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Le radiazioni ci circondano ogni giorno. Radiazioni non ionizzanti come i raggi del sole possono essere schermate con vestiti e creme solari. L’esposizione alle radiazioni ionizzanti, emesse da materiale radioattivo, richiede una schermatura a seconda del tipo di radiazione, da un foglio di carta a uno strato di piombo o calcestruzzo, spesso da pochi centimetri ad alcuni metri.
La radiazione è definita in fisica come la diffusione di particelle o di onde. Sia la radiazione naturale, per esempio i raggi del sole, che quella artificiale, come la radiazione di un forno a microonde, sono date per scontate e sono diventate parte integrante della nostra vita quotidiana.
Radiazioni ionizzanti e non ionizzanti
In sostanza, si distinguono due tipi di radiazioni, ionizzanti e non ionizzanti:
- Radiazioni ionizzanti è il termine collettivo che sta a indicare le emissioni di particelle o di fotoni la cui energia è sufficiente a rimuovere tramite collisioni gli elettroni dalla nube elettronica di un atomo. Poiché gli elettroni possiedono una carica negativa, dopo la collisione, rimane un atomo caricato positivamente (la carica positiva del nucleo atomico è superiore alla carica negativa della nube elettronica rimanente), ossia lo ione. Gli atomi sono ionizzati. Tali radiazioni includono, per esempio, la radiazione a raggi X e la radiazione emessa dalle sostanze radioattive. Con la ionizzazione degli atomi viene alterato il loro legame chimico con gli atomi vicini. Ciò comporta cambiamenti permanenti in alcuni materiali che possono essere dannosi o vantaggiosi per il loro impiego. Per esempio, la plastica diventa fragile e cambia colore.
- Le radiazioni non ionizzanti includono le radiazioni a energia più bassa. Per esempio le onde radio e le microonde.
Radiazioni alfa e beta
Le radiazioni ionizzanti più comuni da sostanze radioattive si differenziano soprattutto in termini di portata. La radiazione alfa e beta consiste di veloci particelle cariche, che perdono la propria energia principalmente a seguito di impatti con elettroni. Vengono frenate come il motore di una barca in acqua quando il motore è fermo. Più lenta e voluminosa è la barca, minore è la distanza di frenata. Più lente e più grandi sono le particelle cariche, inferiore è la loro penetrazione nella materia.
La penetrazione dei raggi alfa nell’aria è di pochi centimetri, nel tessuto umano meno di 0,1 millimetri. Le radiazioni beta possono penetrare nell’aria per pochi centimetri/metri, nel tessuto molle o nella plastica invece solo pochi millimetri.
I neutroni vengono dispersi come particelle prive di carica solo quando colpiscono direttamente un nucleo atomico. Come per le palle da biliardo, l’energia cinetica viene trasferita maggiormente ai nuclei di massa simile come i neutroni. Pertanto la radiazione neutronica penetra nei materiali più pesanti in modo abbastanza semplice, tuttavia acqua e plastica possono rallentare i neutroni in tempi relativamente brevi.
Radiazione Gamma
La radiazione Gamma viene diffusa (effetto Compton) o assorbita (effetto fotoelettrico e produzione di coppia). Ciò dipendente della densità e dal numero di protoni nel nucleo atomico. È possibile immaginare la diffusione, così come l’assorbimento, come una freccia lanciata in un bosco, la freccia vola tanto lontano o tanto vicino, fino a quando non colpisce un albero e rimbalza (ovvero viene deviata e vola in un’altra direzione) oppure rimane infilzata (ovvero viene assorbita). Ogni radiazione gamma diffusa viene infine assorbita.
Poiché il frenamento delle radiazioni gamma non si svolge in modo continuo, come avviene per le particelle cariche, bensì in modo piuttosto casuale, non è possibile determinare la portata massima delle radiazioni gamma. Invece di portata, per la radiazione gamma si parla di indebolimento dell’intensità della radiazione con densità e spessori crescenti del materiale. Al contrario delle radiazioni alfa o beta, la radiazione gamma possiede una capacità di penetrazione superiore.
Il piombo è la schermatura più comune per le radiazioni gamma in un laboratorio. Se lo spazio disponibile è sufficiente, come in una centrale nucleare, si possono utilizzare rivestimenti spessi anche di altri materiali, come ferro, cemento o acqua.
Le radiazioni ionizzanti possono causare cambiamenti permanenti negli organismi viventi e nei materiali. Nei metalli, l’espulsione degli atomi dalle loro posizioni nel reticolo cristallino altera le caratteristiche del materiale. Tali danni si accumulano, fino a quando i cambiamenti non diventano misurabili, come per esempio l’infragilimento.
Se la radiazione ionizzante colpisce le cellule di un essere umano o di un animale, nei nuclei cellulari si possono verificare interruzioni nei filamenti singoli o doppi del DNA. Tali danni possono essere prevalentemente riparati in caso di intensità minore della radiazione. Per l’intensità maggiore questo non è più possibile per cui la cellula può perdere la propria capacità di dividersi e morire alla fine della propria vita. Se in un organo sono colpite molte cellule, si subiscono i danni deterministici da radiazioni. Nel sesto articolo della serie sulla radioprotezione tratteremo dettagliatamente i danni alla salute.
Questo è il quarto di 14 articoli sulla radioprotezione. La quinta parte riguarda i principi fondamentali di radioattività.