RADIOATTIVITA CAUSA PRIMARIA DEI TUMORI

Transcript

1 Pagina 1 di 29 RADIOATTIVITA CAUSA PRIMARIA DEI TUMORI (possibile connessione finale con la sezione aurea) Ing. Pier Franz Roggero, Dott. Michele Nardelli, P.A. Francesco Di Noto Riassunto: Questo documento vuole dimostrare che non sono né gli alimenti definiti cancerogeni, come la carne, gli insaccati, il caffè nè il fumo e neanche le radiazioni elettromagnetiche che assorbiamo continuamente soprattutto dai nostri cellulari, né le radiazioni ultraviolette insieme a tutti gli agenti chimici e fisici dannosi a provocare i tumori. Invece è la radioattività che altera ovvero danneggia le cellule e dovrebbe essere la causa primaria di tutti i tipi di tumore.

2 Pagina 2 di 29 Indice: 1. RADIOATTIVITA CAUSA DEI TUMORI I DIFFERENTI TIPI DI RADIOATTIVITÀ Radioattività alfa Radioattività beta...7 2,3 Radioattività gamma EFFETTI DELLA RADIOATTIVITÀ La misura della dose L'esposizione dell'uomo alle radiazioni L'esposizione alle radiazioni naturali Effetti biologici delle radiazioni ionizzanti Le sorgenti naturali di radiazioni La radioprotezione ALCUNI DEI PIU IMPORTANTI ISOTOPI RADIOATTIVI POTASSIO URANIO RADON TORIO RADON RAGGI COSMICI RAGGI X CONNESSIONI CON IL NUMERO AUREO E I NUMERI DI FIBONACCI RIFERIMENTI...29

3 Pagina 3 di RADIOATTIVITA CAUSA DEI TUMORI La radioattività è la proprietà che hanno gli atomi di alcuni elementi di emettere spontaneamente radiazioni ionizzanti. Le radiazioni ionizzanti sono quelle radiazioni dotate di sufficiente energia da poter ionizzare gli atomi o le molecole con i quali vengono a interagire. La ionizzazione consiste nella generazione di uno o più ioni a causa della rimozione o addizione di elettroni da un atomo o da una molecola. Gli atomi o le molecole che hanno un numero di elettroni minore del numero atomico, rimangono carichi positivamente e prendono il nome di "cationi"; quelli che hanno un numero di elettroni maggiore del numero atomico, rimangono carichi negativamente e prendono il nome di "anioni". La caratteristica di una radiazione di poter ionizzare un atomo, o di penetrare più o meno in profondità all'interno della materia, dipende oltre che dalla sua energia anche dal tipo di radiazione e dal materiale con il quale avviene l'interazione. Radiazione ionizzanti vengono anche generate da reazioni nucleari, artificiali o naturali, da altissime temperature come scariche di plasma o la corona solare, attraverso la produzione di particelle ad alta energia negli acceleratori di particelle, oppure a causa di accelerazione di particelle cariche da parte dei campi elettromagnetici prodotti da processi naturali, dai fulmini alle esplosioni di supernovae. Le radiazioni ionizzanti si possono dividere in due categorie principali: quelle che producono ioni in modo diretto (le particelle cariche, quali particelle α, β, β + ), dette direttamente ionizzanti, e quelle che producono ioni in modo indiretto (neutroni, raggi γ e raggi X, in generale le particelle neutre), dette indirettamente ionizzanti; a queste vanno aggiunte le porzioni di radiazione ultravioletta di alta frequenza. La radiazione ionizza le molecole di DNA ad esempio delle cellule cutanee, inducendo basi adiacenti di timina a formare legami covalenti, interferendo con i meccanismi di copia e in generale con il funzionamento dell'acido nucleico. Il tutto può portare delle mutazioni genetiche, che possono sfociare in episodi di cancro.

4 Pagina 4 di 29 Noi tutti siamo esposti alla radioattività naturale e/o artificiale fin dal momento della nostra nascita. Solo recentemente - circa 100 anni fa - con i lavori dello scienziato francese Henry Becquerel, che nel 1903 vinse il premio Nobel insieme a Marie Curie e Pierre Curie per il loro pionieristico lavoro sulla radioattività, l'uomo ha scoperto l'esistenza della radioattività. Fin dalla formazione della Terra, circa cinque miliardi di anni fa, la materia era formata da atomi stabili non radioattivi e atomi instabili radioattivi. Col trascorrere del tempo, la maggior parte degli elementi radioattivi, attraverso il processo di decadimento, hanno cessato di essere tali. La radioattività naturale consiste dal fatto in primo luogo che esistono ancora oggi in natura alcuni isotopi radioattivi. In secondo luogo non é cessato l'apporto esterno di radioattività prodotto dal bombardamento di raggi cosmici a cui siamo tuttora sottoposti. Siamo così immersi in un vero e proprio bagno di radioattività. Il becquerel, che deve il suo nome proprio allo scienziato, (simbolo Bq) è l'unità di misura del Sistema internazionale dell'attività di un radionuclide (spesso chiamata in modo non corretto radioattività), ed è definita come l'attività di un radionuclide che ha un decadimento al secondo perciò abbiamo che: 1 Bq equivale a 1 disintegrazione al secondo di un atomo con nucleo instabile. Come esempi di radioattività naturale abbiamo: Un chilogrammo di granito ha una radioattività naturale di circa 1000 Becquerel. Un litro di latte ha una radioattività naturale di circa 80 Becquerel. Un litro di acqua di mare ha una radioattività naturale di circa 10 Becquerel. Un individuo di 70 kg ha una radioattività dell'ordine di 8000 Becquerel, causata dalla presenza, nel corpo umano, di isotopi radioattivi naturali (in gran parte, potassio-40).

