di esse vengono inalate o ingerite, ma sempre anche esternamente perchè hanno energie elevate e si schermano con difficoltà.

I neutroni sono particelle del nucleo atomico prive di carica elettrica: i neutroni veloci sono molto pericolosi perchè producono migliaia di ionizzazioni per singolo neutrone qualora “moderati” da tessuti viventi. Sono molto pericolosi sempre, ma fortunatamente sono molto rari in natura e non vengono prodotti efficientemente da sorgenti di uso comune.

2 - Perchè sono così pericolose ?


Come detto le radiazioni ionizzanti creano atomi o molecole sbilanciate dal punto di vista delle cariche, cioè reattive, le quali vanno ad interferire coi normali processi biologici nelle cellule e possono indurre un invecchiamento precoce o malattie di vario tipo.
Il potere ionizzante delle radiazioni da a) ad e) dipende sia dalla natura della radiazione che dall'energia specifica della stessa; in funzione di questo potere emerge la minore o maggiore pericolosità, in generale vale la regola che maggiore è l'energia della radiazione ionizzante incidente e maggiore sarà il numero di ionizzazioni che questa può produrre interagendo con la materia e quindi con i tessuti viventi.
In particolare le radiazioni agiscono direttamente sulla replicazione del DNA e sulla rottura di filamenti di DNA nel nucleo delle cellule, oppure indirettamente producendo fenomeni secondari ma non meno importanti quali l'idrolisi (rottura delle molecole di acqua) e favorendo la produzione di molecole instabili e radicali liberi nei tessuti viventi (ad esempio H2O2, acqua ossigenata).

3 – Come proteggersi o minimizzare i rischi ?

Ci sono tre concetti chiave nel ridurre il rischio dovuto all'esposizione a radiazioni ionizzanti:

3.1– Tempo. Il tempo di esposizione deve essere sempre ridotto al minimo indispensabile perché la dose assorbita dipende non solo dall'intensità delle sorgenti e dalla distanza da queste ma anche dal tempo dell'esposizione; minimizzando i tempi si minimizza la dose assorbita per una data intensità e distanza dalla sorgente. Il concetto può essere semplificato usando la metafora dell'abbronzatura: se il sole picchia è poco sensato starci esposti per molte ore, perché si rischia l'ustione solare e il colpo di calore; una esposizione di breve tempo invece riduce questi rischi. Ciò detto chiarendo che NON esiste una dose sicura di radiazioni assorbite e che nessuna dose, seppure minima può essere considerata sicura, quindi sempre nell'ottica di minimizzare i rischi essendo consapevoli che non esiste il rischio zero in queste cose.
3.2- Distanza. Una sorgente puntiforme emette radiazioni in tutte le direzioni il che significa che le emette come raggi di una sfera: se il diametro della sfera (cioè la distanza dalla sorgente) aumenta la densità di raggi per unità di superficie diminuisce, cioè maggiore è la distanza fra un soggetto ed una sorgente e minore è il numero di radiazioni che mediamente arrivano al soggetto ; tale diminuzione è legata al quadrato della distanza, cioè significa che se le radiazioni che arrivano al soggetto ad 1 metro di distanza dalla sorgente sono 100 al secondo a 2 metri saranno 25 ed a 5 metri saranno solo 4, cioè a 5 metri le radiazioni sono il 4% di quelle a 1 metro.
3.3- Schermi protettivi e contenitori schermati. Le radiazioni possono essere schermate e grandemente attenuate con l'uso di contenitori o schermi di vario tipo. Un comune “pig”, cioè un contenitore di piombo per campioni radioattivi se ben realizzato e di spessore adeguato ma ancora pratico e trasportabile può schermare efficacemente tutte le alfa (basta anche un foglio di carta per questo), tutte le beta e tutti i raggi-X e può abbattere dal 90 al 95% di tutte le radiazioni gamma per livelli di attività piccoli come nel caso di minerali o piccoli oggetti radioattivi con all'interno uranio, torio, radio, americio ad esempio. I neutroni generalmente NON sono prodotti da sorgenti di uso comune ma in esperimenti di alto vuoto come ad esempio i “fusor” a confinamento inerziale che lavorano con deuterio: anche in quei casi è possibile costruire schermi e protezioni molto efficienti per rallentare e assorbire la totalità dei neutroni veloci prodotti.

Vale il principio ALARA, “as low as reasonably achievable”, cioè tenere sempre l'esposizione e le dosi assorbite al livello più basso possibile, minimizzandole dato che non esiste un livello sicuro di radiazioni o dosi assorbite non nocive; quindi applicando un principio di precauzione.

