19/12/2004
Rev 15/2/2008
Il nucleare
Una delle
discussioni più accese che in genere si hanno tra le persone è quella sulle
centrali nucleari e se sia giusto o meno costruirle.
La cosa buffa è che le persone parlano di questo senza avere, quasi sempre, una conoscenza della cosa ma solo per sentito
dire. Sentito dire magari da qualche giornalista o qualche politico. La cosa ha
generato vere e proprie risse tra i politici, dove la cultura scientifica è
notoriamente scarsina. Guardiamo da vicino la cosa, per
quello che posso vedere io, e giudichiamo in maniera un po’ più asettica.
La paura
La paura viene
dal ricordo storico di quanto accaduto in Giappone durante l’ultima guerra
mondiale. Il terrore e la sofferenza generata dall’esplosione delle due atomiche
ha portato molte persone a considerare l’atomo come il
nemico numero uno dell’umanità.
In realtà di
pericoli, nell’atomo di per sé, ce ne sono pochi. L’esplosione è infatti una cosa che può essere generata solo
deliberatamente da una costruzione volontaria di un ordigno atomico. Da solo
l’atomo non solo non esplode, ma anzi, si rifiuta
assolutamente di farlo.
Anche la più terribile centrale nucleare
ipotizzabile, anche la più scalcagnata tra queste,
non può, per questioni fisiche esplodere ma al massimo emettere,
involontariamente radiazioni. Queste sono le uniche, le radiazioni, di cui
dobbiamo avere paura, e non sempre a ragione. Molti parlano di
esplosione atomica a Chernobyl.
Nulla di più
errato. Continuo a leggere su groups e forum di ogni tipo, purtroppo anche scientifici, di esplosione
atomica.
Assolutamente
falso.
Chernobyl
A Chernobyl, la madre della disfatta nucleare in Italia,
l’esplosione c’è stata, certo, ma era di tipo chimico.
La grafite, incendiata e ad altissima temperatura a generato idrogeno
dall’acqua di raffreddamento: la poca rimasta dopo la folle chiusura dei
sistemi di emergenza. L’idrogeno, surriscaldato, è
esploso, chimicamente, esattamente come
potrebbe avvenire in una comune bomba piena di un qualunque esplosivo. La grafite
incendiata, il peggior incendio che si possa immaginare e quasi impossibile da
spegnere, ha poi continuato a bruciare violentemente e portato per aria
tonnellate di materiali radioattivi. Nessuna esplosione nucleare è avvenuta lì, ne potrebbe esserlo stato. Una centrale non
può, per nessun motivo, esplodere atomicamente. Al
massimo può fare danni, e anche tanti, ma non esplodere. Oltre a tutto Chernobyl non è stato un incidente nucleare, ma, se mai, una pazzia politico
militare. In occidente una
simile centrale non sarebbe mai entrata in funzione e la sola proposta di
costruire una centrale a grafite, stile anni ’50, avrebbe portato il
costruttore nelle patrie galere. Ma vediamo il
problema vero, le radiazioni.
Radiazioni
Un atomo può
essere immaginato come un insieme di palline, neutroni e
protoni, legate tra loro a formare un nucleo, e da un guscio di palline,
molto più piccole, gli elettroni, che gli girano attorno.
Che poi girino o meno è da vedersi ma immaginiamolo così per
semplicità.
Un atomo
differisce da un altro quindi per il numero di elettroni
(e) che ha, e che deve essere uguale a quello dei protoni (p) che ci sono nel nucleo. Questo numero si indica con la lettera Z o numero atomico.
Se gli elettroni sono in più o in meno l’atomo
diventa elettricamente carico, ma questo caso a noi ora non interessa. Altra cosa interessante è il
numero dei neutroni, elementi di carica elettrica nulla, che sono,
generalmente nello stesso numero o quasi dei protoni. È proprio questo quasi che ci interessa.