5 Pagina 5 di 29 Gli isotopi hanno un numero variabile di neutroni presenti nel nucleo dell'atomo mentre l elemento chimico che lo caratterizza ha comunque sempre un numero fisso di protoni: in tal caso si identificano diversi isotopi di uno stesso elemento. Ad esempio: il ferro presente in natura é costituito da 4 isotopi, tutti con 26 protoni ma ognuno con 28, 30, 31 e 32 neutroni rispettivamente. Gli isotopi sono identificati dal nome dell'elemento e dal numero di massa che è pari al numero di nucleoni (cioè protoni e neutroni) presenti nel nucleo di un atomo, Ad esempio ferro-54 (26 protoni + 28 neutroni), ferro-56 (26 protoni + 30 neutroni). In natura esistono circa 90 elementi (dall'idrogeno, il più leggero, all'uranio, il più pesante) e circa 340 isotopi stabili. Tra gli elementi, 21 sono costituiti da un unico isotopo (come ad esempio ad esempio berillio-9, fluoro-19, sodio-23, scandio-45, rodio- 103, iodio-127, oro-197 o torio-232). Nella maggior parte dei casi gli elementi chimici sono costituiti da più di un isotopo e hanno almeno due isotopi (ad esempio: il cloro ne ha due, lo zinco ne ha cinque, lo stagno ne ha dieci). Oltre agli isotopi da sempre presenti in natura (isotopi naturali), esistono oggi un gran numero di isotopi artificiali, cioè prodotti dall'uomo (circa 3000 conosciuti ed altri 6000 ipotizzati da calcoli teorici). Esempi di isotopi artificiali sono il cobalto-60 (27 protoni, 33 neutroni), usato in radioterapia e in gammagrafia, il plutonio-239 (94 protoni, 145 neutroni), usato come combustibile nelle centrali nucleari. Gli isotopi presenti in natura sono quasi tutti stabili. Tuttavia, alcuni isotopi naturali, e quasi tutti gli isotopi artificiali, presentano nuclei instabili, a causa di un eccesso di di neutroni. Tale instabilità provoca la trasformazione spontanea in altri isotopi, e questa trasformazione si accompagna con l'emissione di radiazioni ionizzanti per cui essi sono chiamati isotopi radioattivi, o anche radioisotopi, o anche radionuclidi.

6 Pagina 6 di 29 La trasformazione di un atomo radioattivo porta alla produzione di un altro atomo, che può essere anch'esso radioattivo oppure stabile. Essa é chiamata disintegrazione o decadimento. Tale trasformazione, a seconda dei casi, può completarsi in tempi estremamente brevi o estremamente lunghi. Una misura di tale tempo é data dal tempo di dimezzamento, o tempo di vita media, che esprime il tempo alla fine del quale la metà degli atomi radioattivi inizialmente presenti ha subito una trasformazione spontanea. Ad esempio il radioisotopo artificiale tecnezio-99m ha un tempo di dimezzamento di 6 ore (dopo 6 ore la sua radioattività si é ridotta della metà); il radioisotopo artificiale iodio-131 ha un tempo di dimezzamento di 8 giorni; il radioisotopo naturale potassio-40 ha un tempo di dimezzamento di 1,25 miliardi di anni. Dopo dieci tempi di dimezzamento, la radioattività di un radioisotopo é mille volte minore di quella iniziale (2^10).

7 Pagina 7 di 29 2 I DIFFERENTI TIPI DI RADIOATTIVITÀ Ciascun tipo di radioattività ha un proprio "potere penetrante" e "modalità di schermatura". 2.1 Radioattività alfa Atomi nei cui nuclei sono contenute quantità eccessive di neutroni emettono di solito una radiazione alfa, costituita da un nucleo di elio (due protoni + due neutroni), e avente due cariche positive. Tale disintegrazione porta alla formazione di un isotopo di altro elemento chimico, avente numero atomico diminuito di due unità e numero di massa diminuito di quattro unità. Esempio: l'uranio 238 (92 protoni neutroni) emette radioattività alfa trasformandosi in torio-234 (90 protoni neutroni), con un tempo di dimezzamento di 4,5 miliardi di anni. Le radiazioni alfa, per la loro natura, sono poco penetranti e possono essere completamente bloccate da un semplice foglio di carta. 2.2 Radioattività beta Atomi nei cui nuclei sono contenute quantità eccessive di neutroni emettono di solito una radiazione beta, costituita da un elettrone. In particolare, uno dei neutroni del nucleo si disintegra in un protone e in un elettrone, che viene emesso. Tale disintegrazione porta alla formazione di un isotopo di un altro elemento chimico, avente numero atomico aumentato di una unità (il protone in più) e numero di massa invariato (il protone si é sostituito al neutrone). Esempio: il cobalto-60 (27 protoni + 33 neutroni) emette radioattività beta

8 Pagina 8 di 29 trasformandosi in nichel-60 (28 protoni + 32 neutroni), con un tempo di dimezzamento di 5,3 anni. Le radiazioni beta sono più penetranti di quelle alfa, ma possono essere completamente bloccate da piccoli spessori di materiali metallici (ad esempio, pochi millimetri di alluminio). 2,3 Radioattività gamma La radiazione gamma é una onda elettromagnetica come la luce o i raggi X, ma assai più energetica. Le radiazioni alfa e beta sono invece di tipo corpuscolare e dotate di carica (positiva le alfa, negativa le beta). La radiazione gamma accompagna solitamente una radiazione alfa o una radiazione beta. Infatti, dopo l'emissione alfa o beta, il nucleo é ancora eccitato perché i suoi protoni e neutroni non hanno ancora raggiunto la nuova situazione di equilibrio: di conseguenza, il nucleo si libera rapidamente del surplus di energia attraverso l'emissione di una radiazione gamma. Esempio: il cobalto-60 si trasforma per disintegrazione beta in nichel-60, che raggiunge il suo stato di equilibrio emettendo una radiazione gamma. Al contrario delle radiazioni alfa e beta, le radiazioni gamma sono molto penetranti, e per bloccarle occorrono rilevanti spessori di materiali ad elevata densità come il piombo.

