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Energia nucleare PDF Stampa E-mail
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Scritto da Maria Rispoli   
Venerdì 18 Marzo 2011 02:52

Atomi, elementi chimici e Isotopi

La materia che ci circonda (aria, acqua, terra, oggetti ed esseri viventi) è costituita da atomi, che a loro volta sono fatti da un nucleo estremamente piccolo, delle dimensioni di un Fermi (1fm = un milione di miliardi di volte più piccolo di un metro) e di carica positiva, circondato da una nuvola di elettroni di carica negativa.

 

Il nucleo dell’atomo è costituito dai protoni, carichi positivamente, e dai neutroni, che sono invece privi di carica elettrica e perciò neutri (come dice il loro stesso nome). Il numero di protoni è uguale al numero di elettroni, così che l'atomo è elettricamente neutro.

 

La struttura dell’atomo (nucleo di protoni e neutroni ed elettroni orbitanti intorno al nucleo) è la stessa per tutti gli elementi chimici che conosciamo. Quello che cambia da un elemento all’altro è il numero dei protoni (e quindi degli elettroni) e dei neutroni che l’atomo contiene. Il numero totale di protoni nel nucleo viene chiamato “numero atomico” e si indica con la lettera Z. Esso determina di quale elemento chimico si tratta: così ad esempio l'elemento chimico con 8 protoni è l'ossigeno, quello con 26 protoni è il ferro, quello con 79 protoni è l'oro, quello con 92 protoni è l'uranio e così via.

La somma del numero dei protoni più il numero dei neutroni viene chiamato “numero di massa” e si indica con la lettera A. Mentre il numero di protoni di un elemento chimico è fisso (infatti abbiamo detto che questo numero, Z, caratterizza l’elemento), il numero di neutroni può essere variabile. In questo caso parliamo di “isotopi” di un elemento chimico. Ad esempio: il ferro presente in natura è costituito da 4 isotopi, tutti con 26 protoni ma con 28, 30, 31 e 32 neutroni rispettivamente. Gli isotopi sono identificati dal nome dell'elemento e dal numero di massa, che viene di solito riportato in alto a sinistra del simbolo dell’elemento chimico, per esempio l’isotopo del Carbonio con numero di massa 14 si indica con 14C.

In natura esistono circa 90 elementi (dall'idrogeno, il più leggero, all'uranio, il più pesante) e circa 270 isotopi. Oltre agli isotopi da sempre presenti in natura (isotopi naturali), esistono oggi un gran numero di isotopi artificiali, cioè prodotti dall'uomo. Esempi di isotopi artificiali sono il cobalto-60 (27 protoni, 33 neutroni), usato in radioterapia e il plutonio-239 (94 protoni, 145 neutroni), usato come combustibile nelle centrali nucleari.

L’energia nucleare

L'espressione energia nucleare (anche detta, impropriamente, atomica) indica l'energia che viene liberata dalla trasformazione di nuclei atomici.

Nell'interno dell'atomo esiste una "forza nucleare" che si oppone alla disgregazione del nucleo. Questa forza si sviluppa solo fra le particelle del nucleo, o nucleoni, quindi fra protoni e protoni, fra neutroni e neutroni, e fra protoni e neutroni.

A causa del suo limitato campo d'azione, questa forza agisce solo quando due particelle del nucleo sono immediatamente vicine, mentre la forza elettrica di repulsione fra due protoni è attiva anche se fra i due protoni ci sono altre particelle.

Quindi è chiaro che tutti i protoni si respingono per la forza elettrica e che solo i nucleoni immediatamente vicini sono attratti dalla forza nucleare. Ma per raggiungere un equilibrio fra queste due forze e far sì che il nucleo non si disintegri, occorre sempre un certo rapporto fra il numero dei protoni e quello dei neutroni: se aumenta uno, deve in proporzione aumentare anche l'altro.

L'energia nucleare è una fonte energetica da valutare attentamente sia negli aspetti positivi che negativi. In primo luogo è necessario comprendere il suo funzionamento.

Ai fini della produzione elettrica, l'unica trasformazione nucleare che libera energia d'interesse industriale è, almeno per ora, la fissione, che consiste, in pratica, nella “rottura” di nuclei pesanti, come quelli di uranio.

Se, ad esempio, il nucleo di un isotopo pesante dell'uranio viene sottoposto a “bombardamento” di neutroni, si scinde in due grossi frammenti e, in più, produce energia e due-tre neutroni, che a loro volta possono “bombardare” altri isotopi di uranio innescando una reazione a catena.

 

Ciò è proprio quanto accade in una centrale nucleare, ove il “combustibile” (tipicamente costituito da isotopi di uranio) viene sottoposto a reazioni a catena di fissione nucleare.

Il calore prodotto in grande quantità viene asportato da opportuni sistemi di raffreddamento e trasferito a generatori di vapore, i quali, a loro volta, azionano convenzionali gruppi turboalternatori per la produzione di energia elettrica.

L’impiego dell’energia nucleare in campo civile ha una storia piuttosto recente, avendo avuto inizio all’indomani della seconda guerra mondiale.

Ed è una storia che potrebbe avere lunga vita davanti a sé dal momento che le riserve di uranio sono relativamente abbondanti sul Pianeta.

Il suo sviluppo, invece, ha conosciuto una forte battuta d’arresto nel 1986 a seguito della catastrofe di Chernobyl, che spinse diversi Paesi a rivedere i propri programmi di sviluppo elettronucleare.

In questo scenario l’Italia fece una scelta ancora più radicale: quella di rinunciare all’apporto fornito dalle centrali elettronucleari arrestando i tre impianti che erano in esercizio (Latina, Caorso e Trino Vercellese) e rinunciando alla realizzazione di un impianto che era in fase avanzata di costruzione (Montalto di Castro).

Nonostante l’evento traumatico di Chernobyl, numerosi Paesi al mondo non solo non hanno spento le loro centrali nucleari, come ha fatto l’Italia, ma ne stanno progettando di nuove, sia in Europa (Francia, Russia e Finlandia) sia in Asia.

Nel 2004 erano in esercizio 440 impianti nucleari in 31 nazioni per una potenza elettronucleare installata di circa 360 GW.

 

 

Tale potenza equivale a circa il 6 % della produzione di energia primaria nel mondo.

  

Per quanto concerne invece la produzione di energia elettrica, la fonte nucleare contribuisce per circa 2.600 miliardi di kWh, pari al 17% dell’energia elettrica prodotta a livello mondiale dalle diverse fonti (2003). In Europa, dove tutti i principali Paesi sono dotati di centrali elettronucleari, il mix di generazione elettrica vede il nucleare coprire una quota del 32%.

  

Proprio le preoccupazioni ambientali che ne hanno segnato il cammino sono oggi all’origine di un rinnovato interesse verso l’opzione nucleare, che si sta manifestando in tutto il mondo e anche nel nostro Paese. L’assenza di emissioni inquinanti e di anidride carbonica nel processo di generazione di energia elettrica di una centrale nucleare rappresenta, infatti, un forte punto a favore verso una fonte che non concorre all’accumulo in atmosfera di gas climalteranti.

In un momento storico in cui i Paesi dell’Unione Europea sono costretti a fare i conti con i costi derivanti dal rispetto degli impegni del Protocollo di Kyoto, l’Italia potrebbe pagare un conto più salato degli altri anche come conseguenza di una scelta che si è tradotta oggi in uno svantaggio competitivo. La stessa Germania che pure ha dichiarato che non intende sostituire le sue centrali nucleari via via che diventeranno obsolete continua a produrre oltre il 30% della sua energia elettrica da questa fonte e continua a spostare in avanti la data del cosiddetto phase out.

 

Reazioni nucleari

I protoni del nucleo atomico tendono a respingersi e disintegrerebbero il nucleo se non esistessero le forze di coesione, di energia molto elevata.

La reazione nucleare consiste nella modificazione, anche solo in parte, dell'equilibrio delle forze di coesione del nucleo, ottenendo una grande quantità di energia che si manifesta sotto forma di calore e di altre radiazioni.

Quando la reazione nucleare viene ottenuta unendo i nuclei più leggeri, si parla di "fusione nucleare", se invece si scindono i nuclei più pesanti, si tratta di "fissione nucleare".

