La scoperta della radioattività la dobbiamo al cattivo tempo. Il fisico francese Henri Becquerel stava cercando di studiare la fluorescenza, un fenomeno per cui certi materiali brillano quando sono esposti alla luce del sole, ma le giornate nuvolose hanno ostacolato i suoi esperimenti e così ha avvolto i suoi sali di uranio fluorescenti in un panno e li ha lasciati in un cassetto, insieme a una piastra fotografica e una croce di rame. Questo semplice incidente serendipitoso, nel 1896, rivelò l’esistenza della radioattività, un fenomeno che aprì una finestra sul mondo subatomico e diede il via alla rivoluzione nucleare.
Capire la radioattività
Quando finalmente andò a prendere i sali, Becquerel scoprì che un’immagine della croce era apparsa sulla lastra fotografica – anche se i sali non erano stati esposti alla luce.
“Ora sono convinto che i sali di uranio producono una radiazione invisibile, anche quando sono stati tenuti al buio”, scrisse dopo aver condotto ulteriori esperimenti.
La dottoranda di Becquerel, Marie Curie, studiò la questione con suo marito Pierre e si resero conto che l’effetto non aveva nulla a che fare con la fluorescenza, scoprendo invece che certi materiali emettono naturalmente un flusso costante di energia. Coniarono il termine ‘radioattività’ e trovarono anche due nuovi elementi radioattivi: il polonio e il radio. Per questo lavoro profondo ed eccitante, Becquerel e i Curie ricevettero il premio Nobel per la fisica nel 1903.
I fisici Ernest Rutherford e Frederick Soddy scavarono più a fondo e scoprirono che piccole quantità di materia contengono enormi riserve di energia. Si resero anche conto che nel processo di decadimento radioattivo, un elemento può trasformarsi in un altro – un atomo di uranio può trasformarsi (attraverso alcuni passaggi intermedi) in un atomo di piombo.
In tutto il mondo si pensava che questi materiali miracolosamente energetici potessero essere utilizzati per un buon uso. Fino agli anni ’20, molti produttori di lassativi e dentifricio erano orgogliosi di aggiungere torio radioattivo ai loro prodotti, e le sostanze radioattive furono vietate nei prodotti di consumo negli Stati Uniti solo nel 1938.
Come funziona la radioattività?
Oggi abbiamo una comprensione molto più completa di cos’è la radioattività, come può essere pericolosa e come possiamo usarla.
Ecco un riassunto di base: immaginate un atomo, composto da una nuvola di elettroni intorno a un nucleo centrale dove sono stipate insieme particelle chiamate neutroni e protoni. Alcune disposizioni di protoni e neutroni sono più stabili di altre; se ci sono troppi neutroni rispetto ai protoni, il nucleo diventa instabile e va in pezzi. Questo decadimento rilascia radiazioni nucleari sotto forma di particelle alfa, particelle beta e radiazioni gamma.
Una particella alfa porta via due protoni e due neutroni, e poiché un elemento è definito dal suo numero di protoni, l’atomo padre diventa un elemento completamente nuovo quando viene emessa una particella alfa. Nel decadimento beta, un neutrone si trasforma in un protone e un elettrone, e l’elettrone sfreccia via, lasciando un protone in più e dando ancora una volta origine a un atomo di un elemento diverso. Oltre ad una delle due particelle sopra citate, i nuclei in decadimento possono anche produrre raggi gamma: radiazioni elettromagnetiche ad alta energia.
Quali sono gli effetti sulla salute?
Come scoprirono Becquerel e i Curie, la radioattività è un fenomeno che si verifica naturalmente. Molti minerali della Terra emettono un lento e costante rivolo di radiazioni, l’aria che respiriamo contiene gas radioattivi, e anche gli alimenti e il nostro corpo contengono una piccola percentuale di atomi radioattivi come il potassio-40 e il carbonio-14. La Terra riceve anche radiazioni dal Sole e come raggi cosmici ad alta energia. Queste fonti creano un livello naturale ma inevitabile di radiazione di fondo. Molte fonti artificiali si aggiungono a questo, comprese le procedure mediche come i raggi X, i rilevatori di fumo, i materiali da costruzione e i combustibili combustibili.
In genere non siamo danneggiati da fonti di radiazioni di fondo di basso livello, poiché l’entità del danno dipende dalla durata e dal livello di esposizione. Le radiazioni possono danneggiare la chimica interna del corpo, rompendo i legami chimici nei nostri tessuti, uccidendo le cellule e danneggiando il DNA, il che può portare al cancro. In dosi molto elevate, le radiazioni possono causare malattia e morte in poche ore.
Sfruttamento dell’energia nucleare
Gli effetti della radioattività sono stati avvertiti su una scala ancora più grande con la fusione delle centrali nucleari nel corso della storia. Il processo radioattivo della fissione è stato sfruttato per diversi decenni per produrre elettricità: il nucleo di un atomo si divide, creando almeno due nuclei “figli” e rilasciando energia come calore. Il calore viene usato per far bollire l’acqua e creare vapore, facendo girare una turbina e generando elettricità. Sfortunatamente questo non è un processo pulito: produce scorie radioattive difficili da smaltire in sicurezza e, in casi estremi, le reazioni possono andare fuori controllo, come il disastro provocato dal terremoto alla centrale nucleare di Fukushima Daiichi nel 2011.
Un altro processo radioattivo potrebbe fornire un modo sicuro per generare energia pulita: la fusione. In contrasto con la fissione, la fusione comporta l’unione di due nuclei atomici. Anche questo processo rilascia energia – è l’esatto processo che avviene nel Sole e in altre stelle – ma la fusione richiede temperature e pressioni estremamente elevate, che sono costose e difficili da ricreare sulla Terra.
Una lunga strada da percorrere
Becquerel morì 12 anni dopo la sua scoperta iniziale all’età di 54 anni, con ustioni e cicatrici probabilmente dovute alla manipolazione di materiali radioattivi, e Marie Curie morì diversi decenni dopo per leucemia. Le radiazioni stavano probabilmente uccidendo lentamente anche Pierre Curie, anche se è difficile saperlo visto che fu investito mortalmente da una carrozza nel 1906.
Oggi la nostra maggiore comprensione della radioattività ci permette di usarla in modo molto più sicuro. Gli incidenti con materiali radioattivi sono diminuiti in frequenza e producono meno vittime grazie a misure di sicurezza rigorose e risposte di emergenza accurate. Nel più recente disastro nucleare di Fukushima, nessuna morte è stata causata dall’esposizione alle radiazioni – ma c’è ancora molta strada da fare prima di poter sfruttare in sicurezza l’immenso potere grezzo della radioattività.