9 Pagina 9 di 29 3 EFFETTI DELLA RADIOATTIVITÀ Le radiazioni prodotte dai radioisotopi interagiscono con la materia con cui vengono a contatto, trasferendovi energia. Tale apporto di energia, negli organismi viventi, produce una ionizzazione delle molecole: da qui la definizione di radiazioni ionizzanti. La dose di energia assorbita dalla materia caratterizza questo trasferimento di energia. Gli effetti possono essere irrilevanti o più o meno dannosi, a seconda della dose di radiazioni ricevuta e del tipo delle radiazioni stesse. Per meglio chiarire l'importanza della dose assorbita, un esempio noto a tutti é quello delle radiazioni ultraviolette dei raggi solari, che, per l'uomo, a piccole dosi sono innocue, ma per esposizioni eccessivamente prolungate possono provocare colpi di sole o bruciature della pelle. 3.1 La misura della dose L'unità di misura della dose assorbita dalla materia a seguito dell'esposizione alle radiazioni ionizzanti é il Gray (simbolo: Gy): 1 Gray (Gy) = 1 joule (J) assorbito da 1 kilogrammo di materia Per la misura delle dosi di radiazioni assorbite dall'uomo, o più precisamente per una misura degli effetti biologici dovuti alla dose di radiazioni assorbita, é stato introdotto il concetto di equivalente di dose, che tiene conto della dannosità più o meno grande, a parità di dose, dei vari tipi di radiazioni ionizzanti.

10 Pagina 10 di 29 In sintesi 1 Sv a differenza di 1 Gy, produce gli stessi effetti biologici indipendentemente dal tipo di radiazione considerata per cui non è più importante conoscere il tipo di radiazione assorbita. Il significato fisico di questa definizione è che ogni tipologia di radiazione ha una pericolosità intesa come entità del danno biologico a parità di dose assorbita provocato direttamente dalla radiazione primaria (e non indirettamente dagli ioni, fotoni, elettroni secondari che essa genera, per i quali va calcolata separatamente) quali la mutazione del DNA, che può provocare l'incontrollato accrescimento canceroso, o la morte delle cellule in misura maggiore sopra la soglia deterministica: questo secondo effetto invece rimane di gravità molto minore del primo sotto la soglia deterministica. Per esempio, per via della loro alta massa relativistica, i neutroni veloci e i nuclei atomici siano molto più pericolosi degli elettroni e dei fotoni. In questo caso, l'unità di misura é il sievert (simbolo: Sv). In particolare: per le radiazioni beta e gamma: 1 Gray => 1 Sievert per le radiazioni alfa (nuclei atomici): 1 Gray => 20 Sievert per i fasci di neutroni: 1 Gray => 3-11 Sievert (a seconda dell'energia dei neutroni) Di uso più comune é il sottomultiplo millisievert (msv), pari a un millesimo di Sv. Ad esempio, come riportato nella seguente tabella, una radiografia al torace comporta l'assorbimento di una dose di circa 0,14 millisievert (msv). Alcuni dati dosimetrici relativi ad esami medici con raggi X: Radiografia del torace 0,14 msv Radiografia dell'addome 1,1 msv Radiografia del tubo digerente 4,1 7,2 msv Colecistografia 1,5 msv

11 Pagina 11 di 29 Urografia 3,1 msv Mammografia 1,0 msv Per dare un'idea del valore di un sievert, si tenga presente che (in Italia) la dose media assorbita in un anno per esposizione alla sola radioattività naturale viene calcolata in circa 3 millisievert. Una TAC addominale 8 msv, invece per una PET o una scintigrafia si va dai 10 ai 20 millisievert. In radioterapia si forniscono invece dosi molto più massicce di radiazioni: per trattamenti curativi sono dell'ordine delle decine di Sievert, ma concentrate limitatamente ed esclusivamente sul tumore da distruggere. Ad esempio per certi tumori vengono somministrati 2 Gray a seduta per 30 sedute. In totale 60 Gray circa pari a 60 Sievert. Per quanto riguarda gli effetti sulla salute, una dose di 1 sievert può causare lievi alterazioni temporanee dell'emoglobina. 2 ~ 3 sievert causano nausea, perdita dei capelli, emorragie. 4 sievert possono portare alla morte nel 50% dei casi se non si interviene terapeuticamente. Oltre 6 sievert, la sopravvivenza è altamente improbabile; la malattia correlata è anche detta avvelenamento da radiazione. 3.2 L'esposizione dell'uomo alle radiazioni L'uomo può essere esposto alla radioattività in due modi: per esposizione esterna, che avviene quando l'individuo si trova sulla traiettoria delle radiazioni emesse da una sorgente radioattiva situata all'esterno dell'organismo; si parla, in questo caso, di irradiazione per esposizione interna, che si verifica quando la sorgente radioattiva si trova all'interno dell'organismo, a causa di inalazione per respirazione, e/o ingestione, ovvero per introduzione attraverso una ferita; si parla, in questo caso, di contaminazione interna L'esposizione esterna cessa quando l'individuo si allontana dalla sorgente ovvero vengono interposti opportuni schermi tra sorgente e individuo. Le radiazioni alfa, beta e gamma da esposizione esterna non fanno diventare radioattiva la materia che le assorbe. L'esposizione interna cessa quando i radioisotopi respirati o ingeriti o introdotti