La reazione che si sfrutta nei reattori nucleari è la "fissione", mentre la "fusione", che avrebbe il vantaggio di non dare luogo a scorie radioattive, è ancora in fase sperimentale

 

La fissione

La "fissione" di un nucleo viene ottenuta bombardando il nucleo con un adatto "proiettile" dotato di sufficiente energia, che può essere un protone o un neutrone o raggi gamma di tipo elettromagnetico che vengono emessi spontaneamente dai nuclei atomici di sostanze radioattive.

  

Se uno di questi "proiettili" colpisce un nucleo, esso si modifica ed emette un neutrone che, a sua volta, può colpire un altro nucleo e liberare altri neutroni, innescando la cosiddetta "reazione a catena" che mantiene il processo di "fissione" indefinitamente attivo, ossia in grado di autosostenersi, liberando enormi quantità di energia.

Se, ad esempio, si ottenesse la "fissione" completa di 1 kg di uranio, si ricaverebbe energia pari a quella della combustione di 2.600 tonnellate di carbone. Le reazioni nucleari che avvengono nei reattori nucleari sono "fissioni" nucleari dovute all'emissione di neutroni da parte del materiale fissile impiegato, che viene chiamato anche "combustibile nucleare". Questi neutroni hanno velocità (ed energia) più o meno elevata a seconda del mezzo che devono attraversare dopo essere stati emessi; possiamo quindi avere neutroni "veloci" con elevata energia e neutroni "lenti" o "termici" con minore energia.

 Vari tipi di nuclei

I nuclei di molti atomi sono stabili cioè, se lasciati in disparte, rimangono inalterati nel tempo. Questi sono i nuclei della maggior parte degli elementi naturali.

Altri nuclei sono instabili, cioè si frammentano in un tempo brevissimo di circa 1 milionesimo di miliardesimo di secondo. Questi nuclei sono ovviamente assenti in natura: appena se ne forma uno per un qualunque motivo, subito esso "scompare" per fissione nucleare.

Altri nuclei sono semi-stabili: cioè tendono a rompersi in un tempo relativamente lungo, da qualche secondo a qualche milione di anni. Questi nuclei esistono in natura, sebbene in piccole quantità, e vengono chiamati "debolmente radioattivi". Per stimolare i nuclei debolmente radioattivi bisogna, in qualche modo, modificarli. Uno dei metodi più semplici per sbilanciare qualcosa o qualcuno è quello di urtarlo. Così è anche per questi nuclei: se vengono urtati da un neutrone, ad esempio, essi tendono a decadere, cioè a rompersi, immediatamente. Quindi, concentrando in un piccolo volume notevoli quantità di un materiale debolmente radioattivo possiamo sperare che alcuni dei neutroni prodotti nelle (poche) fissioni naturali che avverrebbero comunque vadano a colpire altri nuclei, rendendoli instabili, provocando altre fissioni, e così via. Se riusciamo a far autoalimentare questo processo a catena, otterremo rapidamente una grande quantità di energia. Questo meccanismo è quello che sta alla base della costruzione delle cosiddette bombe nucleari a fissione, cioè quelle il cui meccanismo di produzione di energia si basa sulla fissione di nuclei pesanti in nuclei più leggeri.

Due elementi si sono rivelati particolarmente utili per la costruzione di questo tipo di bombe: l'uranio ed il plutonio.

 Materiali fissili

I materiali fissili, che possono subire facilmente la "fissione", sono l'uranio, il protoattinio ed il torio, questi due ultimi, però, solo con neutroni "veloci".Agli effetti della reazione nucleare sono più efficaci i neutroni "lenti" poichè quelli "veloci" richiedono materiali fissili con elevato grado di purezza, quindi difficili da produrre e molto costosi.

L'uranio è la materia prima delle centrali nucleari a fissione. Una minima quantità di uranio consente di produrre un'elevata quantità energia, e a differenza del carbone o del petrolio, senza emissioni di anidride carbonica (principale  causa dell'effetto serra). Non esistono stime ufficiali sull'estrazione annuale di uranio. Questi dati sono coperti dal segreto militare o dal segreto di Stato.

La "reazione a catena" si autosostiene solo se i neutroni che producono la "fissione" sono in numero superiore a quelli che, per cause varie, si disperdono; per ottenere un buon risultato si dà una disposizione adeguata al combustibile nucleare adottando una disposizione a sfera (tipico aspetto delle centrali nucleari), ed impiegando composti di elementi leggeri, come grafite, acqua pesante, acqua naturale, con il compito di "moderatori", ossia di ridurre la velocità dei neutroni che, urtando contro i nuclei di queste sostanze, perdono parte della loro energia cinetica.

  

Quando la "reazione a catena" è incontrollata, si giunge all'esplosione.

 La scoperta della fissione nucleare

La scoperta della fissione nucleare è dovuta in larga parte agli esperimenti di Fermi, il quale per primo bombardò con neutroni l'uranio naturale, durante gli anni '30.

Dopo la scoperta del neutrone da parte di Chadwick nel 1932, i fisici compresero di avere la chiave per manipolare il nucleo atomico. Infatti, il neutrone non possiede carica ed è capace di penetrare fin dentro il nucleo senza interagire con le cariche delle altre particelle (protoni ed elettroni). Vari nuclei furono bombardati con neutroni dai fisici, e tra loro c'era anche Enrico Fermi che scoprì per primo circa trentasei nuovi isotopi radioattivi. Fermi, inoltre, scoprì che se il neutrone che è sparato contro il nucleo viene rallentato fino a raggiungere la velocità termica, la normale velocità del moto degli atomi, ha una maggiore probabilità di venir assorbito da un nucleo, perché resta più a lungo nelle sue vicinanze. La probabilità che una data specie di nucleo catturi un neutrone è chiamata sezione d'urto, termine che descrive il nucleo come un bersaglio di determinata grandezza. Quando un nucleo cattura un neutrone, il suo numero atomico rimane invariato perché la carica del nucleo non viene alterata, mentre il peso atomico sale di un'unità. L'energia conferita al nucleo dall'ingresso del neutrone può eccitare il nucleo, cioè accrescere il suo contenuto energetico. Questo surplus di energia viene poi emesso sotto forma di raggio gamma, ma il nuovo nucleo che si è formato spesso è instabile. Dato che il bombardamento con i neutroni è un facile metodo per convertire un elemento in quello successivo, Fermi pensò di bombardare un atomo di uranio per vedere se si sarebbe creato in modo artificiale un nuovo elemento. Ci volle un po' di tempo da parte dei fisici di tutto il mondo per capire che il prodotto del bombardamento dell'uranio non era in realtà un nuovo elemento ma due elementi con peso atomico uguale alla metà di quello dell'uranio ; in parole povere il bombardamento aveva spezzato in due l'atomo, era avvenuta una fissione nucleare. La fissione liberava una quantità straordinaria di energia, di gran lunga superiore della semplice radioattività, e durante la reazione venivano liberati due o tre neutroni. Quest'ultimo fatto era estremamente importante, poiché ciò rendeva possibile la realizzazione di una reazione nucleare a catena che permetteva la produzione di notevoli quantità di energia. Ma in quel periodo il mondo si trovava a dover affrontare la Seconda Guerra Mondiale, e subito fu compresa la possibilità di utilizzare quell'energia per scopi bellici.

 Fusione

A temperature molto alte, nell'ordine dei milioni di gradi, l'energia dei protoni è abbastanza sufficiente per consentire la loro fusione: così due protoni di due atomi di idrogeno si possono unire, e dopo aver emesso un positrone e un neutrino (processo che converte uno dei protoni in un neutrone) costituiscono un nucleo di deuterio, un isotopo dell'idrogeno. Questo, a sua volta, può fondersi con un protone dando origine a un nucleo di trizio, che può fondersi con un altro protone formando un nucleo di elio 4 ; oppure i nuclei di deuterio e di trizio possono combinarsi in altri modi, formando sempre elio 4.

  

Queste reazioni avvengono solo in presenza di altissime temperature, per questo vengono chiamate reazioni termonucleari. Negli anni trenta si credeva che queste temperature fossero raggiunte soltanto all'interno delle stelle, ma con la bomba basata sulla fissione dell'uranio l'uomo fu capace di raggiungere le temperature necessarie anche sulla terra. La fissione poteva così innescare nell'idrogeno una reazione di fusione nucleare a catena.

