Radioprotezione

Radioprotezione secondo il D.Lgs. 230/1995

Davide Romani

Introduzione alla radioprotezione

La radioprotezione è una disciplina autonoma, nata come campo di applicazione della radiobiologia a cui è strettamente connessa. Si occupa della protezione dell’uomo e dell’ambiente dagli effetti nocivi delle radiazioni ionizzanti e dai raggi gamma, radiazioni emesse da sorgenti artificiali.

Fondamenti scientifici della radioprotezione

Le materie scientifiche su cui si fonda sono:

• Fisica: Per quanto riguarda le interazioni delle radiazioni con la materia a livello nucleare, atomico e molecolare.
• Biologia: Per gli effetti che le radiazioni provocano a livello cellulare.
• Anatomofisiologia: Per le conseguenze negative che le radiazioni possono avere su tessuti, organi, apparati e sull’intero organismo umano.
• Biotecnologia: Per le strumentazioni di cui fa ampio uso.

Normativa e linee guida internazionali

La disciplina della radioprotezione dalle radiazioni ionizzanti si attiene a un sistema di indicazioni elaborato dall'I.C.R.P., acronimo anglosassone di “Commissione Internazionale per la Protezione Radiologica”, un'organizzazione internazionale indipendente, che produce le linee guida di riferimento per proteggere la popolazione dalla radioattività. Le indicazioni della commissione sono accettate internazionalmente e, anche se non sono vincolanti per nessun governo, vengono usate in tutto il mondo come riferimento per le legislazioni nazionali.

Studi sugli effetti delle radiazioni

Negli ultimi anni, è stato compiuto un considerevole sforzo per determinare gli effetti delle radiazioni sul corpo umano. Non essendo possibile effettuare esperimenti diretti sulla popolazione, l'attuale conoscenza degli effetti delle radiazioni è basata su:

• Dati raccolti in occasione di incidenti (per esempio: Chernobyl).
• Studi epidemiologici effettuati sui sopravvissuti al bombardamento di Hiroshima e Nagasaki.
• Studi sulle popolazioni esposte alle esplosioni nucleari effettuate a scopi militari.
• Studi ed esperimenti effettuati su animali da laboratorio.

Storia della radioprotezione

La storia della radioprotezione comincia con il riconoscimento dell'azione nociva delle radiazioni ionizzanti e non ionizzanti e delle misure di prevenzione a ciò dirette. I pericoli della radioattività e delle radiazioni per molto tempo non furono riconosciuti. Gli effetti dannosi delle radiazioni divennero evidenti solo alla fine dell’800, quando in seguito alla scoperta dei raggi X (Röntgen) e della radioattività (Becquerel), furono disponibili intense sorgenti di radiazione.

Solo un mese dall’annuncio della scoperta dei raggi X, da parte di Röntgen, nel gennaio 1896, un costruttore e sperimentatore di tubi sotto vuoto, mostrò lesioni alla cute e alle mani, che attualmente sono diagnosticate come dermatite sub-acuta da raggi X. Quelle lesioni erano il risultato di esposizioni ad alte dosi di radiazioni ionizzanti, avvenute manipolando apparecchi a raggi X, prima ancora del riconoscimento degli stessi da parte di Röntgen.

Nel 1901, Becquerel mostrò un eritema cutaneo proprio in corrispondenza della tasca del vestito, nella quale aveva tenuto, per qualche tempo, una fiala di vetro, contenente sali di radio. Poco dopo, Pierre Curie si provocò intenzionalmente un eritema da radio sulla cute del braccio ed ebbe l’idea che le radiazioni potessero avere proprietà terapeutiche.

