Nuovo appuntamento con gli “Aperitivi nucleari” del Comitato Nucleare e Ragione, venerdì 26 giugno alle ore 18.30. Questa volta il tema sarà la Protonterapia, ovvero l’uso terapeutico della tecnologia nucleare. Per maggiori informazioni: Aperitivi nucleari: pronti per il bis? Appuntamento il 26 giugno!
Continuiamo la serie di approfondimenti sugli usi della scienza e tecnologia nucleare. Mentre nell’immaginario comune la parola nucleare richiama quasi esclusivamente l’uso energetico o, nei casi peggiori, bellico di questa tecnologia, essa trova in realtà impiego nei settori più disparati. In questo articolo scopriremo i molteplici usi della tecnologia nucleare alla gestione delle risorse idriche. Non è possibile sovrastimare l’importanza dell’acqua dolce come risorsa naturale per l’umanità e gli ecosistemi, al punto che le Nazioni Unite hanno dichiarato l’accesso all’acqua potabile un diritto fondamentale dell’uomo. Tuttavia, numerose sono le minacce che incombono sul cosiddetto “oro blu”, dalla scarsità alla contaminazione. Le acque sotterranee costituiscono il 30% delle riserve di acqua dolce nel mondo, le calotte glaciali il 69%, mentre solo l’1% è costituito da corsi d’acqua. Gli acquiferi sotterranei dunque sono la principale fonte d’acqua dell’umanità e dal loro delicato equilibro dipende letteralmente l’esistenza di miliardi di persone. Siccome l’acqua ha una sua specifica impronta digitale isotopica, le tecnologie nucleari, affiancate dall’idrologia tradizionale, possono fornire una gran mole di informazioni sulla provenienza dell’acqua, sulla sua qualità e sulla sua gestione sostenibile. Una delle informazioni chiave per lo sfruttamento sostenibile degli acquiferi sotterranei è il loro tasso di rigenerazione, che può anche essere dell’ordine delle migliaia di anni: a tale scopo possono essere utilizzati gli isotopi stabili dell’ossigeno e dell’idrogeno presenti nell’acqua, nonché alcuni radioisotopi naturali (trizio, carbonio-14, etc.) in essa dissolti. Gli acquiferi sotterranei, come i corsi d’acqua, sono inoltre crescentemente esposti all’inquinamento provocato dall’agricoltura intensiva e da altre attività umane. La contaminazione degli ambienti acquatici è uno dei problemi ambientali di più difficile risoluzione, ma ancora una volta le tecnologie nucleari che fanno uso di traccianti isotopici possono contribuire a riconoscere la sorgente della contaminazione e a modellare i suoi effetti sul sistema acquatico. I corsi d’acqua non sono minacciati solo dall’inquinamento, ma anche dall’alterazione del loro flusso (ad esempio tramite la costruzione di dighe o per prelievo di acqua per l’irrigazione). Ciò può comportare non solo gravi danni ecologici all’ecosistema fluviale, ma anche dispute internazionali sul diritto all’uso di questa preziosa risorsa. L’uso di traccianti isotopici può aiutare dunque a gestire meglio i flussi nonché a studiare la dinamica dei nutrienti e della sedimentazione nei corsi d’acqua. La qualità dell’acqua potabile riveste un ruolo di primo piano nella salute umana. I livelli di contaminazione (da inquinamento o radioattività) vengono anch’essi monitorati tramite tecniche isotopiche, come avvenuto nel caso degli incidenti nucleari di Chernobyl e Fukushima, o, più spesso, in caso di contaminazione da composti organici o metalli pesanti. Il settore agricolo assorbe circa il 70% delle risorse idriche impiegate dall’uomo, eppure in molti Paesi l’efficienza dell’uso dell’acqua è inferiore al 50%. Vi è dunque vasto interesse nel ridurre la necessità d’acqua delle coltivazioni. Tale obiettivo può essere raggiunto con tecniche di ingegneria genetica agroalimentare (di cui abbiamo parlato qui), oppure modellando il ciclo dell’acqua nelle diverse colture. Lo studio degli isotopi dell’ossigeno e dell’idrogeno, ad esempio, consente di determinare quanta dell’acqua in un campo coltivato è di origine irrigua e quanta dovuta alla traspirazione delle piante. Infine le tecniche isotopiche