  

La fissione nucleare, cioè la frammentazione di nuclei più pesanti in nuclei più leggeri, non è l'unica strada possibile per liberare energia nucleare. Anche la "fusione nucleare" di nuclei leggeri, come l'idrogeno, in nuclei più pesanti è un processo in grado di liberare energia. Anzi la fusione è un fenomeno di gran lunga più frequente in natura. Tutte le stelle sono composte in larghissima percentuale di idrogeno ed elio. La materia stellare si trova in condizioni estremamente diverse da quelle a noi abituali, con valori elevatissimi di pressione e temperatura.

  

Queste altissime temperature e pressioni sono in grado di realizzare ciò che alle nostre condizioni è difficilissimo: comprimere i nuclei l'uno così vicino all'altro, lavorando contro le forze di repulsione elettrica, tanto da permetterne la fusione. Ricordiamo infatti che tutti i nuclei sono carichi positivamente. Quando cerchiamo di avvicinare due nuclei per fonderli, essi tendono a respingersi.

La massima distanza alla quale le forze nucleari sono attive corrisponde all'incirca alle dimensioni stesse del nucleo. Pertanto fino a quando i due nuclei sono separati essi sono soggetti alla sola forza elettrica repulsiva. Solo quando riusciremo a portarli così vicini da "toccarsi" allora le forze nucleari potranno entrare in gioco permettendone la fusione. E' come se ci fosse in cima ad una collina un profondo buco che termina più in basso dell'altezza stessa della collina. Se vogliamo far cadere un masso in quel buco, guadagnando così una grossa quantità di energia, dovremmo prima farlo salire spendendo una certa quantità di energia. La situazione per la fusione nucleare è simile. Fino a quando i due nuclei sono separati, per avvicinarli dobbiamo compiere un lavoro contro le forze elettriche repulsive, come per portare il masso in cima alla collina. Quando i due nuclei arrivano a contatto, allora le forze nucleari possono liberare una grande quantità di energia, come quando, arrivati finalmente in vetta alla collina, lasciamo cadere il masso dentro al buco. Il grande lavoro svolto contro le forze elettriche per avvicinare i due nuclei fino a toccarsi viene molto più che ripagato dall'energia nucleare liberata dalla fusione.

 Vantaggi e svantaggi

Nelle centrali nucleari l'energia scaturisce dal bombardamento dell'uranio con neutroni.

  

La fissione poneva le basi per poter sfruttare l’energia nucleare se solo si fosse trovato il modo per poterla “controllare”. Il primo dispositivo fu ideato da Fermi a Chicago il 2 dicembre 1942: tale apparecchio venne chiamato pila atomica o reattore nucleare.

Durante questo processo viene emessa radioattività ad alta intensità. Gli oggetti e i metalli esposti alle radiazioni diventano essi stessi radioattivi, ossia scorie radioattive. Le scorie dovranno essere stoccate per migliaia di anni fin quando non decade il livello di radioattività. Il grado di radioattività non consente all'uomo di avvicinarsi alle scorie e, al momento, la scienza non è in grado di distruggere le scorie radioattive o di accelerare il periodi di decadimento della radioattività.

Fin qui i vantaggi che hanno determinato lo sviluppo dell'energia nucleare nella seconda metà del novecento.

  

Esiste anche la fusione nucleare che in natura avviene nel Sole;consiste nella trasformazione di un isotopo dell’idrogeno in elio con produzione di luce e calore.

In passato è stata utilizzata per realizzare la bomba H, uno strumento più potente della bomba atomica;è stata prodotta per ora in laboratorio e i risultati fanno prevedere che entro la fine di questo secolo potrebbero entrare in funzione le prime centrali a fusione.

Su altri aspetti il nucleare non trova ancora valide risposte:

  • Il principale svantaggio del nucleare sono le drammatiche conseguenze in caso di incidente. L'epilogo di Chernobyl ha causato conseguenze globali e, ancora oggi, non si conosce il reale impatto sulla salute. Se da un lato le nuove centrali di ultima generazione garantiscono un livello di sicurezza elevato, dall'altro non si può fare a meno di pensare che anche la centrale di Chernobyl era stata considerata sicura a suo tempo.
  • Le scorie radioattive devono essere stoccate per migliaia di anni. Nessun paese al mondo è giunto a una soluzione definitiva di stoccaggio. In Italia, nel 2003 si fermò in protesta un'intera regione italiana per impedire la realizzazione di un deposito geologico di scorie.
  • La produzione di armi nucleari resta l'ultimo grande handicap. Non si può negare un legame tecnologico tra la produzione civile di energia nucleare e l'industria bellica. Nel 2004 gli USA e altri paesi occidentali fecero grande pressione sull'Iran per impedire la costruzione di una centrale nucleare civile proprio per il timore che questi impianti fossero utilizzati anche per finalità belliche. Pertanto il legame tra le due attività esiste.
  • Il costo reale del nucleare. Da circa 15 anni nessun paese occidentale, salvo la Finlandia, ha messo in cantiere nuove centrali nucleari. Il nucleare comporta costi elevati fin dalla realizzazione degli impianti. Vanno poi ad aggiungersi i costi militari per garantire la sicurezza dagli attentati terroristici e i costi per smantellare la centrale nucleare al termine della sua attività. Tutti questi costi non sono sostenibili da un'industria privata. Lo Stato deve necessariamente intervenire a copertura delle spese aumentando tasse e imposte ai contribuenti. In breve, il basso costo dell'energia in bolletta potrebbe essere più che compensato dall'aggravio fiscale in termini di imposte.
  • La localizzazione degli impianti nucleari. Le comunità locali sono restie ad accettare un deposito di scorie o una centrale nucleare vicino casa.

Abbiamo considerato sia i pro sia i contro dell'energia nucleare. Volendo sintetizzare il nucleare a fissione realizzato con reattori di ultima generazione è relativamente sicuro. Resta però il problema dei costi sociali e quello della localizzazione delle centrali e del deposito di scorie. Finora nessuna soluzione sembra essere stata condivisa con i cittadini del luogo destinato ad ospitare un deposito di scorie.

  

La stima sul numero totale di testate nucleari presenti nei vari arsenali è abbastanza difficile, soprattutto perché il numero e la dislocazione delle testate tattiche è rigorosamente segreta. USA e URSS dispongono di circa 20.000 testate nucleari strategiche, con potenze da alcune decine di Kiloton fino a 10 Megaton (Kiloton e Megaton sono delle unità di misura ). Comprendendo anche le armi tattiche (cioè quelle disegnate appositamente per essere usate in supporto ad altre azioni militari, siano esse nucleari o convenzionali) il numero totale di testate sale a circa 50.000, per una potenza distruttiva complessiva di 15.000 Megaton. Questa potenza è equivalente ad oltre 1milione di bombe come quella esplosa su Hiroshima (che ne venne completamente distrutta).

Si è calcolato che la potenza complessiva di tutte le bombe esplose sulla Terra dalla scoperta della polvere da sparo in avanti, in tutte le guerre, sia stata di circa 10 Megaton. La potenza disponibile per la prossima guerra è all'incirca 1.500 volte più grande di quella impiegata per tutte quelle che l'hanno preceduta.

Il primo effetto è noto come onda d'urto. Si tratta dell'effetto proprio di una qualunque esplosione. L'aria circostante alla zona dell'esplosione viene compressa e, conseguentemente, esercita una violenta ed intensissima pressione su muri, oggetti e persone. Questo effetto provoca già di per sé un certo numero di vittime e danni elevati. La differenza tra l'onda d'urto di un'esplosione nucleare e quella di una qualunque bomba convenzionale, per quanto grande sta nella potenza messa in gioco e dalla distanza massima alla quale si provocano distruzioni: mentre per una bomba convenzionale l'onda d'urto ha effetti apprezzabili per un raggio di qualche decina di metri, per un'esplosione nucleare si arriva a qualche chilometro.

Il secondo effetto di una qualunque esplosione è la generazione di calore in grande quantità. Una normale bomba provoca temperature di qualche migliaio di gradi: temperature in grado di provocare incendi, ma che decrescono rapidamente nel giro di una decina di metri. Nel caso di una bomba termonucleare la temperatura raggiunge la decina di milioni di gradi ed è quindi in grado di provocare danni ben maggiori e su di un'area molto più vasta. Gli altri effetti di una o più esplosioni termonucleari vennero scoperti a molti anni di distanza dalle esplosioni di Hiroshima e Nagasaki, in parte perché le bombe costruite successivamente erano molto più potenti ed in parte perché molti degli effetti non erano stati affatto previsti.