Atomo di elio He
Tra gli elementi
naturali partiamo dall’idrogeno H (Z=1) He(Z=2) e via via, attraverso
tutti gli altri come l’ossigeno O (Z=8) e il ferro Fe
(Z=26) arriviamo al piombo Pb
(Z=82). Sono tutti atomi pacifici e quindi stabili: non certi loro isotopi ma
questo lo vediamo dopo.
Altri elementi
sempre naturali e assai poco comuni in natura sono meno mansueti.
Ad esempio il
Radio, o l’Uranio, sono
dal punto di vista atomico leggermente diversi. In questi elementi il numero
dei protoni è largamente minore dei neutroni, che normalmente
come già detto, sono in quantità equivalente. In queste condizioni
l’elemento naturale diventa instabile e tende a decadere. Questo processo, per
cui un nucleo atomico si trasforma nel nucleo di un elemento diverso o,
se vogliamo, raggiunge uno stato energetico minore, genera l’emissione di
radiazioni ionizzanti. Questa emissione si può catalogare come
segue.
decadimento
radioattivo alfa
decadimento
radioattivo beta (positivo o negativo)
decadimento
radioattivo gamma
Facciamo però un
passo indietro e parliamo prima di ionizzazione e
elettronvolt
Ionizzazione
Si parla di
ionizzazione nel caso in cui una energia esterna che
vedremo, colpisce un atomo strappandogli degli elettroni. L’atomo rimane quindi
carico elettricamente (+) e cercherà in qualche modo di ritrovare il suo
equilibrio elettrico riconquistando un elettrone. Si noti che quando questo
avviene si ha la generazione di un fotone, cioè di
un’onda elettromagnetica che può essere anche pericolosa per l’uomo a seconda
della frequenza che questa ha. Si noti anche che, mentre per un metallo la
ionizzazione rappresenta uno stato quasi normale1, quando si parla di altri elementi e sopra a tutto molecole complesse, come
quelle dell’organismo umano, la ionizzazione può essere un danno di per se
stessa.
1 Bassa energia di prima
ionizzazione
Elettronvolt eV
È la misura dell'energia delle
radiazioni ionizzanti ed è espressa in elettronvolt eV.
Un elettronvolt (1 eV) è quindi l'energia che ha un elettrone quando
passa tra una differenza di potenziale di 1 Volt nel vuoto.
Le radiazioni ionizzanti
Particelle alfa
Le prime nella
scala delle radiazioni pericolose sono, ne più ne meno
che un nucleo di elio cioè due protoni p e due
neutroni n, lanciati
ad alta velocità. L’elemento che le genera si trasforma in nuovo elemento con numero atomico Z - 2,
avendo perso due protoni e quindi due elettroni. L’energia generata è di regola circa 4 MeV
e la velocità del piccolo nucleo
di elio di 15 o 20 mila di km/s: 1/15 di quella della
luce.
Il loro potere penetrante è debole e viene fermato ad esempio da spessori di 1/10 di millimetro
di leggerissimo alluminio o da un foglio di carta da imballaggio. Non sono in grado
di superare lo strato superficiale dell'epidermide. Nell’aria percorrono,
libere e senza urti non più di 3 o 4 centimetri.
Il loro potere ionizzante è assai elevato e ogni particella è in grado di produrre in aria
4000 coppie di ioni per ogni millimetro percorso. La loro pericolosità è però assai bassa. Le particelle alfa sono pericolose
solo se emesse direttamente dentro il corpo umano, ad esempio in seguito ad inalazione o ingestione di sostanze emettitrici.
In tutti gli
altri casi il loro potere penetrante è nullo. Quindi è impossibile ricevere un danno da una simile
sorgente, naturale o meno.
Particelle beta
Sono costituite da elettroni (e-)
e da positroni (e+)
emessi ad alta velocità.
Il decadimento beta è un
processo radioattivo per cui un
neutrone decade in un protone con emissione di un elettrone e di un antineutrino. All’inverso
un protone può decadere in un neutrone emettendo un positrone (e+) ed un neutrino.