Conseguenze della radioattività

Molti malcapitati ricevettero, come ricostituente, iniezioni di materiali contenenti radio e torio e furono, successivamente, colpiti da tumore. Nel 1903, fu scoperto che l’esposizione ai raggi X poteva indurre sterilità negli animali da laboratorio e, pochi anni dopo, fu annunciato che gli embrioni di uova di rospo, fertilizzate con sperma irradiato con raggi X, presentavano anormalità. Nel 1904, furono segnalate le prime anemie e le prime leucemie indotte da raggi X e, già nel 1902, si constatò che un carcinoma cutaneo si era sviluppato su precedente dermatite da raggi X.

Nel 1911, furono messi in evidenza 94 casi di tumori indotti da raggi X, di cui 50 in radiologi. Nel 1922, fu stimato che almeno 100 radiologi morirono come risultato di cancro indotto da radiazioni. Entro circa dieci anni dalla scoperta di Röntgen e Becquerel era già stato riconosciuto e compreso la stretta correlazione tra esposizione a radiazioni ionizzanti e relative patologie.

Le lesioni da incorporazione di sostanze radioattive furono scoperte più tardi, attorno agli anni ’20, quando si manifestarono necrosi e tumori ossei all'osso mascellare di operaie che, durante la prima guerra mondiale, erano state addette a dipingere le lancette ed il quadrante di orologi luminescenti con vernici contenenti sali di radio: esse avevano ingerito le vernici facendo la punta ai piccoli pennelli, inumidendoli con le labbra, gesto frequentemente ripetuto durante il lavoro. Si notò, inoltre, che i minatori, che lavoravano nelle miniere di Cobalto della Sassonia e nelle miniere di Pecblenda, in Cecoslovacchia, entrambe contenenti grosse percentuali di uranio, soffrivano di cancro ai polmoni con una percentuale trenta volte più elevata che il resto della popolazione. Oggi è noto che questi lavoratori erano vittime di esposizione interna al gas radon ed ai suoi prodotti di decadimento dell’uranio, poiché la concentrazione di radon emesso dalle pareti dei tunnel nell’aria respirata, soprattutto a causa della scarsa ventilazione, è estremamente elevata in miniera. Attualmente la normativa prevede la ventilazione forzata delle miniere e turni di lavoro limitati per i minatori.

Un altro genere di effetti cominciò ad essere noto verso la fine degli anni ’20: durante i suoi studi di ricombinazione genetica, Hermann Joseph Muller mostrò che i raggi X ed i raggi gamma producono mutazioni genetiche e cromosomiche nel moscerino dell’aceto, mutazioni, che vengono trasmesse ai discendenti, secondo le leggi dell’ereditarietà biologica. Solo dopo la seconda guerra mondiale si comprese quanto questi effetti genetici fossero gravi ed insidiosi. In questi anni, viene approfondito anche il capitolo dei cosiddetti “effetti tardivi”, costituiti in gran parte da tumori maligni, che compaiono, in una piccola frazione delle persone di una popolazione sottoposta, a dosi anche non elevate di radiazioni. All'International Conference on Pacific Uses of Atomic Energy (Ginevra, 1955), il prof. Tzuzuki riportò la notizia che tra i sopravvissuti di Hiroshima e Nagasaki erano stati osservati circa 200 casi di leucemia, un numero enormemente più alto di quello atteso in base alle caratteristiche endemiche della patologia.

Negli anni seguenti, fu annunciato l’aumento di frequenza di altre forme tumorali maligne nei sopravvissuti, mentre venivano resi noti i risultati di indagini epidemiologiche sull’incremento di tumori maligni tra i pazienti curati con radiazioni per forme morbose non tumorali. Court, Brown e Dale, nel 1957, poterono dimostrare un aumento della frequenza di leucemie nelle cause di morte di pazienti, trattati con röntgen-terapia per dolori dovuti ad artrosi vertebrale.