12 Pagina 12 di 29 attraverso ferite sono completamente rimossi dall'organismo (ad esempio: con l'urina, le feci, ecc.). 3.3 L'esposizione alle radiazioni naturali Per poter considerare nella giusta luce gli effetti della radioattività sull'uomo, é necessario anzitutto prendere in considerazione l'esposizione alle radiazioni naturali. A tale "bagno di radioattività", in cui l'uomo é immerso fin dalla sua origine, gli organismi viventi si sono da tempo adattati. La dose annualmente assorbita da ogni individuo della popolazione per effetto della radioattività naturale é mediamente di 2,4 msv/anno (2,4 millisievert/anno), vedi TAB.1 seguente: TAB. 1 Sorgente Esposizione esterna(msv/anno) Esposizione interna(msv/anno) Raggi cosmici 0,36 0,36 Potassio-40 0,15 0,18 0,33 Uranio-238 e radioisotopi associati 0,10 1,24 1,34 Torio-232 e radioisotopi associati 0,16 0,18 0,34 Totale(mSv/anno) Alla radioattività naturale contribuiscono una componente terrestre e una componente extraterrestre. La componente terrestre é dovuta ai radionuclidi presenti nei materiali della crosta

13 Pagina 13 di 29 terrestre (rocce, minerali), come: il potassio-40, l'uranio naturale, il torio e i radionuclidi ad essi associati. Tra questi ultimi, particolare importanza riveste il radon, prodotto gassoso che offre il maggiore contributo alla radioattività naturale. La componente extraterrestre é costituita dai raggi cosmici, i cui effetti sono tanto più rilevanti quanto più ci si allontana dalla superficie terrestre, e quindi dalla protezione dell'atmosfera. Ad esempio, in un volo in aereo, l'effetto dei raggi cosmici é circa 100 volte maggiore di una zona al livello del mare. I radionuclidi hanno innumerevoli impieghi in ambito scientifico. Possono essere usati per esempio per datare fossili, rocce, reperti archeologici (vedi metodo del carbonio-14 e numerosi altri metodi di geocronologia). In biochimica e tossicologia, per studiare gli effetti e le trasformazioni cui una determinata molecola va incontro per esposizione a basse concentrazioni di elementi e composti chimici; In campo biomedico, le radiazioni emesse da numerosi radionuclidi (sotto forma di radiotraccianti o radiofarmaci) si sono rivelate utili nel diagnosticare svariate patologie e/o distruggere le cellule tumorali medicina nucleare. Per contro, la presenza incontrollata nell'ambiente degli isotopi radioattivi di quegli elementi che vengano incorporati dagli organismi viventi può rappresentare un rischio più o meno grave dipendentemente dal tipo di radiazioni e dalla dose attribuita ai vari tessuti, in quanto le radiazioni possono alterare o danneggiare la struttura delle molecole biologiche più importanti. Tali radionuclidi sono andati aumentando lievemente a causa delle esplosioni nucleari e si sono distribuiti sulla superficie terrestre. Tuttavia il contributo alla dose dovuto a tali eventi è assolutamente trascurabile rispetto alla dose da fonti naturali terrestri o da raggi cosmici. In termini quantitativi, secondo gli standard e le valutazioni il 55% della dose annua impartita all'uomo (in media 2,4 msv/anno in sede mondiale) è dovuta al radon-222, radionuclide di origine naturale proveniente dal decadimento della catena radioattiva dell'uranio-238, presente nell'aria e nelle falde acquifere naturali. Il 11% della dose è dovuto all'irradiazione interna (prevalentemente dal radionuclide naturale potassio-40), l'8% da radiazione terrestre, l'8% da radiazioni cosmiche, e il restante 18% da applicazioni di tipo biomedico.

14 Pagina 14 di Effetti biologici delle radiazioni ionizzanti Da quando abbiamo scoperto la radioattività, le proprietà di vari radioisotopi sono state sfruttate per impieghi pacifici e purtroppo, talvolta anche a scopi bellici. Ciò ha determinato, da una parte, lo studio degli effetti sull'uomo di dosi di radiazioni anche elevate, e dall'altra, lo sviluppo di principi e strumenti per una efficace protezione dalle radiazioni ionizzanti (radioprotezione). In termini molto generali, gli effetti delle radiazioni ionizzanti sull'uomo possono distinguersi in effetti immediati (detti anche deterministici) ed effetti a lungo termine (detti anche stocastici). Gli effetti immediati sono quelli che, al di sopra di un certo valore di dose, si manifestano indistintamente a tutti coloro che sono stati irradiati, entro un tempo di solito assai breve (non più di qualche giorno o qualche settimana), e per cui la gravità dei danni aumenta con l'aumentare della dose. Ad esempio: una esposizione superiore a 1 Gray comporta, come conseguenze, vomito e netta modificazione della formula del sangue; una esposizione superiore a 5 Gray può provocare il decesso per danno al tessuto emopoietico se il soggetto non è sottoposto a cure adeguate. Nel caso della radioterapia dei tumori, si arriva a somministrare dosi molto più elevate, anche oltre 40 Gray, ma concentrate limitatamente ed esclusivamente al tumore da distruggere. L'esposizione a dosi più o meno elevate di radiazioni ionizzanti può avere effetti a lungo termine che possono provocare cancro o leucemia. Tali effetti si manifestano in modo aleatorio, che non si può predire in modo certo per ciascuna persona sottoposta alle radiazioni. In questi casi, si parla di probabilità di accadimento, che cresce o diminuisce a seconda dell'entità più o meno rilevante della dose assorbita. La stima di tale probabilità è ricavata dai dati sperimentali (epidemiologia) ottenuti osservando le conseguenze dell'esposizione alle radiazioni su persone o gruppi di persone (ad esempio: i giapponesi sopravvissuti alle esplosioni nucleari di Hiroshima e Nagasaki; i lavoratori e le popolazioni limitrofe esposti alle conseguenze di incidenti in installazioni nucleari).

