Radiazioni e Corpo Umano

La fisica atomica e nucleare si è occupata negli ultimi ottant’anni di spiegare il funzionamento e l’organizzazione della materia a livello microscopico. Grazie alle acquisizioni della meccanica quantistica è stato possibile studiare la disposizione delle particelle all’interno di atomi e molecole e le interazioni tra di esse. Attraverso diverse tipologie di interazioni tra atomi, nuclei,  particelle e radiazione elettromagnetica la materia può cambiare il suo stato, assumendo l’apparenza di un sistema in continua trasformazione anche se macroscopicamente statico.

Noi tutti conosciamo la materia come costituita dagli elementi fondamentali riportati sulla tavola periodica. Tutti gli elementi sono caratterizzati dal numero di protoni, dal numero di neutroni contenuti nel nucleo e conseguentemente dal numero di elettroni, in numero tale da rendere ogni atomo elettricamente neutro (protoni con carica positiva e elettroni con carica negativa nello stesso numero si neutralizzano. Atomi dello stesso elemento che differiscono per il numero di neutroni sono detti isotopi e alcuni di questi possono essere radioattivi. Per fare un esempio il Carbonio 12 e 14 sono stabili, mentre il carbonio 11 e 14 sono radioattivi. L’Uranio nelle sue tre forme isotopiche ²³⁴U, ²³⁵U, e ²³⁸U è radioattivo.   Ma cos’è dunque la radioattività? I protoni che sono nel nucleo sono tutti carichi positivamente e se non ci fosse la forza nucleare forte a tenerli insieme, si respingerebbero a causa della forza di Coulomb (cariche dello stesso segno si respingono). Queste forze, tuttavia, non sono sempre ben bilanciate e nel caso degli isotopi radioattivi, si hanno dei nuclei instabili che vanno incontro ad una reazione spontanea verso una configurazione energetica più stabile, con emissione di radiazione. I decadimenti nucleari sono stati raggruppati storicamente in

decadimento alfa (emissione di un nucleo di ⁴He )

decadimento beta (emissione di elettrone + antineutrino o positrone + neutrino )

decadimento gamma (emissione di fotoni)

Come si vede stiamo parlando di particelle, ma nella fisica moderna bisogna ragionare tenendo presente l’equazione di Einstein E = mc² per la quale quando parliamo di materia, parliamo solo  di una forma “molto condensata” di energia. Nel caso del decadimento gamma invece abbiamo emissione di pura radiazione elettromagnetica, i fotoni infatti sono pura energia e non hanno massa! Si ricordi inoltre che anche la luce visibile è radiazione elettromagnetica…

Le radiazioni non sono prodotte solo dai nuclei presenti sul sistema terra, ma anche da quelli del sistema solare e dal cosmo intero. Le radiazioni naturali ( ci tengo a precisare che come specie umana siamo completamente adattati a vivere immersi in queste radiazioni con le quali interagiamo continuamente…) sono classificate in fisica in radiazione cosmica e radiazione terrestre.

Le radiazioni cosmiche primarie sono originate da sorgenti stellari, galattiche e dal sole e la componente più rilevante è quella di origine galattica e stellare costituita da

85% protoni
12% elio
01% ioni
02% elettroni

Prima di arrivare sulla superficie le radiazioni interagiscono con il campo magnetico terrestre subendo deflessioni e cambiamenti nella intensità. Come sappiamo il campo magnetico terrestre è a sua volta influenzato ogni 11 anni dalla attività solare. La radiazione cosmica secondaria è generata dalla interazione delle particelle della radiazione cosmica primaria con l’atmosfera terrestre. Dobbiamo immaginare una cascata di biglie di energia che piovono dal cielo e colpiscono le biglie di energia dell’atmosfera terrestre. Tutte queste biglie, negli urti che subiscono, vengono trasformate (magia della fisica quantistica… ) in pura energia elettromagnetica (energia luminosa senza massa) nella forma di raggi X e gamma, che a loro volta possono interagire con altre particelle producendo un fenomeno a cascata molto intenso!

Ma come interagisce tutta questa energia con il corpo umano?

I tessuti biologici degli esseri viventi sono costituiti da cellule e da materiale extracellulare. Ogni cellula è costituita da una membrana esterna, dal citoplasma e dal nucleo nel quale è contenuto il DNA. La capacità delle radiazioni di penetrare i tessuti è mostrata in modo semplificato nella immagine seguente…

Quando una radiazione penetra nei tessuti, interagisce con le particelle che li costituiscono. Ritornando alle biglie di cui parlavamo prima, dobbiamo immaginare queste biglie di energia provenienti dalla terra e dall’universo che colpiscono le e vengono assorbite dalle biglie (si tratta sempre di atomi e di particelle) che costituiscono la nostra struttura fisica!  La Biofisica è la materia che si occupa di studiare gli effetti delle radiazioni sui tessuti biologici. E’ una disciplina che si concentra soprattutto sugli effetti epidemiologici di tali energie sul corpo. Infatti dopo l’uso delle armi atomiche durante la seconda guerra mondiale e dopo gli incidenti nucleari che purtroppo continuano a infestare la nostra amata terra, l’attenzione di questa scienza si è rivolta allo studio delle malattie e dei processi biofisici e biochimici  sui tessuti, per poter prevedere e valutare l’impatto delle radiazioni sulla salute degli organismi viventi…

Le radiazioni ionizzanti, al pari di fumo, alcool, determinate sostanze chimiche e raggi ultravioletti (limitatamente a cute e occhio), possono causare delle aberrazioni cromosomiche cioè delle rotture e dei riaggiustamenti nei filamenti di DNA che costituiscono i cromosomi umani. Questo è quello che la biofisica riesce a spiegare, grazie agli effetti macroscopicamente osservabili e ai cambiamenti nella catena del DNA e della struttura dei cromosomi visibili con la strumentazione attualmente disponibile. Ma cosa dire degli effetti che tutte queste particelle di energia producono e che non

sono ancora osservabili o comprensibili ? Ci sono continui cambiamenti nella struttura dei tessuti e del DNA che possono essere osservati ma non producono malattie,  semplicemente producono un cambiamento, una trasformazione del DNA e dei tessuti. La scienza non può associare queste trasformazioni a nessun cambiamento macroscopico e fisico visibile. Non sappiamo ad oggi se queste trasformazioni producano cambiamenti di qualcosa che non vediamo…

Cosa dire poi della interazione di questi pacchetti di energia con il nostro campo elettromagnetico e il nostro corpo sottile ?