Se queste particelle urtano la materia possono a loro volta essere causa della emissione di raggi X.
La loro energia va da pochi keV a diversi MeV
con velocità vicine o corrispondenti a
quella della luce (300 mila km/s). Il loro potere di penetrazione è debole e non và oltre i pochi millimetri
nell’allumino, i decimi di millimetro nel piombo, e
pochi millimetri (5 o 10) nella pelle. Bastano pochi centimetri, 1 o 2, di una
tavola di legno per fermale. Nell’aria percorrono non
più di un metro se non sono bloccate da urti. Il loro potere ionizzante è minimo. Nell’aria una
particella beta produce circa 4 coppie di ioni per millimetro. Le particelle beta sono pericolose, come le
alfa, solo se emesse dentro il corpo umano come già visto per le alfa stesse.
All’esterno occorre che siano emesse vicino ad organi che sono a meno di 10 o
20 millimetri dalla cute. Solo il cervello e gli occhi quindi sono in pericolo,
per sorgenti che generino queste radiazioni molto
vicino alla testa; i pericoli sono quindi trascurabili per la salute umana.
Raggi gamma
Sono costituiti da onde
elettromagnetiche come i fotoni o se volete la luce. Occorrerebbe dire che non
esiste differenza tra particelle e radiazioni: la cosa è del
tutto teorica e quindi lasciamo perdere.
La radiazione ha
una frequenza che varia da elemento ad elemento radioattivo con lunghezze
d'onda comprese tra i 10-14 e i 10-11 metri. L’energia va da pochi keV a molti MeV
ed è proporzionale alla loro frequenza (legge di Plank).
La velocità è ovviamente, nel
vuoto, quella della luce. Il numero atomico non varia dopo l’emissione
del raggio in quanto questo è associato di regola al decadimento alfa o beta
già visti. In particolare i raggi gamma derivano, in quasi tutti i casi, dalla annichilazione di un positrone già emesso.
Il loro potere penetrante è fortissimo.
Occorre qualche centimetro di piombo per far diminuire l'intensità del 50%.
Forte è anche il loro potere
ionizzante. La loro pericolosità
è altissima. Sono in grado fare danni enormi al corpo umano anche a grandi
distanze.
Raggi X
Sono costituiti
da radiazioni elettromagnetiche come i raggi gamma, ma hanno frequenze minori cha
vanno da 10-11 a 10-9 metri. Di regola non sono emessi,
come i raggi alfa, beta e gamma, da nuclei radioattivi ma da apparecchiature
elettroniche costruite appositamente. In qualche caso ci sono emissioni anche
da parte di raggi beta negativi che, ad alta velocità, urtano la materia, ma è
una sorgente di secondo ordine per la nostra sicurezza. In natura solo nel
cosmo esistono sorgenti naturali di queste radiazioni ma, per fortuna, assai
lontane. Sono emissioni quindi trascurabili dal punto di vista biologico.
Le sorgenti sono
quindi quasi sempre artificiali e legate a scontri tra elettroni ad alta
velocità e la materia,. Un esempio semplice è il tubo di Roentgen.
L’energia va da alcuni keV a molti MeV
e la velocità è quella ovviamente della
luce. Il loro potere penetrante è molto forte e la ionizzazione altrettanto. La
loro pericolosità è molto elevata,
anche se inferiore a quella dei raggi gamma. Di regola, essendo sorgenti
artificiali non costituisce un pericolo per la vita umana.
Neutroni
In natura praticamente non esistono liberi (ad alta energia) ma sono
sempre frutto di trasformazioni atomiche o di macchinari appositamente
costruiti (acceleratori). Si possono dividere nelle seguenti categorie.
neutroni derivati da effetti termici energia 1/10 eV
neutroni lenti energia
da 1/10 eV a 100 KeV
neutroni veloci energia
da 100 KeV ad molti MeV
neutroni ad alta energia energia
superiore a 100 MeV
Un neutrone
veloce o ad alta energia può essere considerato la
cosa più pericolosa che
ci sia nel campo delle radiazioni.