15 Pagina 15 di 29 Si è potuto così stabilire che la probabilità di insorgenza di cancro o leucemia è elevata per alte dosi, mentre è assai limitata per basse dosi. Il limite massimo di dose stabilito dalla legge italiana per le persone del pubblico è 1 millisievert (1mSv) / anno al di sopra della dose naturale di radiazioni. Secondo gli studi sugli effetti a lungo termine, questa dose corrisponde ad una probabilità di sviluppo di un cancro o leucemia mortale pari a 1/ Nei casi in cui la radiazione ionizzante incida su tessuti biologici, può causare gravi danni ai tessuti biologici. Come abbiamo visto la radiazione alfa presenta un basso potere di penetrazione, quindi viene facilmente fermata dallo strato superficiale della pelle costituita da cellule morte, quindi non è pericolosa per l'uomo nei casi di irradiazione esterna. Diventa invece pericolosa nelle situazioni in cui la sorgente radioattiva viene inalata o ingerita (irradiazione interna) perché in questo caso può ledere direttamente tessuti radiosensibili (tipico caso è quello del radon in cui appunto l'isotopo radioattivo viene inspirato e quindi può decadere all'interno del corpo umano emettendo radiazione alfa). La radiazione gamma (fotoni) invece, avendo un potere di penetrazione molto elevato, può risultare pericolosa per gli esseri viventi anche in situazioni di irradiazione esterna. Le radiazioni ionizzanti attraversano lo spazio ad alta velocità, Km al secondo, penetrano nel corpo umano in profondità e danneggiano le sue cellule. Questo danneggiamento può causare l'insorgere di tumori. Poiché ne veniamo colpiti almeno volte ogni secondo sembra che il pericolo sia grave e che una persona colpita da una di queste particelle rischia parecchio. Come mai allora non ci ammaliamo tutti di cancro o subiamo terribili mutazioni genetiche? La risposta è che la probabilità che una di queste particelle causi il cancro è molto bassa, circa 1 su 28 milioni di miliardi: 1/ Per rispondere più approfonditamente dobbiamo però partire un po da lontano. Ogni persona normalmente è colpita dalle radiazioni ionizzanti circa volte per ogni secondo della sua vita (40 milioni di miliardi durate la vita media di un uomo); è stato così per tutti gli uomini e donne che ci hanno preceduto e che sarà cosi anche in futuro. Queste particelle provengono quasi totalmente da fonti naturali. La radiazione naturale di fondo ci colpisce dall'alto (raggi cosmici) con 0,20 msv all'anno, dal basso con i materiali radioattivi sempre presenti nel terreno: Uranio, Potassio, Torio, altri 0,2 msv all'anno anno, da tutte le altre parti con la radioattività

16 Pagina 16 di 29 sempre presente nei materiali usati per le costruzioni, 0,1 msv all'anno, dall'interno del nostro stesso corpo, Potassio-40 e Carbonio-14, ancora 0,25 msv all'anno, il totale da 0,85-1 msv all'anno. Inoltre possiamo aggiungere 0,80 msv, in media, per analisi e terapie mediche e 1,8 msv, in media, dalle radiazioni del gas radon presente nelle case proveniente dal sottosuolo. In totale 3,5 msv all anno. Un flusso di radiazione conosciuto come i raggi cosmici bombarda la Terra di continuo da tutte le direzioni dello spazio. Questo radiazioni consistono principalmente in protoni (nuclei di idrogeno) molto energetici, nonché da nuclei di elementi più pesanti, principalmente elio (raggi alfa). Queste particelle arrivano e collidono con gli atomi della nostra atmosfera e li trasformano in modo simile a quanto fa una particella di un acceleratore creando molti sottoprodotti radioattivi Tra questi vi è il carbonio-14, un isotopo radioattivo del carbonio che si trova in ogni molecola del nostro corpo. Le piante verdi assorbono normalmente questo prodotto radioattivo in modo naturale e lo usano per crescere. Quando mangiamo le verdure o la carne degli animali che le hanno mangiate, quando respiriamo l'aria, assorbiamo anche noi il carbonio-14 che entra così a far parte dei nostri tessuti biologici. In media il carbonio-14 presente all'interno del corpo umano è responsabile per più di disintegrazioni radioattive ogni secondo. 3.5 Le sorgenti naturali di radiazioni Come abbiamo visto ci sono molti altre fonti naturali di radiazione che ci raggiungono in ogni momento. Diversi isotopi radioattivi naturali entrano nel nostro organismo attraverso il cibo, l acqua, con l aria che respiriamo. Una certa quantità di radiazione nel corpo viene prodotta anche in seguito alla collisione diretta dei raggi cosmici con il nostro corpo. La terra stessa è radioattiva. La maggior parte dei questa radiazione deriva dal decadimento naturale dell'uranio e del torio, contenuti in quantità variabili in ogni parte del terreno. Il suolo contiene mediamente 1-3 microgrammi di uranio per grammo, le rocce contengono 0,5-4 microgrammi per grammo, e la sabbia delle spiagge ne contiene circa 3 microgrammi per grammo. Alcune zone della terra sono molto più radioattive di altre. Elevarsi dal livello del mare significa assorbire una radiazione di fondo maggiore rispetto quella al livello del suolo. Le persone che vivono ad altitudini elevate e i piloti di linea ricevere un esposizione molto superiore alla media.