 Piogge radioattive o "fall-out"

Al momento di un'esplosione nucleare molto materiale, polveri oppure terra, viene sollevato dal terreno e si mescola con  minute porzioni radioattive dei resti dell'esplosione. Anche se la quantità totale di questo materiale si misurerà in tonnellate(o decine di tonnellate), esso è composto da polveri che possono venire trasportate nell'atmosfera anche a migliaia di chilometri di distanza. Quindi esso ricade mescolato alla pioggia, quando è ancora radioattivo, in varie forme. Ad esempio, l'isotopo 90Sr(stronzio 90), che può depositarsi nel midollo delle ossa e provocare la leucemia, o lo 131I(iodio 131) che si deposita nella tiroide e ne provoca il cancro. Entrambi questi isotopi erano presenti nella nube radioattiva provocata dall'esplosione di Chernobyl e la loro ricaduta sull'Italia provocò, all'epoca, il divieto (la cui utilità è discutibile) di consumo di alcuni cibi tra cui l'insalata. E' estremamente difficile prevedere dove il fall-out di una certa esplosione nucleare ricadrà: ciò dipende dalle correnti atmosferiche variabili e da quando pioverà. Nel caso di una guerra termonucleare globale, con ogni probabilità l'intero pianeta subirebbe una ricaduta radioattiva tale da rendere la vita animale e vegetale impossibile per migliaia di anni.

 I fall-out storici

Negli anni Cinquanta e Sessanta furono fatti esplodere nell'atmosfera, a scopo sperimentale, numerosi ordigni nucleari. Negli anni successivi diversi studiosi sostennero che il fall-out conseguente a questi esperimenti aveva prodotto danni all'uomo e all'ambiente; tale danno fu, tuttavia, ufficialmente riconosciuto solo nel 1984, quando nello stato dell'Utah (USA) un giudice federale accettò il ricorso contro lo Stato di 10 persone colpite da cancro e imputò queste malattie alla negligenza del governo, che non aveva saputo approntare misure adeguate per proteggere i cittadini dall'esposizione al fall-out radioattivo. Fu una sentenza storica. Nel 1991, dopo il crollo del regime sovietico, il mondo è venuto a conoscenza di casi drammatici di contaminazione radioattiva conseguenti al fall-out di esperimenti atomici nell'atmosfera su vaste aree popolate della Russia e della Siberia.  Da quando, nel 1963, i test atomici atmosferici furono messi al bando con la firma di un trattato di interdizione, i livelli di fall-out sono decaduti ovunque. Una certa ricaduta nucleare si è prodotta in Europa in seguito all'incidente alla centrale nucleare di Chernobyl, in Ucraina, nel 1986. 

 L'inverno nucleare

Questo effetto è una delle possibili conseguenze di più esplosioni nucleari. Ognuna di esse solleverà una gran quantità di polveri che per mesi rimarranno sospese nell'atmosfera. E' stato ipotizzato che la quantità di tali polveri sia sufficiente per schermare i raggi del sole e provocare, quindi, un abbassamento della temperatura media del pianeta di qualche grado. Ciò sarebbe sufficiente a provocare la scomparsa di molte specie animali e vegetali. Quest'effetto non è stato, per la verità, scoperto, ma solo previsto sulla base di calcoli, la cui validità deve essere ancora provata. C'è chi pensa, ad esempio, che la minor quantità di calore arrivata sulla terra sarebbe compensata da una sorta di effetto serra, provocato dalle polveri stesse. Non è quindi chiaro se la temperatura diminuirebbe, resterebbe invariata o, addirittura, aumenterebbe.

 L'effetto "EMP"

Quest'effetto fu scoperto negli anni '60, in seguito ad esplosioni nucleari sperimentali. La sigla EMP sta per ElectroMagneticPulse cioè impulso elettromagnetico. Abbiamo affermato che un'esplosione nucleare provoca una gran quantità di radiazioni, tra qui quelle elettromagnetiche. Questo "guazzabuglio elettrico" di gigantesche proporzioni sconvolge per un certo periodo ogni sistema elettronico o elettrico su di una vasta area. Questo effetto non è, di per sé, letale ma non bisogna dimenticare che tutti gli strumenti di controllo dei moderni arsenali nucleari sono elettronici. In un'ipotetica guerra nucleare, ad un "primo colpo" avversario corrisponderebbero non solo enormi distruzioni, ma anche, molto probabilmente, l'incapacità pratica a controllare il proprio arsenale. Le bombe lanciate, prive di ogni sistema di puntamento e controllo-guida, potrebbero cadere nei posti più impensati

Funzionamento tipico di una centrale nucleare

 

Una breve e semplice spiegazione sul funzionamento. La reazione a catena nucleare avviene all'interno del guscio di cemento e di acciaio, sempre in uno stato cosiddetto "critico" in cui ogni neutrone colpisce un solo nucleo di uranio. Il processo deve essere costantemente controllato poiché se venisse superata la soglia "critica" (ovvero se un neutrone colpisse più nuclei di uranio) la reazione a catena genererebbe un surriscaldamento esponenziale e la conseguente fusione del nucleo nel reattore con emissioni di radiazioni nocive, cosi accadde alla centrale di Chernobyl.

Per controllare la reazione nucleare l'uranio viene immerso in una piscina d'acqua pesante in grado di rallentare l'attività dei neutroni e quindi di controllare la reazione nucleare. Nella piscina vengono poi poste barre di cadmio o di boro per assorbire parte dei neutroni che si liberano dalla fissione nucleare. La reazione a catena nel processo di fissione genera calore e riscalda i flussi di acqua presenti in uno scambiatore di calore generando vapore. La forza vapore muove le turbine meccaniche per produrre energia elettrica.

Le prime centrali nucleari degli anni '50 basavano il proprio sistema di raffreddamento sull'utilizzo del gas. Negli anni '60 venne preferito l'uso dell'acqua. Il ruolo dell'acqua è sempre stato fondamentale nelle centrali nucleari. Il processo di fissione richiede costantemente un flusso refrigerante per controllare il calore emesso e consente la trasformazione del calore in vapore acqueo (forza vapore). L'acqua è prelevata e scaricata in continuazione dai fiumi antistanti alle centrali nucleari. Ha fatto notizia nella torrida estate del 2003 l'emergenza scattata in molte centrali nucleari francesi a causa dell'abbassamento delle acque nei fiumi. Il fenomeno naturale stava mettendo a rischio il processo di refrigerazione e controllo della temperatura dei moderni reattori francesi.

Armi nucleari

Le armi nucleari sfruttano la fissione di nuclei pesanti o la fusione di nuclei leggeri per produrre un'esplosione.

Visto che le reazioni nucleari sono molto più energetiche di quelle chimiche, a parità di massa un ordigno di questo tipo, con poche decine o centinaia di chilogrammi di esplosivo, libera un'energia che può essere pari a quella liberata da diversi milioni di tonnellate di tritolo.

In generale i materiali usati come esplosivi nucleari sono Uranio fortemente arricchito o Plutonio per le bombe a fissione, a cui vengono aggiunti Deuterio e Trizio per quelle a fusione

  

L'energia di un'esplosione si ripartisce in tre modi diversi.

Per il 15% circa va in radiazioni: vengono liberati sia raggi gamma che neutroni, che irraggiano le zone circostanti.

Il 50% circa forma un'onda d'urto che si espande a una velocità che all'inizio è molto superiore a quella del suono.

Sul suo fronte si genera un fortissimo sbalzo di pressione, che danneggia meccanicamente cose e persone.

Il restante va invece in un'onda di calore, che si propaga più lentamente, vaporizzando i materiali più vicini all'epicentro dell'esplosione e incendiando quelli più lontani.

Se l'esplosione avviene ad alta quota diventa importante anche l'impulso elettromagnetico generato, che può paralizzare le comunicazioni in un raggio di parecchie centinaia di chilometri.

 

Il materiale che è stato fatto reagire, dopo l'esplosione, è formato da un gran numero di elementi, la maggior parte del quali radioattivi. Questi (se l'esplosione è avvenuta nell'atmosfera) sono stati liberati nell'ambiente, e si depositano a terra, in modo variabile a seconda del vento e di una serie di fattori.

Esistono svariati tipi di armi nucleari, per impieghi diversi.

Le armi a fissione, tipo quella di Hiroshima, sono state le prime ad essere costruite, e hanno potenze nell'ordine dei 10-150 Kton (migliaia di tonnellate equivalenti di tritolo). Altre, che sfruttano anche la fusione, possono liberare energie fino a 50 Mton.