A cavallo del 1960, a causa delle ricadute radioattive (fallout), conseguenti alle esplosioni nell’atmosfera di ordigni bellici nucleari di prova, iniziò, purtroppo, anche il fenomeno di piccole dosi annue, ricevute costantemente da vastissime popolazioni di interi continenti e si cominciò a parlare di “dose collettiva”, ricevuta da un insieme di persone esposte. Già negli anni ’50, era stato studiato un altro campo di effetti delle radiazioni: i danni riguardanti lo sviluppo embrionale e fetale. Furono, soprattutto, le ricerche sistematiche dei coniugi Russel, che mostrarono le capacità lesive delle radiazioni sulla organogenesi, che si verifica nell’embrione umano, nei primi mesi dal concepimento, anche per dosi non elevate. Nasce, così, una speciale forma di protezione per le donne durante la gravidanza e, in generale, per le donne in età fertile.

Protezione dalle radiazioni ionizzanti

Da quando le radiazioni ionizzanti sono presenti nei reattori e negli apparati, che utilizzano l’energia nucleare, i progettisti di questi sistemi devono includere, nei relativi progetti, le schermature e la protezione dalle radiazioni sia per il personale addetto al loro funzionamento che per la popolazione nel suo insieme. La sorveglianza e il monitoraggio continuo dei livelli di radiazione sono responsabilità dei fisici sanitari, che devono garantire la sicurezza degli operatori e del pubblico, in modo che nessuno riceva una dose pericolosa o non necessaria per esposizione alle radiazioni. I criteri per il progetto delle schermature e l’applicazione delle misure di sicurezza sono basati sulle conoscenze aggiornate dei rischi, dovuti alle radiazioni ionizzanti e degli effetti, che esse provocano sull’uomo. Nel corso degli anni, con l’aumentare delle conoscenze in questo campo, la “pericolosità” delle radiazioni è andata aumentando e le norme di sicurezza, adottate su scala mondiale, sono diventate sempre più restrittive.

L'atomo

L'atomo è la più piccola parte di un elemento (Si comporta come un sistema solare in miniatura), composto da un nucleo, costituito da particelle con carica elettrica positiva, detti protoni e dai neutroni, elettricamente neutri. Il nucleo, al centro, ospita protoni carichi positivamente e neutroni. Gli elettroni, invece, carichi negativamente, ruotano intorno a esso, su determinate orbite, in relazione al livello energetico.

Dunque: Un atomo è composto da un nucleo centrale, formato da particelle neutre, dette neutroni e da particelle con carica positiva, dette protoni. Le particelle, con carica negativa, in orbita intorno al nucleo sono, invece, dette elettroni. In un atomo neutro, il numero dei protoni eguaglia il numero degli elettroni. Quando il numero dei protoni, detto numero atomico, eguaglia quello degli elettroni, l'atomo è detto ione neutro. L'atomo si trasforma in uno quando il numero dei protoni diverge da quello degli elettroni.

La regola dell'ottetto

Nella formazione di un legame chimico fra due elementi vengono coinvolti gli elettroni dell’ultimo livello energetico. Entrambi gli elementi devono raggiungere la stabilità, ovvero devono raggiungere l’ottetto, situazione rappresentata dalla presenza di otto elettroni nell’ultimo livello energetico e tipica dei gas nobili, che sono stabili.

Un atomo è stabile se possiede otto elettroni nel livello energetico più esterno (o se ha completato il livello energetico più esterno) ed un duetto di elettroni nel primo livello od orbitale. Tutti gli altri atomi tenderanno a perdere, acquistare, mettere in comune elettroni, ad es. nel numero atomico.

La somma del numero di protoni, detto numero atomico, sommato al numero di neutroni, dà origine al numero di massa (numero dei neutroni + numero atomico). Quando il numero atomico è pari al numero di elettroni, l'atomo sarà stabile, mentre quando è superiore, si tratta di uno ione.

Si parla di isotopo, quando l'atomo ha un numero di neutroni diverso rispetto a quello tipico dell'elemento chimico e, quindi, gli isotopi sono atomi con medesimo numero atomico (numero di protoni), ma con un numero di neutroni diverso.