Il loro potere
dirompente per le cellule biologiche è infatti
altissimo.
Tratto da un sito di divulgazione Inglese
Dosi e pericoli per l’uomo
Ma quanto sono pericolose queste radiazioni?
Cominciamo col dire che ogni forma di energia elettromagnetica è
pericolosa per il corpo umano. Tutte, anche quelle con cui vediamo
il telegiornale la sera. Sempre onde elettromagnetiche sono. In pratica il
rischio è però correlato, direttamente, con l’energia che ognuna di queste onde
porta con se. Dato che questa è E = ћυ
è ovvio che più alta è la frequenza e più alti sono i
rischi. Ma cosa accade?
Ogni volta che
un’onda ci colpisce, sia essa un’onda elettromagnetica o un neutrone ad alta
velocità, questa passa, nel 99,99 eccetera, vi evito
tutti i nove del caso, percento dei casi attraverso il corpo umano senza altri
danni. È il motivo per cui ci facciamo le radiografie
con i raggi X. Se questi non passassero attraverso il corpo che le faremmo a fare?
Ovviamente non
tutte queste onde passano indenni, altrimenti nella lastra
non vedremmo nulla. Solo una parte, piccolissima viene
fermata (meglio sarebbe dire assorbita) dal corpo umano che vi è davanti.
È questo assorbimento che genera il danno. Nel tempo si sono
costruite molte scale di ogni tipo e genere per il
controllo delle radiazioni. Il fatto è che non conta tanto la quantità di
particelle o radiazioni ne la loro energia intrinseca
quanto il danno effettivo che queste possono generare. Inutile quindi parlare
di flusso o di energia ma occorre parlare di dosi in
quanto il problema è del tutto statistico.
Oggi esiste una
misura unificata il Sievert
(Sv) riconosciuta ed usata in tutto il mondo.
1 Sv = 100 rems 1 mSv
= 0,1 rems o se preferite 1
Sv = 1J/Kg * Q. Dove Q è il fattore di merito o di assorbimento.
Senza entrare
troppo nel dettaglio delle scale e dei loro significati fisici, che a noi
interessano poco facciamo alcuni esempi concreti e più
utili.
Radiazioni
cosmiche
Ammontano a 300 o
400 μSv anno sulla superficie terrestre. Volando
tra i 10.000 e i 12.000 metri di altezza le radiazioni
cosmiche aumentano fino a 100 volte il valore terrestre. In pratica in un’ora
di volo a quelle quote si assorbono delle notevoli dosi in più di radiazioni.
Non per nulla molte compagnie aeree cercano di limitare la quota dei loro voli
per la sicurezza, sopra a tutto, del proprio personale navigante che di rischi
ne corre un po’ più del normale viaggiatore.
Radiazione di fondo terrestre
È quella a cui
noi tutti siamo sottoposti, giorno dopo giorno, ed è dovuta
al contenuto della crosta terrestre. Si è stimato nel valore di 1.6 mSv anno la media di assorbimento
degli abitanti terrestri ma ci sono zone dove si può arrivare a valori di 8 mSv, sempre per anno. In Svizzera la radiazione di fondo, ad esempio è di 5 mSv.
Basta una miniera o dei giacimenti di certi gas per portare i valori a questo
livello. Non è dimostrata la pericolosità dell’esposizione a queste dosi.
Accertamenti
diagnostici
Ogni qualvolta si
fanno accertamenti diagnostici in media si assorbono tra i 10 μSv e 1 mSv
per radiografia in pochi millisecondi. Questo
escludendo quelli più aggressivi dove si arriva purtroppo anche a 8 o 10 mSv
che vengono invece assorbiti nell’arco di alcuni minuti.