Questi due tipi sono generalmente considerate armi strategiche.

  

Le testate tattiche, invece, sono pensate per essere utilizzate in battaglia. hanno un potere esplosivo minore (meno di 1 Kton) ma emettono un quantitativo di neutroni molto più alto del normale, per incapacitare in tempi brevi truppe ed equipaggi di mezzi corazzati.

Alcune di queste possono avere dimensioni molto ridotte, ed essere sparate da un cannone di medio calibro.

Una diffusione indiscriminata delle armi nucleari, potrebbe essere, come si può facilmente immaginare, un grosso problema.

Costruire una bomba atomica non è facile, e richiede capacità industriali notevoli per trattare il materiale fissile, che si ottiene o arricchendo uranio ad altissime percentuali (oltre l'80%), o separando per via chimica il plutonio da combustibile materiale utilizzato in una centrale nucleare

Un volta ottenuto il materiale, bisogna assemblare la bomba secondo determinati criteri. Al momento le potenze nucleari dichiarate sono otto: Usa, Russia, Cina, Francia, Gran Bretagna, India, Pakistan e Israele.

A queste si affiancano Sudafrica, Iran, Iraq e Corea del Nord, che si pensa abbiano un certo numero di testate, o che sicuramente hanno intrapreso dei programmi nucleari per fabbricarle.

 Evoluzione del nucleare

Negli ultimi 20 anni il nucleare ha registrato un rallentamento nella diffusione come conseguenza dell'incidente di Chernobyl e dei costi economici elevati d'investimento. Da venti anni nessuna nuova centrale nucleare viene costruita in Europa (fatta eccezione per la Finlandia).

La produzione di energia nucleare è sostanzialmente ferma a valori costanti dagli inizi degli anni '90. Attualmente le principali fonti energetiche restano ancora basate su petrolio, carbone e gas.

E nel futuro?

Difficile fare ipotesi. Entro il 2025 si prevede l'incremento dell'uso di gas per produrre energia, una sostanziale stabilità per il carbone, il petrolio e le risorse rinnovabili, una lieve riduzione marginale dell'energia nucleare.

Nulla può essere affermato con certezza ma è evidente una generale prudenza mondiale nell'affrontare piani di investimenti energetici basati sul nucleare. Il mutato contesto economico nei paesi emergenti asiatici e il brusco rialzo del prezzo del petrolio potrebbe rimettere tutto in gioco.

La competitività industriale e gli shock energetici esterni potrebbero riavvalorare l'utilizzo dell'energia nucleare per ragioni politiche.

Nel lungo periodo la sfida sarà la fusione nucleare. Il nucleare del futuro, privo di rischio e con bassa produzione di scorie radioattive.

Sono stati portati avanti da Europa, Cina, USA, Canada i piani di ricerca sulla fusione nucleare.

E' stata presa soltanto di recente la decisione di collocare la prima centrale a fusione nucleare della storia in Francia, cd ITER, dopo una lunga fase negoziale con il Giappone.

 Effetti della bomba di Hiroshima e Nagasaki

La prima bomba atomica all’Uranio, lanciata sopra il centro di Hiroshima, incenerì 12 chilometri quadrati della città causando la morte di 100 mila uomini e altrettanti feriti, quasi tutti condannati a essere colpiti dal cancro; la seconda bomba atomica, al plutonio, lanciata sopra Nagasaki provocò 40.000 morti e 70.000 ustionati gravi, anch’essi destinati a lunga agonia.

  

Il costo in vite umane

Il bilancio della seconda guerra mondiale fu terrificante: 55 milioni di morti, di cui 40 nella sola Europa. Il bilancio è ancora più tragico se consideriamo che più della metà delle vittime era costituita da civili. Questa allarmante proporzione, mai verificatasi in precedenza, è connessa in parte all’adozione di nuova tecniche distruttive, soprattutto i bombardamenti aerei che colpivano indiscriminatamente obbiettivi militari e civili, in parte al carattere di guerra partigiana e di rivolta politica e morale contro la barbarie nazista assunto dal conflitto. Le perdite umane furono certamente il più grave danno provocato dalla seconda guerra mondiale, ma non l’unico.

Morti e dispersi 

Nazionalità 

Soldati 

Civili 

Americani

220.000

0

Inglesi

370.000

60.000

Francesi

250.000

360.000

Belgi

10.000 

90.000

Olandesi

10.000

190.000

Norvegesi

10.000

2.000

Tedeschi

3.250.000 

3.800.000

Italiani

330.000

85.000

Austriaci

230.000

80.000

Cecoslovacchi

20.000 

330.000

Ungheresi

120.000

 280.000

Jugoslavi

30.000

 1.360.000

Greci

20.000 

140.000

Bulgari

10.000

10.000

Rumeni

200.000 

470.000

Polacchi

120.000 

5.300.000

Finlandesi

90.000

0

Sovietici

13.600.000 

80.000.000

Neozelandesi

10.000

0

Australiani

30.000

0

Cinesi

3.500.000 

10.000

Giapponesi

1.700.000

360.000

totale

24.400.000 

30.917.000

totale generale

 

55.317.000 

 

Ai morti e feriti vanno aggiunte le devastanti conseguenze genetiche su migliaia di migliaia di altre persone, su animali e piante dei territori circostanti prodotte dalle esplosioni nucleari.

 La radioattività

Il tema della radioattività e dei pericoli è fonte di continui studi soprattutto nell'impatto sulla salute umana.

Le radiazioni sono costantemente intorno a noi, in casa, in ufficio, in natura, ovunque. E' necessario distinguere le radiazioni pericolose per la salute dell'uomo dalle altre, ed infine distinguere tra le radiazioni pericolose quelle che, per ragioni mediche, possono salvare vite umane o fornire servizio all'umanità (risonanza magnetica, lastre, laser ecc.).

Facendo una breve lista di oggetti comuni fonti di radiazioni, si comprende come ci seguano nella nostra vita di ogni giorno:

  • tv, radio, telefonia mobile, elettrodomestici
  • le mura delle nostre abitazioni (radon)
  • ripetitori radio-tv
  • raggi UV del Sole
  • antenne cellulari e televisive
  • esami radiologici e medicina nucleare
  • continui raggi cosmici
  • elettrodotti
  • reattori nucleari
  • rocce

Gli oggetti di questa lista non producono la stessa intensità di radiazioni, quindi hanno un diverso impatto sulla nostra salute.

Molte radiazioni sono la causa del sorgere di tumori e di malattie genetiche, è quindi importante conoscerle e saperle distinguere.

Cos’è la radioattività

La radioattività è il fenomeno per cui alcuni nuclei, non stabili, si trasformano in altri emettendo particelle. La radioattività non è stata inventata dall'uomo, anzi, al contrario, l'uomo è esposto alla radioattività fin dal momento della sua apparizione sulla Terra. La radioattività è antica quanto l’Universo ed è presente ovunque: nelle Stelle, nella Terra e nei nostri stessi corpi. La scoperta della radioattività avvenne alla fine dell’800 ad opera di Henry Bequerel e dei coniugi Pierre e Marie Curie, che ricevettero il Premio Nobel per la Fisica per le loro ricerche

    

Essi scoprirono che alcuni minerali, contenenti uranio e radio, avevano la proprietà di impressionare delle lastre fotografiche poste nelle loro vicinanze. Le lastre fotografiche, una volta sviluppate, presentavano delle macchie scure.

Per questa loro proprietà, elementi come l’uranio, il radio e il polonio (gli ultimi due scoperti proprio da Pierre e Marie Curie) vennero denominati “attivi” e il fenomeno di emissione di particelle venne detto radioattività. Da allora sono stati identificati quasi 2500 specie di nuclei differenti e di essi solo una piccola percentuale, circa 280, sono stabili.

 Cos’è un decadimento radioattivo?

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 protoni e/o di neutroni. Tale instabilità provoca la trasformazione spontanea in altri isotopi, e questa trasformazione si accompagna con l'emissione di particelle. Questi isotopi sono detti isotopi radioattivi, o anche radioisotopi, o anche radionuclidi.

La trasformazione di un atomo radioattivo porta alla produzione di un altro atomo, che può essere anch'esso radioattivo oppure stabile. Essa è chiamata disintegrazione o decadimento radioattivo.