4- Consigli e norme di buon senso

Mai manipolare sostanze radioattive “sfuse” a meno di non sapere esattamente cosa si fa, ad esempio mai manipolare lancette o orologi al radio non coperti dal vetro ed ermetici; in generale va evitata la manipolazione o l'esposizione a polveri radioattive (che possono essere inalate o ingerite), oppure a composti chimici o liquidi radioattivi, ad esempio a composti di uranio, torio o radio in soluzione. Sebbene alcune di queste sostanze siano ancora usate nei laboratori chimici il rischio non è da sottovalutare in quanto particelle radioattive possono essere inalate o ingerite accidentalmente, provocando danni ai polmoni o ad altri organi e tessuti. Ciò vale anche per minerali polverosi e friabili.

Mai manipolare o smantellare sorgenti radioattive da apparecchi o oggetti di uso comune senza le necessarie competenze o attrezzature, possono liberarsi polveri o altro di pericoloso in questi casi.

Mai lasciare incustodite o alla portata dei bambini o di animali domestici sorgenti radioattive; provvedere una adeguata schermatura e conservazione, anche utilizzando lucchetti o armadietti con serrature e, preferibilmente, conservando il materiale lontano dai luoghi frequentati abitualmente, ad esempio in un garage o cantina o altro luogo poco frequentato per mantenere sempre una distanza notevole fra se e i campioni.

Etichettare con segni di radioattività e pericolo i contenitori dei campioni. Utilizzare contenitori sigillati ove possibile, altrimenti buste di plastica sigillate quando i campioni devono essere conservati per lunghi periodi e non manipolati.

Mantenere i contenitori dei campioni in luoghi asciutti e puliti. Prevenire la dispersione accidentale utilizzando contenitori multipli per lo stoccaggio. Pulire accuratamente attrezzi o altro materiale che sia venuto in contatto con particolato o altra forma di contaminazione prima di riporli o maneggiarli a mani nude (usare i guanti usa e getta durante le fasi di pulitura). Pulire accuratamente le superfici contaminate, utilizzare di preferenza uno strato usa e getta per posizionare i campioni sulla superficie di lavoro (un foglio di giornale, un pezzo di stagnola ecc.) in modo da facilitare poi la pulizia dell'ambiente di lavoro.

Lavarsi accuratamente le mani dopo aver manipolato sorgenti o oggetti radioattivi.

Non accumulare sostanze come radio o torio in forma di minerali o altro in luoghi chiusi e poco areati: in questi casi l'accumulo di gas radon o thoron può essere consistente; conservare i campioni in contenitori ermetici e/o in luoghi provvisti di adeguata ventilazione verso l'esterno, al fine di disperdere i gas prodotti dal decadimento nell'atmosfera ed evitarne l'accumulo locale.

Non smaltire materiali e minerali radioattivi nei rifiuti comuni; si tratta di rifiuti particolari e non di tipo comune.

Evitare il contatto diretto con sostanze che possono rilasciare polveri o contaminazione, usare sempre in questi casi dei guanti usa e getta e se necessario mascherine. Lo stesso concetto si applica in generale alla manipolazione di sostanze chimiche che possono essere presenti in alcuni oggetti, ad esempio amianto o altro di pericoloso per inalazione o ingestione.

Evitare di fumare, bere o mangiare durante la manipolazione di sostanze radioattive pericolose (ciò ovviamente non si applica a casi particolari quali quelli di sorgenti naturalmente presenti nel corpo umano, ad esempio il potassio40 del sale iposodico, ma ovviamente si negli altri casi).

Evitare di sottoporre campioni e sorgenti a stress meccanici o termici o di altro tipo; non utilizzare agenti chimici o solventi in presenza di sostanze radioattive.

Non tentare di smantellare o raffinare sostanze radioattive a partire da minerali, sorgenti o oggetti che le contengono.

In caso di dispersione di particolato o altro usare buon senso, materiali usa e getta e pulire accuratamente ogni superficie, possibilmente utilizzando solo acqua e tovaglioli di carta o tessuti che verranno poi buttati, anche con l'aiuto di un contatore geiger per verificare eventuali tracce di contaminazione. Non utilizzare aspirapolvere per raccogliere particolati attivi.

Ove ci si imbatta in oggetti radioattivi o presunti tali abbandonati contattare le autorità, in particolare i Vigili del Fuoco e le forze dell'ordine. Non tentare di recuperare o riciclare materiale radioattivo di qualunque tipo e prestare la massima cautela.

5- Alcuni esempi pratici
5.1- I danni dovuti all'assorbimento di radiazioni

esposizione acuta su tutto il corpo
• ~1 rem – danno cromosomico
• ~25 rem – cambiamenti nel numero di cellule sanguigne
• ~100 rem – soglia della malattia da radiazioni
• ~450 rem – dose letale 50% dei casi
• ~1000 rem – dose letale 100% dei casi

dosi superiori a qualche rem sono imputabili a esposizioni “occupazionali”, cioè dovute ad ambiti lavorativi particolari o ad incidenti nucleari oppure trattamenti medici mirati (ad esempio irradiazione della tiroide).

