Dopo aver analizzato il tema delle radiazioni ultraviolette naturali, oggi parleremo delle radiazioni ionizzanti naturali. L’uomo è da sempre esposto alle radiazioni ionizzanti di origine naturale costituite dai raggi cosmici e dalle radiazioni emesse dalle sostanze radioattive come il Radon presente nel suolo, nell’aria e nelle acque. Siamo infatti quotidianamente e inevitabilmente esposti a una dose di radiazioni definita “fondo naturale di radiazione” emesse dall’ambiente che ci circonda. La radiazione di fondo varia da luogo a luogo sia per natura che per quantità.

I raggi cosmici sono costituiti da particelle energetiche che arrivano direttamente dallo spazio, emesse dal sole e dalle altre stelle. Sebbene l’atmosfera terrestre blocchi una parte di queste radiazioni, alcune riescono a superarla. Tuttavia, esse di disperdono gradualmente e pertanto, ad altitudini elevate, le radiazioni trasportate dai raggi cosmici sono maggiori (ogni 1500 metri di distanza dalla terra raddoppia l’esposizione ai raggi cosmici). Per questo motivo, essi possono rappresentare un problema per i piloti e il personale di bordo.

Per quanto riguarda invece le radiazioni emesse dalla Terra, si tratta principalmente di raggi gamma, che vengono emessi da elementi radioattivi (come uranio e radon) presenti nelle rocce e nel suolo. Piccole quantità di queste radiazioni possono raggiungere gli esseri umani attraverso l’aria, il cibo e l’acqua. La fonte naturale di radiazione terrestre più importante per la salute umana è il radon, un gas radioattivo di origine naturale che si trova nel terreno e nelle rocce.

Che cosa sono le radiazioni ionizzanti?

A seconda dell’energia che trasportano, le radiazioni elettromagnetiche si dividono in radiazioni non ionizzanti e radiazioni ionizzanti. Le prime includono le onde herziane, gli infrarossi, il visibile e i raggi UV, i cui effetti sono stati descritti nel post precedente.

Le radiazioni ionizzanti invece possono avere le proprietà sia delle radiazioni elettromagnetiche che delle particelle subatomiche dotate di una quantità di energia sufficiente per "ionizzare¹" la materia che attraversano. Le radiazioni ionizzanti sono le sole considerate cancerogene, perché la capacità di ionizzare la materia fa sì che possano interagire anche con i tessuti degli esseri viventi. Fanno parte delle radiazioni ionizzanti i raggi gamma, raggi X, le particelle alfa e le particelle beta. 

I raggi gamma sono onde elettromagnetiche ad alta frequenza emesse da un nucleo instabile che ritorna ad uno stadio di equilibrio. Sono altamente penetranti, attraversano anche il cemento e possono essere fermati da spessi schermi di piombo.

I raggi X hanno la stessa natura delle radiazioni gamma ma sono meno energetici, e per questo meno pericolosi, e a differenza di quest’ultimi emettono energia da un atomo piuttosto che da un nucleo.

Le particelle alfa sono particelle emesse (con carica +2) dal decadimento radioattivo di elementi pesanti. Non sono penetranti (millesimi di cm) e possono essere schermate facilmente (da un foglio di carta, dai vestiti e da pochi cm d’aria). Collidendo con la materia strappano due elettroni e si trasformano in atomi di elio. Diventano pericolose se emesse all’interno del corpo per ingestione o inalazione di atomi radioattivi.

Le particelle beta si formano quando, all’interno di un nucleo atomico instabile, un neutrone decade a dare un protone e un elettrone. Sono più veloci e leggere delle alfa e penetrano fino a 3 cm nella materia organica e in acqua.

Effetti delle radiazioni ionizzanti

Gli effetti delle radiazioni ionizzanti sugli organismi viventi possono essere di due tipi: effetti deterministici e stocastici (probabilistici).

Gli effetti deterministici sono dose-dipendenti e si manifestano quando vi è un sufficiente numero di cellule danneggiate per produrre una perdita strutturale e funzionale, clinicamente rilevabile, del tessuto e dell’organo. Alcuni possibili effetti deterministici sono eritemi, necrosi cutanea, anemia, perdita dei capelli e dei peli, cataratta, sterilità, sino alla morte.

Se per gli effetti deterministici la gravità è proporzionale alla dose, per quelli stocastici la gravità è indipendente dalla dose assorbita, anche se la probabilità di accadimento aumenta al crescere della dose. Tra l’esposizione alle radiazioni e l’insorgenza degli effetti probabilistici possono trascorrere molti anni. Dopo l’irraggiamento, il DNA potrà essere danneggiato in modo reversibile (intervengono meccanismi di riparazione che ripristinano l’integrità del DNA) o irreversibile portando, dopo un certo periodo di latenza, all’insorgenza di tumori. Infatti, il più comune effetto stocastico dell’esposizione a radiazioni ionizzanti è il cancro.  Sebbene siano in grado di indurre lo sviluppo di ogni forma di tumore, la leucemia e il cancro della tiroide sono le neoplasie che si verificano più frequentemente e più precocemente nelle persone esposte a radiazioni ionizzanti.

Radio-protezione

Nessuna esposizione alle radiazioni ionizzanti, per quanto moderata, può essere considerata con rischio assolutamente nullo. In questo contesto, a partire dagli anni ’70, la Commissione internazionale per la protezione radiologica (ICRP)², ha proposto di istituire un sistema di protezione dalle radiazioni basato su tre principi fondamentali:

• Giustificazione: ogni esposizione deve essere giustificata in base ai benefici che ne possono derivare (per esempio in campo medicale);
• Ottimizzazione: le esposizioni devono essere mantenute al livello più basso ragionevolmente ottenibile;
• Limiti di dose: le dosi non devono superare i limiti prescritti dalla legge.

Il limite massimo di dose³ stabilito dalla legge italiana (Decreto Legislativo n.101 del 31 luglio 2020) per la popolazione in generale è 1 mSv/anno, mentre per i lavoratori⁴ esposti è di 20 mSv/anno.

In conclusione, le misure operative e legislative adottate nel campo della radioprotezione, hanno notevolmente ridotto la frequenza degli effetti tossici associati alla dose di esposizione, ma rimane ancora aperta la problematica legata alle patologie tumorali, configuranti gli effetti stocastici, non soglia-dipendenti.

https://www.iss.it/protezione-dalle-radiazioni

https://www.gazzettaufficiale.it/eli/gu/2020/08/12/201/so/29/sg/pdf

¹ Uno degli effetti fondamentali delle radiazioni ionizzanti sui sistemi biologici è la ionizzazione dell’acqua con la conseguente formazione di radicali liberi altamente reattivi.

² A livello internazionale l’ICRP è l'ente che si occupa di promuovere il miglioramento delle conoscenze nel campo della radioprotezione.

³ La dose assorbita dai tessuti viene misurata in Gray (Gy), mentre l’unità di misura impiegata per misurare l’effetto biologico delle radiazioni è il Sievert (Sv).

⁴ Le radiazioni ionizzanti sono ampiamente utilizzate. Le applicazioni più significative riguardano la medicina, la produzione di energia, la ricerca scientifica e tecnologica, l’industria, l’agricoltura, l’industria alimentare, la geologia, l’archeologia e le applicazioni ambientali.