17 Pagina 17 di La radioprotezione Una volta conosciute le conseguenze dannose che l'esposizione alle radiazioni ionizzanti può provocare, è stato necessario provvedere alla predisposizione di adeguate misure di protezione. E' nata così la radioprotezione, ossia un insieme di misure destinate a garantire la protezione dalle radiazioni ionizzanti dei lavoratori, della popolazione e dell'ambiente. Le regole più elementari della radioprotezione sono le seguenti: - allontanarsi dalla sorgente di radiazioni, in quanto l'intensità delle radiazioni diminuisce con la distanza (ad esempio: le installazioni nucleari sono circondate da una "zona di rispetto" che impedisce l'insediamento di attività umane nelle immediate vicinanze); - interporre uno o più dispositivi di schermatura tra la sorgente e le persone (ad esempio, nelle installazioni nucleari, la protezione dei lavoratori e dell'ambiente circostante è assicurata da una serie di schermi costituti da spessori o muri di piombo, di acciaio, di cemento, di materiali speciali); - ridurre al minimo la durata di esposizione alle radiazioni. Queste regole sono peraltro simili a quelle da prendere a riferimento per proteggersi dai raggi solari (ad esempio: l'utilizzazione di creme speciali che fungono da schermo e limitano l'esposizione). In relazione a quest'ultimo enunciato, la legge italiana prescrive che non si debbano superare i seguenti limiti: Per i "lavoratori esposti" (lavoratori impegnati in attività che prevedono l'uso o la manipolazione di radioisotopi) al massimo 20 millisievert/anno in più rispetto alla radiazione naturale (pari, come abbiamo visto, a 2,4 millisievert/anno). Per tutti gli altri individui della popolazione: al massimo 1 millisievert/anno in più rispetto alla radiazione naturale (pari, come abbiamo visto, a 2,4 millisievert/anno).

18 Pagina 18 di 29 I criteri di radioprotezione che devono essere rispettati oggi per la costruzione di una nuova installazione nucleare impongono che la dose che tale nuovo insediamento determina per la popolazione circostante debba essere contenuta entro una piccola frazione rispetto al limite di legge (pari, come già visto, a 1 millisievert/anno in più rispetto alla radiazione naturale).

19 Pagina 19 di ALCUNI DEI PIU IMPORTANTI ISOTOPI RADIOATTIVI 4.1 POTASSIO-40 Sono noti 17 isotopi del potassio K, ma in natura se ne trovano solo tre: il K-39 (93,3%), il K-40 (0,01%) e il K-41 (6,7%), mentre gli altri sono artificiali. Il K-40 decade in Argon gas nobile Ar-40 (11,2%, stabile) per cattura elettronica ed emissione di positroni e in Calcio Ca-40 (88,8%, stabile) per decadimento beta meno; il K-40 ha una emivita ovvero un tempo di dimezzamento di 1, anni. Il decadimento di K-40 in Ar-40 è usato comunemente per datare le rocce; inoltre gli isotopi di potassio sono usati estesamente come tracciante radioattivo negli studi sul clima. Si usa anche per studi sul ciclo dei nutrienti, perché il potassio è un macronutriente necessario per la vita. Il K-40 è abbastanza abbondante rispetto al potassio normale da rendere grosse quantità di sali di potassio una sorgente percettibile di radiazioni. Infatti esso è il più abbondante elemento radioattivo nel nostro corpo, responsabile di disintegrazioni al secondo in un adulto medio. Il Potassio in piccole dosi è un minerale essenziale per la funzione delle cellule, e in ogni grammo che ne consumiamo vi è 0,1 milligrammi dell isotopo radioattivo. Il potassio sta nella frutta, nella verdura e nelle carni. Patate, fichi, pollo, hamburger, agrumi e banane sono quindi tutti alimenti ricchi di potassio-40.

20 Pagina 20 di URANIO-238 L'uranio naturale è composto da una miscela di tre isotopi, U-234, U-235 e U-238, di cui U-238 è il più abbondante (99,3%), mentre il U-234 costituisce una percentuale trascurabile del totale. Questi tre isotopi sono radioattivi; quello dotato di tempo di dimezzamento più lungo è il U-238 (con un'emivita di 4, anni), seguono U-235 (7, anni) e U-234 (2, anni). L' U-238 emette prevalentemente particelle alfa decadendo nell elemento chimico Torio Th-234. A sua volta, questo decade, continuando la catena fino a giungere al Piombo Pb-206, stabile. All'interno dell'uranio naturale l'attività specifica degli isotopi U-234 e U-238, praticamente la stessa per entrambi gli isotopi, è quantificabile in 12,4 kbq/g (1 becquerel Bq rappresenta una disintegrazione al secondo) e si classifica nella fascia di rischio più bassa tra gli isotopi radioattivi. All'interno dell'uranio naturale, l'attività specifica da attribuirsi all'isotopo U-235 è molto inferiore (0,6 kbq/g), essendo questo presente solo in una frazione minima ed avendo una vita media approssimabile allo stesso ordine di grandezza del U-238. Va necessariamente precisato, tuttavia, che il rischio indotto dalla radioattività dipende essenzialmente dalla concentrazione dell'isotopo di uranio nell'ambiente (misurata ad esempio in kbq/cm³) piuttosto che dalla sua attività intrinseca. A dosi non letali, la tossicità chimica dell'uranio può comunque produrre danni all'organismo: inalato in genere sotto forma di ossido (altamente solubile), l'uranio si discioglie nei liquidi delle mucose polmonari, ed entra rapidamente nel sangue. Nonostante gran parte dell'uranio assorbito venga espulso con le urine, la parte che non è eliminata si accumula nelle ossa e soprattutto nei reni; le conseguenze di questo accumulo producono effetti tipici dell'avvelenamento da metalli pesanti: dermatiti, gravi degenerazioni dei reni, necrosi delle arterie. I danni da radiazione sono permanenti; l'uranio fissato nelle ossa e nei vari organi attraversati irraggia le cellule circostanti, con effetti particolarmente gravi sul midollo osseo. Inoltre le particelle inalate che non finiscono nel sangue possono restare nelle vie respiratorie per lungo tempo.