Fonti casuali di
radiazioni elettromagnetiche
Una delle fisime
tipiche della gente sono i forni a microonde, i cinescopi delle televisioni o
computer e, ultimamente, e senza in questo caso torto, i telefonini cellulari.
A parte i CRT si tratta di generatori di onde non ionizzanti ma pur sempre ad alta frequenza e
densità.
Forni a microonde
Generano onde
elettromagnetiche fortissime, ma confinate in un piccolo spazio che è l’interno del forno stesso. La loro frequenza è di circa
1.6 GHz, una frequenza
quindi molto più bassa rispetto a quella delle radiazioni ionizzanti.
Nonostante
questo, ma considerando la densità della radiazione, si può dire che un
apparecchio di questo tipo, in buone condizioni rappresenta un rischio di circa
10000 (104) inferiore2 ad un telefonino. Mi sembra basti.
2 Numero determinato dal fattore di attenuazione
in dB del contenitore del forno
Tubi CRT o tubi catodici
Si tratta di apparecchi che hanno un funzionamento, spero nessuno me
ne voglia per la battuta, di tipo atomico.
Sì perché generano fotoni visibili a partire da elettroni ad alta velocità che
urtano in continuazione contro una superficie fatta di atomi
“sensibili” a questo trattamento, leggi fosforo, e che quindi emettono
facilmente fotoni dopo l’urto. Anche se, ad onor del vero, i CRT emettono anche raggi X, esattamente come
previsto dalla teoria, la loro dose è irrisoria. Specie negli ultimi
tipi molto schermati. Va tenuto conto che sono oramai in disuso visto la
crescita del mercato dei monitor a LCD; o TFT se preferite. Oltre
50 anni di storia del tubo catodico non ha portato a nessuna statistica
negativa sugli utenti. Nemmeno quelli, pensiamo ai controllori di volo
negli aeroporti, che hanno usato e abusato di questi mezzi per migliaia di ore, e spesso con tecnologie obsolete.
Telefonini
Sono la mania di questa epoca e sono, per assurdo, la cosa più pericolosa che
usiamo senza saperlo. La loro banda di emissione va
dagli 0.9GHz agli 1.8GHz. Un telefonino, specie se usato in auto, dentro cioè
un ambiente metallico chiuso, può generare campi, in questo caso stazionari,
anche di oltre 200 V/m. Un livello assolutamente pericoloso
che dovrebbe essere evitato nella maniera più assoluta. Pur
non trattandosi di onde ionizzanti, esattamente come il forno a microonde,
il loro livello è tale da generare molti più rischi di qualunque altra fonte
comune nelle nostre case.
Quale è la soglia di pericolo?
In realtà è
impossibile conoscerla. Essa dipende dal tempo in cui si assorbe oltre che dalla
dose stessa e, cosa assai più grave, dipende anche dall’età del soggetto. Per
un bambino le radiazioni sono assai più deleterie che per un adulto. Parlando
del rapporto dose tempo vediamo un esempio.
Un lavoratore in
una centrale nucleare assorbe più o meno 10 o 15 mSv anno. In trenta anni è nulla, e la statistica ci
dice che non ci sono casi anomali. Se invece assorbisse gli stessi 0,3 o 0,4 Sv in un minuto allora le cose
cambierebbero portando alterazioni del sangue e di alcune funzionalità biologiche.
Sempre però reversibili, ma siamo all’allarme rosso.
Se
poi il livello si porta oltre i 2 / 4 Sv le
probabilità di salvezza diventano bassissime. Oltre 8 Sv, è
il caso degli operai di Tokaimura, la morte è quasi
certa. I pompieri di Chernobyl potrebbero essere
arrivati a superare i 20 Sv minuto.
Chi ha ragione: gli ambientalisti o i
nuclearisti?
Io non posso, ne ho l’autorità, per dire una cosa del genere. Porto
solo delle tesi.