Il tempo medio che occorre aspettare per avere tale trasformazione può essere estremamente breve o estremamente lungo. Esso viene detto “vita media” del radioisotopo e può variare da frazioni di secondo a miliardi di anni (per esempio, il potassio-40 ha una vita media di 1.8 miliardi di anni). Un altro tempo caratteristico di un radioisotopo è il “tempo di dimezzamento”, ovvero il tempo necessario affinché la metà degli atomi radioattivi inizialmente presenti subisca una trasformazione spontanea.

Esistono tre diversi tipi di decadimenti radioattivi, che si differenziano dal tipo di particella emessa a seguito del decadimento. Le particelle emesse vengono indicate col nome generico di radiazioni.

  • Decadimento Alfa (a): Le radiazioni alfa,

 

 

 per la loro natura, sono poco penetranti e possono essere completamente bloccate da un semplice foglio di carta.

 

 

 

  • Decadimento Beta (b): Sono più penetranti di quelle alfa, ma possono essere completamente bloccate da piccoli spessori di materiali metallici (ad esempio, pochi millimetri di alluminio).

 

 

  • Decadimento Gamma (g): Al contrario delle radiazioni alfa e beta,

 

 

le radiazioni gamma sono molto penetranti, e per bloccarle occorrono materiali ad elevata densità come il piombo.

 

 

 Da dove nascono le radiazioni?

Esistono tre possibili fonti radioattive, due di queste naturali e l'ultima prodotta dall'artificio umano:

  • dallo spazio, dalle stelle e dal Sole (fonte naturale)
  • dalle roccie (fonte naturale)
  • da alcuni prodotti dell'uomo come i telefoni cellulari, le antenne, gli elettrodomestici, il nucleare ecc. (fonte artificiale)

Le radiazioni si misurano su una scala micrometri che ne misura la "larghezza d'onda".

  

Da questa scala notiamo immediatamente un'importante classificazione delle radiazioni in "ionizzanti o non ionizzanti".

Questa distinzione è fondamentale per valutare il loro impatto sulla salute umana.

  • radiazioni ionizzanti (pericolose per la salute umana)
  • radiazioni non ionizzanti

Le radiazioni nocive per l'uomo sono sicuramente le "radiazioni ionizzanti". 

Queste radiazioni (in rosso nel grafico) sono i raggi x ed i raggi gamma, possono generare tumori e provocare la rottura dei legami chimici del Dna inducendo mutazioni genetiche nell'individuo.

Le radiazioni ionizzanti sono misurate in Becquerel (Bq), un'unità di misura che ritroviamo nelle descrizioni dei grandi disastri nucleari come Chernobyl. 1Bq corrisponde a una disintegrazione al secondo. Una concentrazione di 100 Bq/m3 significa quindi che 100 atomi si disintegrano ogni secondo in 1 m3 di materiale o ambiente in questione.

Le radiazioni non ionizzanti hanno invece un'energia molto inferiore e, pur inducendo correnti elettriche nell'organismo umano, non generano mutazioni genetiche. I loro effetti sulla salute sono però ancora fonte di studio (cd, elettrosmog, telefonia cellulare, antenne ecc.) ed è opportuno non essere troppo esposti per lungo tempo.

 Le radiazioni ionizzanti

Sono le radiazioni più pericolose per la vita umana. Nelle radiazioni ionizzanti troviamo i raggi X, i raggi gamma, le particelle alfa e beta, i raggi cosmici. Tutte queste radiazioni hanno un'energia sufficiente a provocare mutazioni genetiche nell'individuo, rompere i legami chimici che tengono insieme le molecole, provocare malattie tumorali.

Sono fonte di radiazioni ionizzanti:

  • Il Radon (presente nelle abitazioni civili in determinate circostanze)
  • I raggi X
  • Il caso dell'uranio impoverito
  • I raggi cosmici
  • I raggi solari
  • Scorie nucleari

 

Il “Radon”, radioattività in casa

Il radon è la maggiore dose di radioattività a cui è esposto normalmente un uomo. E' un gas sprigionato da minerali radioattivi presenti sulla crosta terrestre ed in alcuni materiali da costruzione.

 

Infiltrandosi nelle case diventa la fonte di emissione di particelle alfa e di raggi gamma. Questi elementi liberi nell'aria entrano nell'organismo tramite la respirazione, danneggiando i tessuti interni. Si stima che il Radon casalingo provochi tumori con la stessa incidenza del fumo delle sigarette. E' quindi un fenomeno da temere.

Il radon presente in una casa proviene dal suolo sul quale essa è costruita. Come qualsiasi gas penetra attraverso le spaccature che si formano con il tempo, lungo le tubature o attraverso le giunture tra i muri. In alcuni casi, il radon può arrivare dagli stessi muri qualora siano stati costruiti con materiali radioattivi, o dall'acqua dei rubinetti in presenza di falde acquifere in zone vulcaniche. Il radon è quindi una delle principali cause della formazione di tumori polmonari.

 

 

L'Organizzazione Mondiale della Sanità lo ha inserito nel primo gruppo degli agenti cancerogeni conosciuti.

Per prevenire gli effetti bisogna:

  • areare spesso le stanze per evitare l'accumulazione di radon in ambiente chiuso. La concentrazione del radon all'aria aperta è pressoché nulla, mentre tende ad accumularsi negli ambienti chiusi dove mediamente l'uomo passa almeno l'80% del proprio tempo.
  • smettere di fumare, il fumo e la presenza di radon moltiplicano le probabilità di contrarre malattie tumorali.
  • richiedere interventi di misurazione e di bonifica da parte di operatori specializzati. Va comunque detto che l'Italia non ha ancora attivato un piano nazionale radon per mancanza di finanziamenti (nonostante sia già previsto e pronto per essere attuato).

Il problema radon è presente maggiormente nelle regioni italiane densamente abitate come Lombardia, Lazio con 100-120 Bq per metro cubo e Campania e Friuli con 80-100 Bq/m3. Nel resto delle regioni si rileva un livello di radon medio tra 20 e 80 Bq/m3.

Considerato che una dose di 50 Bq/m3 corrisponde ad una dose di radiazioni circa tre volte maggiore a quella che mediamente si riceve nel corso della propria vita per lo svolgimento di indagini mediche, si può ben comprendere come tale prodotto di decadimento costituisca un vero pericolo per l'uomo.

  

Dal momento che elevate concentrazioni di Radon sono particolarmente dannose per i bambini sarebbe auspicabile che, anche nel nostro paese, le scuole di ogni ordine, ed in particolare quelle materne, elementari e medie, fossero monitorate come già accade in altri paesi.

 I raggi X

La medicina utilizza le radiazioni per fini diagnostici (es. le radiografie e la TAC sono basate sui raggi X) e per fini curativi: (es. le radiazioni possono distruggere i tessuti tumorali attraverso fasci concentrati).

  

La medicina nucleare ha pertanto un'elevata importanza per l'umanità contribuendo a salvare la vita di migliaia di persone. Nessuno può metterlo in dubbio. La lista dei suoi benefici è lunghissima. Va osservato come, nel caso della medicina nucleare, la pericolosità dei raggi ionizzanti assume un ritorno positivo. I raggi X, pur essendo pericolosi per la salute umana, sono controllati dall'ingegno umano e messi al servizio della medicina.  Ciò non attenua però la loro pericolosità ed i medici sono ben coscienti di questo, ricorrendo con prudenza alla medicina nucleare solo in assenza di valide alternative per la salvaguardia della salute del paziente.

La medicina nucleare è anche la principale fonte di materiale radioattivo di scarto, ovvero di materiali da stoccare per decine di anni prima che decada il loro livello di radioattività. Le scorie radioattive di origine ospedaliera vanno comunque distinte da quelle provenienti dalle centrali nucleari, le scorie delle centrali nucleari hanno un'elevata pericolosità e necessitano di decine di migliaia di anni prima di decadere.

Va quindi fatta la seguente distinzione:

  • I e II categoria: scorie ospedaliere (a medio-bassa radioattività, da tenere sotto controllo per poche decine di anni)
  • III categoria: scorie delle centrali nucleari (ad elevata radioattività e pericolosità, da tenere sotto controllo per decine di migliaia di anni)

La TV ed i media hanno spesso confuso i termini, considerando tutte le scorie nucleari allo stesso modo.

L’uranio impoverito

L’Uranio è un metallo pesante che si trova in piccole quantità in rocce, suolo, aria, acqua e cibi. Nella sua forma naturale, l’uranio è costituito da 3 isotopi, con una netta prevalenza (99.2745%) dell’isotopo 238. Tutti gli isotopi dell’uranio sono radioattivi.