21 Pagina 21 di 29 L'uranio non è assorbito attraverso la pelle; le particelle alfa che emette non sono in grado di penetrare la pelle, ciò rende l'uranio esterno al corpo molto meno pericoloso di quello inalato o ingerito. Una persona può esporsi all'uranio sia inalandone le polveri nell'aria che ingerendolo con il cibo e con l'acqua; si calcola che l'assunzione media quotidiana di uranio sia compresa tra 0,7 e 1,1 µg. Persone che vivono in aree vicine a miniere che ne lavorano i minerali possono essere esposte a livelli di radioattività più elevati per via della produzione di polveri sottili e gas radon che vengono trasportati dai venti nelle zone circostanti. Per la stessa ragione, senza un'adeguata ventilazione i lavoratori delle miniere sono esposti ad un elevato rischio di contrarre il cancro o altre malattie polmonari estremamente gravi. Anche le acque usate dalle miniere per il trattamento del minerale possono diventare veicolo di contaminazione per le aree vicine. L elemento ha capacità mutagene, poichè è in grado di penetrare nel nucleo cellulare e legarsi chimicamente al DNA, alterandolo e provocando errori nella produzione delle proteine, e portare le cellule in stato precanceroso. L uranio ingerito, inalato, o presente nei frammenti di proiettile incorporati può essere solubilizzato dall organismo e depositarsi in diversi organi. L uranio è normalmente distribuito in tutti i tessuti dell organismo, in quantità comprese fra i 2 ed i 62 mg. Inoltre l uranio inalato, soprattutto le particelle di minori dimensioni (<10 mm), si depositano nei bronchi, ed in particolare negli alveoli. L 80% dell uranio depositato viene però rimosso dai meccanismi mucociliari dei bronchi, e quindi ingoiato, passando nel tratto gastrointestinale, da dove viene rapidamente escreto. Circa l 1% dell uranio inalato finisce nel sistema sanguigno, entrandovi dai polmoni, dai linfonodi, o dall intestino. Per quanto riguarda l uranio ingerito (per esempio, per deglutizione degli aerosol), una frazione compresa fra 0 e 2.5% viene assorbita dall intestino, mentre il rimanente viene escreto. Complessivamente, circa il 90% dell uranio inalato o ingerito viene escreto con le urine nel giro di 3 giorni. In tempo di dimezzamento effettivo, ovvero il tempo necessario affinché la metà della quantità di radionuclide venga eliminato dall organo, è quindi

22 Pagina 22 di 29 completamente dominato dal tempo di dimezzamento biologico, ed è dell ordine di un giorno. A causa di questa efficiente eliminazione, l analisi della concentrazione di uranio nelle urine costituisce una misura sensibile dell esposizione al metallo. In condizioni normali, ogni individuo elimina dai 50 ai 500 ng di uranio al giorno con le urine. L uranio che non viene escreto si distribuisce in tutti gli altri organi, principalmente nelle ossa, nei reni, nel fegato, nei polmoni, nel grasso e nei muscoli. Le cellule animali esposte al sale di uranio solubile in acqua (acetato di uranile, UO 2 (CH 3 COO) 2 ) vanno soggette a mutazioni genetiche determinando tumori e altre patologie, indipendentemente dalle sue proprietà radioattive. L'esposizione sia a composti chimici di uranio impoverito sia di uranio naturale può, in generale, indipendentemente dalle sue proprietà radioattive: causare danni ai reni, pancreas, stomaco/intestino mostrare effetti citotossici e carcinogeni in animali

23 Pagina 23 di RADON-222 Poiché il radon è un gas radioattivo, può risultare cancerogeno se inalato, in quanto emettitore di particelle alfa. La principale fonte di questo gas risulta essere il terreno,- altre fonti possono essere in misura minore i materiali da costruzione, specialmente se di origine vulcanica come il tufo o i graniti e l'acqua, dal quale fuoriesce e si disperde nell'ambiente, accumulandosi in locali chiusi ove diventa pericoloso. L'isotopo più significativo per la dose dell'uomo è il radon-222, che ha un tempo di dimezzamento di 3,82 giorni. Esso deriva, per decadimento alfa, dalla catena di decadimento dell'uranio-238 e del radio-226. Il radon, in generale, ha una grande volatilità e inerzia chimica: per cui, difficilmente reagisce con altri elementi, e tende a risalire in superficie. Il radon e i suoi discendenti nella catena di decadimento a loro volta emettono particelle alfa e un'elevata densità di radiazioni ionizzanti. I livelli di guardia sono 150 Bq/m³. Più alta è la concentrazione nell'ambiente più alto è il rischio di contrarre il tumore. Un metodo immediato per proteggersi dall'accumulo di questo gas è l'aerazione degli ambienti, soprattutto nei casi in cui questi siano interrati o a contatto diretto col terreno. Questa tecnica risulta spesso però insufficiente o inefficace e, specialmente nei mesi invernali dispendiosa in termini di riscaldamento dei locali. La prima cosa da fare, nei casi in cui si sappia di essere in una zona a rischio, è di effettuare delle misurazioni di concentrazione presso la propria abitazione atte a determinare se questo problema esiste veramente. Infatti non è sufficiente sapere che edifici vicini al nostro sono contaminati da radon poiché l'emissione di questo gas dipende da numerosissimi fattori, difficilmente determinabili a priori.