Il rischio
I rischi ci sono
in tutte le attività umane. Il fatto che una centrale a petrolio inquini giorno
per giorno invece che in un colpo solo in caso di incidente
come una nucleare non è un buon metodo di giudizio. Anzi. Al
limite è meglio tutto e subito, potendo poi porre rimedio, che non poco
alla volta. Se fosse possibile essere certi che non possa
capitare mai un incidente grave o peggio gravissimo, di sicuro è molto meglio
una centrale nucleare che una a petrolio. Occorre essere onesti.
Purtroppo questa
sicurezza non c’è.
L’inquinamento
Qui occorre
essere categorici. Una centrale atomica inquina un miliardesimo di una centrale
a carbone e centinaia di volte meno di una a petrolio. Sostenere il contrario è
stupido: i dati sono a disposizione di tutti. È dimostrato come le morti per
inquinamento nel mondo siano talmente tante a causa dei combustibili organici,
e quasi punte per quelli nucleari, che è un discorso
inutile. Si pensi che nella verdissima Francia l’età
media vicino alle centrali nucleari, e sono oltre 50 in funzione, è addirittura più alta che nelle metropoli.
Sarebbe lungo parlare di questo ma basta un dato: il controllo dell’aria nei
dintorni dei reattori è tale che, se a qualcuno venisse in mente, come accade
spesso in Italia, di dare fuoco ad un cumulo di rifiuti creando una nuvola di
gas inquinanti, dopo un secondo interverrebbero le
forze dell’ordine, di ogni tipo e genere, a causa dell’allarme generato dalle
centraline che, a distesa, controllano tutto e tutti.
Io, ve lo dico
francamente, preferirei di gran lunga stare in una
ipotetica isola dei carabi accanto ad una centrale nucleare che non in centro a
Milano!
Il costo
Qualcuno ha scritto, nei tempi della disputa sul nucleare che l’energia
elettrica dell’atomo, una volta costruita la centrale era gratuita.
Insomma, una volta fatta, per cento anni si sarebbe illuminato Roma gratis.
Nulla di più errato. L’energia elettrica fatta col nucleare
costa, e costa cara. Stime recenti parlano di un pareggio col petrolio
intorno ai 18 o 20$ al barile. Sotto questa cifra il nucleare non conviene e
occorre tenere conto che, nella stragrande maggioranza dei casi, l’energia
nucleare è sovvenzionata generosamente dai governi, come accade ad esempio in
Francia. Probabilmente il costo deve essere più alto di quel che si dice. Prova
ne sia che negli USA, paese dove spazi, tecnologie, e
anche permessi politici non mancano certo, l’atomo genera solo una piccola
parte della corrente elettrica usata. Questo la dice lunga.
Diciamo che
l’argomento costo è forse quello più vincente da parte degli ambientalisti.
I rifiuti
È inutile dire
che di rifiuti una centrale ne produce. Non si tratta solo delle barre usate, altamente radioattive dopo il funzionamento, e che forse
sono, per assurdo, le meglio riciclabili, ma di tutti gli altri oggetti,
filtri, pezzi di ricambio, liquidi eccetera, che rimangono da stoccare. Tutto
questo materiale deve essere custodito per decine o, in qualche caso, centinaia
di anni. Ma dove? In Italia,
per aprire una discarica per rifiuti urbani occorrono 500 o 600 permessi e, di
solito, una decina di scioperi e sommosse. Figuriamoci l’idea di aprire una
discarica nucleare. L’unica sarebbe l’esportazione all’estero di questi
materiali ma… ci costerebbe più il riciclaggio, all’estero, dei materiali
esausti di quanto risparmieremmo, forse, nel produrre corrente elettrica.
Pensate che non siamo riusciti a stoccare nemmeno i
rifiuti biomedicali, che per forza dobbiamo produrre
se vogliamo una sanità. All’estero anche quelli. Non siamo,
diciamo così, un paese adatto a queste cose.
Chi poi abbia ragione tra i due schieramenti decidetelo voi.