Il caso dell'uranio impoverito balzò in cronaca agli inizi del 2000 quando 23 militari italiani di ritorno dalla missione nella ex Jugoslavia si ammalarono di tumore (8 di questi morirono).

  

Venne istituita una commissione parlamentare per verificare se vi fosse un nesso tra le radiazioni ionizzanti dell'uranio impoverito utilizzato come punta dei proiettili anticarro e le morti dei giovani militari. Nel primo rapporto della commissione non venne trovato nessun legame, ad un riesame però venne notato come tutti i militari si ammalarono di tumore al sangue. La probabilità di contrarre questo tipo di tumore venne rilevata tre volte superiore a quella normale. Pur restando il principale indiziato, non venne individuato nessun legame col Cesio 137 ma in generale con l'ambiente militare in cui vissero i militari italiani nella ex Jugoslavia. Il capitolo è ancora aperto e la ricerca e gli studi sono tuttora in corso.

 I raggi cosmici

I raggi cosmici sono originati normalmente da fenomeni celesti in grado di liberare nello spazio enormi quantità di energia. Particelle e radiazioni tali da formare una continua pioggia cosmica invisibile ai nostri occhi.

 

L'organismo umano è abituato a questa continua pioggia e ne è immune, perlomeno per assorbire la razione "normale" di radiazioni cosmiche. Queste radiazioni non sono le stesse in ogni luogo del mondo. Ad esempio aumentano con l'altitudine, una caratteristica che è stata oggetto di studio il loro impatto sulla salute dell'equipaggio di bordo degli aeroplani. Anche in questo caso nulla ancora può essere affermato con certezza, anche se da primi studi sembra che il carico di radiazioni in alta quota sia almeno una volta e mezzo di quella normale. Le radiazioni cosmiche diventano un vero problema per gli astronauti nello spazio, dove possono colpire con una potenza anche mille volte superiore a quella normale che riceviamo sulla Terra.

Si può comunque affermare che le "normali" radiazioni cosmiche non costituiscono un problema per la salute umana. L''organismo umano ed in generale la vita sulla Terra si è "evoluta" in presenza di questa continua pioggia radioattiva di origine celeste.

 I raggi solari

I raggi solari accompagnano la vita sulla Terra da miliardi di anni, regolano la vita animale e vegetale. Sono quindi origine di vita, al punto che qualsiasi religione terrestre mostra un forte legame con il Sole come elemento generatore di vita. I raggi solari possono però anche danneggiare l'organismo umano, vanno quindi rispettati ed a volte anche temuti.

Le radiazioni ultraviolette sono l'origine della "tintarella estiva", immancabile appuntamento estivo di qualsiasi italiano.

  

Questi raggi UV stimolano, con la componente A, la produzione di melanina (il pigmento che "colora" la pelle) e con la componente B il metabolismo del calcio e la sintesi della vitamina D (necessaria per lo sviluppo delle ossa).

L'esposizione eccessiva ai raggi del sole, però, favorisce la formazione di tumori della pelle (melanomi) mettendo a serio rischio la salute dell'individuo. L'energia solare ha una potenza sufficiente a spezzare i legami chimici delle molecole sui tessuti esterni e modificare il Dna. Nelle zone della Terra dove la fascia di ozono si è ridotta i raggi solari raggiungono la superficie con una maggiore potenza, in queste zone è stato rilevato un incremento dei casi di tumori della pelle.

Va poi considerata la diversa attività del Sole negli anni. Il fenomeno delle macchie solari produce una maggiore emissione di particelle cariche, ovvero di radiazioni che in pochi minuti arrivano a colpire la superficie terreste. L'attività solare ha comunque il beneficio di essere ciclica e di ripetersi ogni 11 anni (l'ultima si è avuta nel corso del 2000), quindi è facilmente prevedibile.

Per proteggersi dai raggi solari bisogna:

  • Esporsi al Sole "sempre" con gradualità e comunque senza eccessi.
  • Fare "sempre" uso di creme di protezione
  • Fare "sempre" uso di creme ad elevata protezione per i bambini in quanto le "scottature" da bambini possono favorire l'insorgere di melanomi nella fase adulta.

 L’altra faccia del nucleare: Le scorie nucleari

Qualsiasi centrale nucleare produce "scorie radioattive". Una parte di questa è normalmente dispersa nell'ambiente. Ad esempio i reflui del raffreddamento sono scaricati direttamente nelle acque dei fiumi (da cui viene prelevata anche l'acqua) poiché considerati non pericolosi. Diversamente avviene per tutti i materiali che, trovandosi nel reattore o nei pressi, sono soggetti ad una continua emissione di radiazioni.

  

Dal semplice bullone alla componenti metalliche più grandi (pareti, contenitori ecc.). Al termine del ciclo produttivo della centrale nucleare, questi oggetti diventano rifiuti "speciali" da trattare con molta attenzione in quanto radioattivi e quindi pericolosi. Sono definiti per semplicità "scorie nucleari".

Le scorie nucleari si distinguono in base al grado di radioattività (ovvero alla loro pericolosità):

  • Alta attività (scorie di 3° grado): l'alto grado di radioattività presente in queste scorie può richiedere anche 100.000 anni per decadere. Sono in particolare le ceneri prodotte dalla combustione dell'uranio. In tutto il mondo, per il momento, è stato identificato solo un sito "sicuro" per ospitare in profondità le scorie (deposito geologico) per migliaia di anni. Si trova nel New Mexico (Usa). Gli Usa hanno investito oltre 2,2 miliardi di dollari nello studio della sicurezza dei depositi geologico, ma nonostante questo ancora nulla può essere affermato con certezza. Il solo deposito nel New Mexico si trova in una zona desertica ed ha richiesto 25 anni di studio.
  • Media attività (scorie di 2° grado)
  • Bassa attività (scorie di 1° grado)

In Europa le scorie sono generalmente depositate nei pressi delle quattro centrali nucleari (disattivate col referendum del 1987) o in centri di stoccaggio di superficie (ovvero non di profondità come quelli geologici, costruiti centinaia di metri sotto terra).

I principali centri di stoccaggio europei (tutti non geologici) sono:

  • Le Hague (Francia)
  • Sellafield (Gran Bretagna)
  • Oskarshamn (Svezia)
  • Olkiluoto (Finlandia)

Tutti i centri di stoccaggio europei hanno natura "temporanea" per rispondere al criterio di reversibilità.

 

Non conoscendo con precisione le conseguenze dello stoccaggio di scorie radioattive nel tempo, si rende possibile un loro trasferimento in altri luoghi. Nel caso dei siti geologici questo non sarebbe più possibile, i materiali ospitati sottoterra dovranno restarci definitivamente.

In alcuni casi, ad esempio in Francia, le scorie nucleari sono ritrattate all'interno delle centrali nucleari per produrre nuovo combustibile rigenerato (cd Mox) da riutilizzare nel reattore.

  

Per il futuro, la UE auspica la costruzione e lo studio di depositi geologici per trovare una soluzione definitiva alle scorie europee. La UE, dopo i fatti di Scanzano, sottolinea anche che tale esigenza non si estende ai paesi privi di piano energetico nucleare (come l'Italia), i quali non hanno l'obbligo di costruire un deposito geologico e possono attendere "soluzioni europee". La UE auspica quindi la costruzione dei depositi geologici nei paesi dove siano presenti ed attive molte centrali nucleari. Ad esempio in Francia (dove il 76% dell'energia elettrica è di origine nucleare).

L'Italia non conta grandi quantità di scorie nucleari, il referendum del 1987 ha definitivamente bloccato la produzione di energia dal nucleare. Oggi quindi, le scorie ad alta pericolosità sono circa 8.000 mq. Una minima quantità che lascia aperta la porta alla soluzione europea (consigliata dalla stessa UE).

 Le radiazioni non ionizzanti

Le radiazioni non ionizzanti sono generalmente prodotte da elettrodomestici, telefoni cellulari, tralicci, elettrodotti. L'elettromagnetismo è quindi parte della nostra vita quotidiana.

Le possibili conseguenze dell'elettromagnetismo sulla salute umana sono state ipotizzate alla fine degli anni '70. Dopo una serie infinita di cause legali e di ricerche, ancora oggi non è provato un chiaro e condiviso nesso scientifico. Pure in assenza di una risposta scientifica condivisa, le istituzioni dei paesi occidentali raccomandano la prudenza, applicando a questa materia nuovi regolamenti e nuove soglie di sicurezza.