sono di primaria importanza nello studio del clima: fin dal 1961 infatti l’Organizzazione Meteorologica Mondiale ha costituito una banca dati sulla caratterizzazione isotopica delle precipitazioni (Global Network of Isotopes in Precipitation) fornendo informazioni preziosissime per i modelli climatici e idrologici su diverse scale spazio-temporali. La paleoclimatologia, ovvero la parte della climatologia che studia il clima del passato, si avvale, tra gli altri strumenti, della datazione delle carote di ghiaccio tramite il livello degli isotopi dell’ossigeno in esse intrappolati nelle varie epoche. La IAEA è impegnata in prima linea nella diffusione presso i suoi Paesi membri di queste tecnologie tramite una cinquantina tra progetti di cooperazione e ricerca attivi. Nel prossimo articolo della serie parleremo degli usi della tecnologia nucleare applicati alla protezione della biodiversità. Per ulteriore approfondimento: https://www.iaea.org/topics/water
Continuiamo la serie di approfondimenti sugli usi della scienza e tecnologia nucleare. Mentre nell’immaginario comune la parola nucleare richiama quasi esclusivamente l’uso energetico o, nei casi peggiori, bellico di questa tecnologia, essa trova in realtà impiego nei settori più disparati. In questo articolo scopriremo i molteplici usi della tecnologia nucleare in campo industriale. La tecnologia nucleare trova svariati impieghi nel settore industriale, quali lo studi delle proprietà dei materiali, il monitoraggio dei livelli di inquinamento, la sterilizzazione e la disinfezione dei componenti, il monitoraggio e l’ottimizzazione dei processi industriali, la manipolazione delle proprietà chimiche, fisiche e biologiche al fine di produrre nuovi materiali. Radiografia industriale e test non distruttivi La radiografia industriale consente di usare raggi X, raggi gamma e neutroni per verificare l’integrità di una vasta gamma di materiali, dal cemento armato alle giunture metalliche, identificando anche fratture microscopiche che non sarebbero visibili con altri metodi d’indagine. Questo tipo di test non-distruttivi dei materiali ricopre un ruolo di primo piano nel controllo qualità, nella sicurezza e nell’affidabilità dei materiali industriali. Calibri nucleonici (nucleonic gauges) I calibri nucleonici (o regoli nucleari, dall’inglese nucleonic gauges) sono strumenti di misura ed analisi che sfruttano l’interazione tra radiazione e materia. Questa tecnologia permette di esaminare materiale in movimento, non accessibile (ad esempio in containers o in ambienti ad alta temperatura) senza un contatto diretto col materiale stesso. La sorgente della radioattività utilizzata può essere artificiale o naturale (proveniente dal materiale stesso). I sistemi di misura possono inoltre essere combinati con tomografia computerizzata al fine di produrre immagini ad alata risoluzione della struttura interna del materiale analizzato. Centinaia di migliaia di questi strumenti trovano applicazione in svariati processi industriali in tutto il mondo. Sterilizzazione di materiale sanitario La radiazione gamma è un metodo efficace ed economico per sterilizzare materiale sanitario monouso (es. guanti e siringhe). Le radiazioni infatti neutralizzano i batteri ed altri agenti patogeni. L’irraggiamento gamma consente inoltre di sterilizzare materiali già imballati in grandi quantità, facilitando il processo produttivo. Nel mondo operano oltre 160 impianti di sterilizzazione tramite irraggiamento gamma, per un volume trattato di 12 milioni di metri cubi annui, pari a oltre il 40% del materiale sanitario monouso. Manipolazione dei materiali Sono molteplici le sorgenti di radiazione che possono essere utilizzate per la modifica o l’innesto di materiali, ad esempio radioisotopi ad elevata intensità, acceleratori ad elettroni e raggi X da questi ottenuti. Una delle principali applicazioni commerciali di questa tecnica è la reticolazione di catene polimeriche, processo utilizzato nella