Normalmente la radioattività naturale ha un livello di fondo come dose assorbita annua di 240 mrem = 2,4 milliSievert o mSv; ciò corrisponde da una radiazione naturale di 0,027mrem/h = 0,27uSv/h (media mondiale)

in realtà la radiazione di fondo in Italia si aggira normalmente sui 0,09-0,22uSv/h a seconda della località (punte più alte a Napoli, a Roma ed in altri luoghi con sottosuolo di tipo vulcanico) e quindi la dose media assorbita naturalmente da un italiano va dai ~0,788mSv ai ~1,927mSv annui.

Queste dosi naturali, indicativamente, aumentano comunque il rischio di tumore e producono, si stima, 1 caso ogni 10.000-20.000 persone.

Si deve considerare che non è molto paragonato agli incidenti stradali, ad esempio, che in Italia uccidono ogni anno circa 1 persona ogni 13.000 e ne feriscono gravemente altre 2 ogni 13.000, ma è comunque un numero rilevante.

Ovviamente dosi assorbite notevolmente superiori aumentano sensibilmente il rischio di ammalarsi di una malattia correlata al danno statistico da radiazioni (cioè per dose cumulativa).

Ad esempio, supponendo che un fotografo professionista utilizzi una macchina fotografica con lenti toriate che emettono 1mR/h di gamma e beta a contatto con l'oculare della macchina e che il fotografo la utilizzi per 2 ore al giorno tutti i giorni a fine anno avrà ricevuto una dose addizionale di:
quality_factor per beta e gamma =1
1mR/h*2*365*quality_factor = 730mrem

che andrebbero a sommarsi alla dose annuale di radiazioni naturali.

Se, inoltre, questo stesso fotografo fuma 20 sigarette al giorno si stima che riceva una dose equivalente a circa 300 radiografie al torace ogni anno ~2670mrem (stima conservativa dei produttori, altri studi come quello dell'università del Michigan parlano di 800 radiografie-torace equivalenti).

Il totale sarebbe quindi >3600 mrem annui, cioè ~20-40 volte la dose di radiazione assorbita da un italiano non fumatore che non si espone a dosi particolari di radiazione durante l'anno.

Questo solo per chiarire che le radiazioni del fumo di sigaretta non vanno sottovalutate come dose di rischio se si è fumatori; spesso infatti il fumo è la principale sorgente di radiazioni negli ambienti domestici.
Non a caso si stima che il fumo produca una perdita di anni di vita dai 7 ai 10, sia per eventi legati alle radiazioni che per il danno ai polmoni ed alle vie respiratorie ed al sistema circolatorio non strettamente legati al fattore delle radiazioni del Po210 contenuto nel tabacco.

Un altro esempio:

supponiamo di avere un campione di radio che emette 30uSv/h (circa 300 volte il fondo naturale) a 8 cm di distanza dal campione, per esempio un vecchio strumento militare: quanto sarà la radioattività r misurata a 2 cm dal campione ?

30x8^2 = rx2^2 ---> r = 30x8^2/2^2 = 480uSv/h

quanto piombo necessiterà per ridurre della metà le gamma del radio lette dal geiger a 8cm di distanza?

Si considera l'HVL (half value layer) per il piombo in relazione al Ra226 e si ricava da delle tabelle che vale 0,09 cm, cioè 0,9mm di piombo interposto come schermo attenuano della metà le radiazioni rilevabili a parità di distanza dal rivelatore (geiger).

In questo caso quindi serviranno 0,9mm di piombo per portare a 15uSv/h le radiazioni rilevabili a 8cm.

E se si volesse ridurre il valore di 1000 volte?
L'effetto è cumulativo, per cui un raddoppio dello strato di piombo porta a ¼, una triplicazione a 1/8 ecc. 2^10 = 1024, quindi usando 9mm di piombo si attenuerebbe per 1024 il valore portandolo a:

30/1024 = 0,02uSv/h (cioè da 300 volte il fondo di radiazione a una frazione quasi irrisoria di esso)

6- Conclusioni

Usare sempre il buon senso, conservare i campioni in contenitori schermanti e minimizzare le esposizioni inutili e prolungate che aumentano la dose assorbita in modo significativo. Trattare le sorgenti con attenzione e prestando le cautele necessarie.
Evitare rischi inutili e di entrare in contatto con materiali realmente pericolosi. Tutelare l'ambiente e la salute propria e altrui, ivi compresa quella di animali domestici.
Come si è detto bastano pochi e semplici accorgimenti per evitare dosi cumulative rilevanti e minimizzare i rischi per la salute rispetto ad altri fattori ambientali, quale anche potrebbe essere considerato anche il fumo di sigaretta, rendendo l'hobby relativamente sicuro per se e per gli altri.

--------------------
fine miniguida v 1.0 - 29/11/11

Edited by EmmettBrown - 17/11/2015, 22:35