Va comunque distinto l'elettromagnetismo a basse frequenze da quello ad alte frequenze. In entrambi i casi si produce una corrente elettrica nei tessuti ma l'incidenza come causa di tumori è diversa. Trattandosi di radiazioni non ionizzanti, l'energia non è comunque tale da provocare mutazioni genetiche nel Dna.

  • elettromagnetismo a basse frequenze
  • elettromagnetismo ad alte frequenze

 

Elettrosmog a bassa frequenza

Le basse frequenze sono emesse normalmente da tralicci, elettrodotti, cabine di trasformazione.

Nel 1979 uno studio americano pubblicato nell'American Journal of Epidemiology associò l'elettromagnetismo dei tralicci alla leucemia infantile.

La stessa comunità scientifica, dopo decenni di studi, non ha smentito l'associazione tra elettrosmog e leucemia infantile, come invece ha fatto per tutte altre associazioni (es. tra l'elettromagnetismo e l'Alzheimer). Non tutti gli scienziati sono d'accordo sull'entità degli effetti anche se tutti concordano sulla presenza di effetti sull'organismo umano (soprattutto per lunghe e ravvicinate esposizioni).

In questa situazione di incertezza scientifica, l'opinione pubblica è riuscita comunque ad ottenere il riconoscimento politico dei fenomeni di elettrosmog ed imporre soglie di sicurezza da rispettare a salvaguardia della salute.

A intensità superiori ai 100 microtesla, l'elettromagnetismo induce malessere, mal di testa e brividi. Nelle abitazioni l'intensità dell'elettromagnetismo non supera i 0,2 microtesla anche se nulla può ancora essere detto sugli effetti sulla salute dopo lunghi periodi di esposizione.

 Elettrosmog ad alta frequenza

L'elettromagnetismo prodotto tramite alte frequenze è uno dei principali argomenti di discussione dei nostri anni, in particolare per la telefonia mobile. La vendita del telefono cellulare come bene di largo consumo e la sua grande diffusione tra la popolazione (circa il 95% delle persone possiede un telefonino) ha imposto la costruzione di antenne e ripetitori su tutto il territorio nazionale per garantire una max. copertura del servizio di telefonia mobile.

Quindi, se da un lato il telefono cellulare ha consentito un balzo in avanti alle comunicazioni del terzo millennio ed alle relazioni umane, dall'altro ha inevitabilmente causato l'insorgere di dubbi sull'impatto ambientale e sulla salute pubblica.

E' stata analizzata la possibilità che l'uso dei telefoni cellulari, e delle radiazioni che derivano dal suo funzionamento, siano causa dell'insorgere di tumori del cervello (nella zona del cranio dove si poggia il telefonino). Dubbi e paure smentite da ricerche e studi compiuti nel 2000 e nel 2001 (National Cancer Institute ed altri studi). Il numero di studi però è ancora insufficiente per avvalorare una tesi piuttosto che un altra.  Anche in questo caso vige il "principio della precauzione" e quindi: usare il telefono cellulare per brevi conversazioni e possibilmente con l'auricolare.

Per quanto riguarda le radiazioni prodotte dalle antenne e dai ripetitori, le prime ricerche tendono a minimizzare il loro impatto sulla salute in quanto le radiazioni calano rapidamente con l'allontanarsi dalla fonte che le genera. Ma anche in questo caso, ci sembrerebbe opportuno applicare il saggio "principio della precauzione". Fin quando non ci sarà certezza scientifica sugli effetti sulla salute, è consigliabile applicare prudenza. Prevenire oggi, spostando un antenna di qualche metro, è sicuramente meglio che curare domani.

Nel caso delle antenne si deve poi tenere in considerazione anche l'impatto sul paesaggio, vero patrimonio delle città e delle campagne italiane.

 Da Cernobyl al rilancio del nucleare

Il 26 aprile 1986 alle prime ore del mattino si sprigionò nell'atmosfera la più grande nube radioattiva della storia dell'uomo. Il reattore numero 4 della centrale nucleare di Cernobyl fuse il nocciolo provocando un'esplosione di grande portata. A causare il disastro fu un esperimento in condizioni critiche deciso dallo staff tecnico della centrale nucleare durante le fasi di manutenzione. Il silenzio del Cremlino perdurò molti giorni lasciando sotto la ricaduta del vento radioattivo le popolazioni dei territori confinanti della Bielorussia. Non meno importanti furono le carenze progettuali della centrale di Cernobyl, costruita in piena epoca sovietica (anni '70) badando soprattutto all'efficienza produttiva senza tenere in conto criteri e standard minimi di sicurezza. A distanza di venti anni non c'è ancora chiarezza sull'entità dei decessi causati direttamente e indirettamente. Un rapporto dell'ONU cita soltanto di 4mila decessi accertati mentre le associazioni ambientaliste stimano almeno mezzo milione di decessi causati dall'insorgere dei tumori in mezza Europa. In realtà è quasi impossibile stimare l'entità del disastro nucleare di Cernobyl, tendenzialmente sottostimata dagli addetti ai lavori del settore nucleare e sovrastimata dai movimenti anti-nuclearisti. Quel che è certo e che fu un disastro di grandi proporzioni, un momento storico chiave del novecento al pari della bomba atomica su Hiroshima.

In questi venti anni da Cernobyl la comunità scientifica ha preso un giusto momento di riflessione per reinvestire sulla sicurezza degli impianti e ridurre rischi. Per fare un'analisi scevra da posizioni di parte è necessario considerare le diversità tecnologiche tra l'impianto di Cernobyl e le centrali d'ultima generazione. Queste ultime sono il risultato dell'evoluzione tecnologica degli ultimi decenni che ha preso spunto dagli errori del passato e dallo stesso disastro di Cernobyl. Così oggi una centrale nucleare di moderna costruzione integra sempre una sovrastruttura (a volte doppia) per impedire la fuoriuscita di vapori in caso di esplosioni e gli stessi impianti di sicurezza sono basati su principi fisici, oltre che elettronici, in grado di sopperire ai guasti tecnici e agli errori umani.

A venti anni dal disastro è quindi importante ricordare quello che è possibile accadere ma anche guardare avanti. Il cammino della tecnologia nucleare dopo Cernobyl si è rallentato ma non si è mai completamente fermato ed oggi trova un nuovo sviluppo soprattutto in Asia dove sono in costruzione decine di nuovi impianti nucleari per fronteggiare la crisi petrolifera futura. Sono attualmente in funzione nel mondo 439 centrali nucleari per soddisfare il fabbisogno del 17% della domanda mondiale d'energia elettrica. Il nucleare tornerà pertanto sui tavoli dei programmi energetici in nome della diversificazione e della lotta all'effetto serra. Il mondo si sta avviando lentamente verso una fase post-petrolifera. Non scompariranno petrolio, carbone o gas ma saranno certamente affiancati dalle energie rinnovabili e anche dal nucleare a fissione in attesa che maturi la tecnologia a fusione. Questo scenario storico è ben delineato e sarà ben poco importante conoscere quale posizione politica prenderà l'Italia sul ritorno o meno al nucleare civile.

 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 attraverso ferite sono completamente rimossi dall'organismo (ad esempio: con l'urina, le feci, ecc.).

 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)

 

Sorgente

Esposizione esterna(mSv/anno)

Esposizione interna(mSv/anno)

Totale(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

 Effetti biologici delle radiazioni ionizzanti

Da quando l'uomo ha 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.

Nella tabella qui sotto riportata è indicata la stima nell'individuo adulto della soglia di dose per effetti deterministici:

 

Tessuto ed effetto

Soglia di dose

Equivalente di dose totale ricevuto in una singola breve esposizione(Sv)

Equivalente di dose totale ricevuto per esposizioni fortemente frazionate o protratte (Sv)

Testicoli

Sterilità temporanea Sterilità permanente

 

0,15

 3,5

 

NA ¹

NA

Ovaie

Sterilità

 

2,5 ÷ 6,0

 

6,0

Cristallino

Opacità osservabili ²

Deficit visivo

 

0,5 ÷ 2,0

5,0

 

5,0

> 8,0

Midollo osseo

Depressione dell'emopoiesi

Aplasia mortale

 

0,5

1,5

 

NA

NA

 

 

Ultimo aggiornamento Venerdì 18 Marzo 2011 11:14