produzione di cavi, pneumatici o lattice per materiale sanitario, idrogel per usi farmacologici. Il processo di degradazione controllata dei polimeri tramite irraggiamento (chain scission) migliora le proprietà e la compatibilità di polimeri naturali e sintetici, trovando applicazione nella produzione di additivi per inchiostri e rivestimenti. L’innesto tramite irraggiamento (radiation grafting) consente di modificare le proprietà volumetriche e superficiali dei materiali e trrova applicazione commerciale nella produzione di batterie, filtri purificatori, superfici biocompatibili, etc. Infine l’irraggiamento consente di modificare solo porzioni di superfici (surface patterning) ed è utilizzato nella produzione di circuiti microelettronici. Radio-traccianti Un tracciante è una sostanza che grazie alle sue proprietà consente di identificare o osservare determinati processi fisici, chimici o biologici. Un radio-tracciante è un composto chimico nel quale uno o più atomi sono stati sostituiti da isotopi radioattivi. Il monitoraggio del decadimento di questi radioisotopi consente di esplorare i meccanismi delle reazioni chimiche. Attraverso l’uso di tecnologie quali la Tomografia Computerizzata ad Emissione di Singolo Fotone (SPECT), la Tomografia ad Emissione di Positroni (PET), i radio-traccianti possono essere utilizzati per visualizzare i flussi fisici. Trovano vasto impiego in molti settori industriali per diagnosticare cause specifiche di inefficienze dei processi produttivi, specialmente nei settori dove l’ottimizzazione delle inefficienze porta elevati benefici economici (ad esempio nel settore dell’esplorazione di idrocarburi). Recupero ambientale Come abbiamo già visto, le radiazioni ad alta energia hanno la capacità di modificare le proprietà chimiche e fisiche dei materiali. Tale peculiarità è utile anche nel trattamento di molti inquinanti dispersi nell’ambiente al fine di procedere al recupero ambientale del sito. Le radiazioni infatti producono radicali reattivi che agiscono sugli inquinanti presenti nel suolo, nei fluidi o in atmosfera, rendendoli meno pericolosi e più facili da trattare con metodi convenzionali. Le tecnologie nucleari di recupero ambientale vengono sempre più impiegate nel trattamento degli inquinanti industriali, grazie all’impegno e al supporto della IAEA. Ad esempio, sono utilizzate per trattare gli ossidi di azoto (NOx) e di zolfo (SOx) presenti nei gas di scarico delle centrali termoelettriche o negli scarichi liquidi dell’industria dei coloranti per il settore tessile. Nel prossimo articolo della serie parleremo degli usi della tecnologia nucleare applicati alle risorse idriche. Per ulteriore approfondimento: https://www.iaea.org/topics/industrial-applications
Continuiamo la serie di approfondimenti sugli usi della scienza e tecnologia nucleare. Mentre nell’immaginario comune la parola nucleare richiama quasi esclusivamente l’uso energetico o, nei casi peggiori, bellico di questa tecnologia, essa trova in realtà impiego nei settori più disparati. In questo articolo scopriremo i molteplici usi della tecnologia nucleare nel campo dell’agricoltura e della sicurezza alimentare. L’agricoltura è una delle attività più importanti del genere umano, almeno da quando la civiltà, grazie alla scoperta dell’agricoltura, è divenuta stanziale, con ciò causando una vera e propria esplosione demografica. L’aumento demografico continua anche oggi e, assieme ai mutamenti climatici, mette a dura prova la capacità umana di assicurare a ciascuno il nutrimento necessario. La sicurezza alimentare, nell’accezione più ampia del termine, è l’insieme delle politiche e degli interventi volta a garantire a ciascuno l’accesso al cibo, in maniera continuata e sana. Negli ultimi tempi si è inoltre posto l’accento sulla sostenibilità ambientale delle pratiche agricole (incluso l’allevamento di bestiame), dal momento che la produzione di cibo con pratiche intensive è spesso a detrimento della conservazione degli