Nelle ultime settimane si sta parlando molto dell'esperimento SOX (Short distance neutrino Oscillations with boreXino) che dovrebbe iniziare fra qualche mese ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell'INFN, in Abruzzo.
L'esperimento dovrebbe utilizzare una sorgente radioattiva naturale di cerio-144 di massa pari a circa 45 grammi e racchiusa in un contenitore di massa totale complessiva di quasi 2 tonnellate e mezzo, per impedire che qualsiasi tipo di radiazione fuoriesca dal contenitore. È infatti interesse degli stessi ricercatori che questo involucro faccia uscire solamente neutrini, particelle assolutamente innocue per la salute che sono l'oggetto di studio dell'esperimento. Qualsiasi radiazione ionizzante sarebbe dannosa anche per chi lavora all'interno dei laboratori e tutti gli altri esperimenti che si trovano lì.
Alcune associazioni di cittadini sono preoccupate per il pericolo che questa sorgente radioattiva potrebbe costituire per l'ambiente. Preoccupazioni amplificate da un recente servizio de Le Iene, che allarmava i telespettatori paragonando la sorgente che sarà utilizzata dall'esperimento SOX al disastro di Fukushima.
È stato già ampiamente spiegato che non ha alcun senso confrontare una sorgente naturale con una centrale nucleare, nella quale avvengono manipolazioni artificiali dei nuclei atomici con lo scopo di produrre grandi quantità di energia. Ho trovato molto calzante il paragone fatto dal professor Stefano Ragazzi, direttore dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, in questa intervista:
"È come paragonare una moneta molto calda a una caldaia industriale. Entrambe scaldano. La caldaia genera calore, la moneta cede calore. La moneta non può fare altro che raffreddarsi. La caldaia è un sistema attivo di generazione di calore, richiede controlli attivi e manutenzione, in presenza di condizioni anomale non previste dal progettista potrebbe anche esplodere".
Non voglio però dilungarmi sul paragone in sé fra la sorgente di SOX e una qualsiasi centrale nucleare. Invece, uno degli argomenti che ho trovato più interessanti nel servizio de Le Iene per illustrare la pericolosità della sorgente di cerio-144 è il fatto che questa avrà un'attività di 5,5 petabecquerel (PBq), pari o addirittura superiore al materiale sversato un mare nell'incidente della centrale di Fukushima del 2011. Ma... sarà vero?
Cos'è la radioattività e come si misura
Facciamo intanto chiarezza sulla radioattività e la sua unità di misura, il becquerel. La radioattività è il numero di decadimento nell'unità di tempo di una certa quantità di materiale radioattivo. Il becquerel (Bq) è uguale a un decadimento di un nucleo al secondo. La sorgente di SOX avrà al massimo circa 5,5 PBq di attività, cioè 5,5 milioni di miliardi di decadimenti al secondo. Come si calcola? Il cerio-144 ha una vita media di t1/2 di 285 giorni. Questo significa che ogni 285 giorni un certo quantitativo di cerio-144 si dimezza perché è decaduto in un altro materiale. La frequenza di decadimento λ è legata al tempo di vita media t1/2 attraverso la formula
Ciascun atomo di cerio-144 ha massa 2,39 × 10-22 grammi, quindi in 45 grammi di questa sostanza ci sono circa (45 grammi) / (2,39 × 10-22 grammi/atomo) = 1,88 × 1023 atomi. Moltiplicando il numero di atomi di cerio-144 della sorgente per la frequenza di decadimento di ciascun atomo, otteniamo la frequenza totale di decadimento del campione, vale a dire la sua attività: (1,88 × 1023) × (2,8 × 10-8 s-1) = 5,3 × 1015 Bq = 5,3 PBq. A parte errori di arrotondamento, questa è la fatidica misura dell'attività della sorgente di SOX.