24 Pagina 24 di TORIO-232 In natura il torio si presenta con un unico isotopo, Th-232, che è il più stabile dei 25 isotopi conosciuti. Il Torio Th-232 ha un'emivita di oltre 14 miliardi di anni, seguono in ordine di stabilità decrescente Th-230 (75380 anni), Th-229 (7340 anni) e Th-228 (1,92 anni). Tutti gli altri rimanenti isotopi hanno emivite comprese tra i 30 mesi e 25 ore. Il torio metallico polverizzato si incendia molto facilmente e deve essere maneggiato con cautela. La disintegrazione di isotopi instabili del torio produce un isotopo del radon (Rn-220): il gas Radon è radioattivo e pericoloso per la salute. Perciò è fondamentale che i locali in cui è immagazzinato del torio siano ben ventilati. L'esposizione al torio in aria può portare ad un aumento del rischio di cancro ai polmoni, al pancreas, ai reni e al sangue. L'ingestione di torio provoca danni al fegato RADON-220 "Thoron" è il nome che identifica l'isotopo del radon con peso atomico 220. Può risultare anch'esso dannoso per la salute umana in quanto, come il Rn-222 è un emettitore alfa e si presenta in stato di gas. Poiché il tempo di decadimento è di circa 55 secondi si presuppone che la sua presenza nelle abitazioni sia mediamente minore rispetto al Rn-222 in quanto il contributo fornito dal suolo (principale sorgente del gas) viene notevolmente ridotto. In presenza però di rocce o materiali da costruzione che contengano elevati quantitativi di torio si possono rilevare significativi accumuli di thoron. Attualmente in Italia esistono ancora pochi studi atti a determinare la concentrazione di thoron all'interno delle abitazioni.

25 Pagina 25 di RAGGI COSMICI I raggi cosmici sono particelle energetiche provenienti dallo spazio esterno, alle quali è esposta la Terra e qualunque altro corpo celeste, nonché i satelliti e gli astronauti in orbita spaziale. La loro natura è molto varia con energie molto elevate, così come varia è la loro origine: il Sole, le altre stelle, fenomeni energetici come novae e supernovae, fino ad oggetti remoti come i quasar. In media, una particella incide su ogni centimetro quadrato di superficie sulla Terra ogni secondo. I raggi cosmici hanno aiutato lo sviluppo della fisica delle particelle: dallo studio di tale radiazione spaziale, sono state scoperte particelle come il positrone (la prima particella di antimateria mai scoperta), il muone, e le particelle strane, in un'epoca nella quale la tecnologia degli acceleratori non era sviluppata. Ancora oggi, tuttavia, l'energia dei raggi cosmici è milioni di volte superiore rispetto a quella che si può ottenere dagli acceleratori terrestri. Nei casi in cui manchi lo schermo dell'atmosfera, come nei satelliti artificiali, i raggi cosmici pongono un problema notevole: l'elettronica di bordo deve essere irrobustita e schermata pena malfunzionamenti, e nel caso di missioni con equipaggio umano gli astronauti stessi sono sottoposti al bombardamento di raggi cosmici che possono avere effetti ionizzanti e quindi altamente pericolosi sui tessuti biologici.

26 Pagina 26 di RAGGI X In fisica i raggi X (o raggi Röntgen dal suo scopritore) sono quella porzione di spettro elettromagnetico con lunghezza d'onda compresa approssimativamente tra 10 nanometri (nm) e 1/1000 di nanometro (1 picometro). I raggi X si affiancano ai raggi gamma, più energetici, ma vengono distinti da essi a seconda della loro origine: i fotoni X sono prodotti da variazioni della cinetica degli elettroni, mentre quelli gamma da transizioni e decadimenti all'interno di un nucleo atomico (origine nucleare), o dall'annichilazione di un positrone e di un elettrone. I raggi X sono usati principalmente per fini medici (attraverso le radiografie), nell'analisi chimica con la spettrofotometria XRF e nell'analisi della struttura dei materiali con la cristallografia a raggi X e con la spettroscopia di assorbimento dei raggi X. In laboratorio si riescono a raggiungere risoluzioni di 62 nanometri. I raggi X hanno un potere di penetrazione molto elevato: solo spessori dell'ordine dei centimetri di piombo o delle decine di centimetri di calcestruzzo possono fermarli. Raggi X e raggi gamma, come le radiazioni ionizzanti in genere, sono classificati dagli anni '70 come agenti cancerogeni noti, nell'impiego radiologico e tomografico, e al contempo uno dei metodi di indagine più utili. Prima di sottoporsi a esami inutili, occorre che un esperto valuti il rapporto rischi-benefici, evitando che l'eccesso diagnostico si trasformi in una concausa della malattia. Studi successivi hanno dimostrato il rischio di malformazioni e di cancro nei neonati, se questi o le donne in gravidanza vengono sottoposte ai raggi X

27 Pagina 27 di CONNESSIONI CON IL NUMERO AUREO E I NUMERI DI FIBONACCI Circa la Tab.1, notiamo che alcuni rapporti orizzontali per ogni sorgente, tranne che per i raggi cosmici (0,36/0,36=1) potrebbero essere connessi al numero aureo 1,618 e ai numeri di Fibonacci. Solo un caso? TAB. 1 modificata in tal senso: Sorgente Esposizione esterna(msv/anno) Esposizione interna(msv/anno) Raggi cosmici 0,36 0,36 Potassio-40 Totale(mSv/anno) 0,33 0,18 Rapporto 0,18/0,15= 1,20 1,19 = ( 1, ,618 = Rapporto 0,33/0,18= 1,8333 2*1,618 = 3,236= 1,7988 Rapporto 0,33/0,15= 2,2 0,15 Uranio-238 e radioisotopi associati 0,10 1,1989 = circa media tra le prime due radici di 1,618 1,24 Rapporto1,24/0,10 = 34/13 = 2,6 1,618^2 1,34

28 Pagina 28 di 29 12,4 13 numero di Fibonacci Rapporto 1,34/0,10 =13,4 13 Rapporto 1,34/1,24 =1,080 1,061= 1,618 Torio-232 radioisotopi associati e 0,34 Rapporto 0,34/0,16=2,125 34/13= 2,615= 1,618^2 Rapporto 0,34/0,16 = 1,8888 0,18 Rapporto 0,18/0,16= 2*1,618 = 3,236= 1,7988 1,125 1,1278 = 0,16 1,618

29 Pagina 29 di RIFERIMENTI - 1) Wikipedia