Tuttavia, la quantità di attività di per sé non è una grandezza molto indicativa. Infatti, 1 Bq di una sostanza è diverso da 1 Bq di un'altra sostanza, perché in ogni decadimento ciascuna rilascia quantitativi diversi di energia. Per esempio,
- lo iodio-131 rilascia un'energia di 971 keV per ogni decadimento;
- il cesio-134 698 keV;
- il cesio-137 512 keV;
- lo xeno-133 427 keV;
- il cerio-144 319 keV.
L'elettronvolt (eV) è un'unità di misura dell'energia comunemente utilizzata in fisica delle particelle. Quindi, il cerio-144 è la sostanza che emette meno energia per ogni decadimento fra le sostanza sopra elencate. Inoltre, abbiamo già citato il tempo di vita medio del cerio-144. Per confronto, il tempo di vita medio del cesio-137 è più di 30 anni. Ciò vuol dire che il cesio-137 è molto più pericoloso del famigerato cerio-144, dato che persiste per molto più tempo rilasciando peraltro un quantitativo superiore di energia in ogni decadimento.
Confronto con Fukushima
Le sostanze elencate nella sezione precedente non sono state citate per caso: sono quelle che sono state disperse nell'ambiente nell'incidente di Fukushima. Il servizio de Le Iene cita un documento dell'Agenzia Internazionale per l'Energia Atomica (IAEA) intitolato: "The Fukushima Daiichi Accident - Technical Volume 1/5. Description and Context of the Accident". Il passaggio, a pagina 157, a cui fanno riferimento nel servizio recita testualmente:
"For example, in the case of direct deposition of 137Cs to the sea, one could accept a mean value of 3.9 PBq within the range 2.7-5.7 PBq."
Cioè, limitatamente al cesio-137 che è stato disperso in mare si attribuisce un'attività compresa fra 2,7 e 5,7 PBq. Quindi effettivamente la sorgente di SOX avrà un'attività pari o addirittura superiore, come sostenuto da Le Iene. Sì, ma a quella del solo cesio-137. E solo quello emesso in mare. Già, perché in occasione dell'incidente alla centrale nucleare finirono in mare anche abbondanti quantità di iodio-131 e cesio-134. Le stime non sono affatto precise, ma tutte concordano sul fatto che il cesio-137 era fra queste tre la sostanza con attività meno abbondante. Il servizio giornalistico non ricorda neanche che purtroppo una quantità molto superiore di materiale radioattivo è finita in atmosfera. Lo stesso documento della IAEA, a pagina 153, riferisce stime di 100-400 PBq di iodio-131 e 7-20 PBq di cesio-137 rilasciati nell'aria. Ah, incidentalmente, poche righe più sotto nella stessa pagina la IAEA riporta che sono stati dispersi anche 6000-12000 PBq di xeno-133.
Conclusioni
Lo scopo di questo articolo non è sminuire la potenza radioattiva della sorgente di cerio-144 di SOX, che effettivamente è importante, anche se tutte le radiazioni saranno confinate all'interno del suo contenitore protettivo. Tutte le preoccupazioni sono legate alla possibilità che il contenitore non sia in realtà sicuro e possa permettere la dispersione nell'ambiente di materiale radioattivo.
Volevamo invece sottolineare come il paragone della sorgente utilizzata da SOX con le dispersioni ambientali che ci sono state in occasione del disastro di Fukushima sia in realtà parziale e incompleto. Come spiegato in questo confronto televisivo dal professor Marco Pallavicini, responsabile dell'esperimento SOX, "è come confrontare una paperella da bagno con una nave solo perché entrambe galleggiano".
Per concludere, ritengo che sia legittimo che i cittadini richiedano chiarezza e rassicurazioni riguardo l'esperimento, ma questo andrebbe fatto con maggiore serenità e avendo piena coscienza della portata dei fatti, senza farsi terrorizzare che scenari apocalittici influenzati da argomenti assolutamente privi di alcun fondamento.
Mosè Giordano è assegnista di ricerca all'Università dell'Aquila. Ha al suo attivo pubblicazioni su ApJ, MNRAS, A&A e altre prestigiose riviste specializzate, si occupa di divulgazione scientifica ed è un appassionato di tecnologia. Collabora con Tom's Hardware per la produzione di contenuti scientifici.
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