ecosistemi naturali. Un modo efficace per diminuire l’impronta umana sull’ambiente nel settore agricolo è aumentare la resa delle coltivazioni e degli allevamenti. Maggiore resa per unità vegetale o animale significa infatti minor uso del suolo per parità di produzione. La selezione delle specie (vegetali e animali) più produttive è una pratica antica quanto l’agricoltura, ma in genere richiede tempi abbastanza lunghi. Alcuni dei metodi più innovativi utilizzati per migliorare la resa delle produzioni agricole fanno utilizzo di tecnologie nucleari, permettendo di raggiungere risultati eccellenti in tempi molto ridotti. La IAEA e la FAO sono impegnate in oltre 200 programmi di cooperazione internazionale, per una spesa annua di circa 14 milioni di dollari, volti a implementare l’uso delle tecnologie nucleari in questo campo. Nel seguito di questo articolo daremo sette esempi e altrettante storie di successo. Miglioramento della resa e della salute degli animali La tecnologia nucleare contribuisce all’aumento della resa degli animali di allevamento, a prevenire e controllare la diffusione di malattie e a proteggere l’ambiente. Il Camerun ad esempio usa con successo la tecnologia nucleare per la riproduzione, la selezione, l’inseminazione e il controllo delle malattie dei capi di bestiame. L’incrocio del Bos indicus con il Bos taurus ha permesso agli agricoltori camerunensi di triplicare la resa di latte. Un altro programma ha drammaticamente ridotto l’incidenza della Brucellosi, una malattia animale trasmissibile all’uomo laddove si consumi latte non pastorizzato o carne poco cotta. Uso più razionale del suolo e dell’acqua In molti Paesi le tecnologie nucleari contribuiscono a razionalizzare l’uso del suolo riducendo l’uso di fertilizzanti e a ridurre la quantità d’acqua necessaria alle coltivazioni. Ad esempio nel Benin, grazie all’uso di un isotopo dell’azoto (15N) come tracciante dell’assorbimento dell’elemento da parte della coltivazione, sono state individuate delle tecniche di rotazione agricola che aumentano la resa del cereale coltivato (50% nel caso del mais) riducendo l’uso di fertilizzanti del 70%. In Kenya, i Masai hanno conseguito un raddoppio della resa agricola risparmiando il 45% dell’acqua rispetto a colture tradizionali, adottando uno schema di micro-irrigazione facilitato dalla tecnologia nucleare. Controllo dei parassiti La sterilizzazione degli esemplari maschi d’insetti infestanti è una tecnica molto utilizzata per combattere le specie nocive per le coltivazioni senza l’uso di pesticidi tossici. Vi fanno ampio ricorso ad esempio Messico, Guatemala e Stati Uniti per limitare la propagazione della Mosca Mediterranea della frutta. Questo metodo, a differenza dell’uso di pesticidi, contrasta anche l’insorgenza di specie invasive. Sicurezza alimentare Il cibo in commercio è scrupolosamente controllato da agenzie nazionali per garantirne la salubrità e per contrastare le frodi alimentari. Tramite traccianti isotopici è possibile verificare la presenza di contaminanti (quali ad esempio medicinali di origine veterinaria nella carne) dannosi per la salute prima che il prodotto sia immesso in commercio. I programmi congiunti IAEA/FAO hanno aiutato Pakistan, Angola e Mozambico ad applicare queste metodologie alla loro filiera agricola. Emergenze radiologiche La radioattività è un fenomeno naturale ed è ovunque intorno a noi e dentro di noi. Ma in caso di incidente nucleare con dispersione di materiale radioattivo, la conoscenza della mobilità dei radionuclidi nell’ambiente e nella catena alimentare è di fondamentale importanza per prevenire la contaminazione del cibo e dunque possibili danni alla salute pubblica. Nel 2011, dopo l’incidente di Fukushima, la IAEA e la FAO contribuirono alla creazione di una meticolosa banca dati per proteggere l’industria alimentare ed i consumatori. Adattamento ai cambiamenti climatici L’adattamento delle specie vegetali ed animali ai cambiamenti climatici è una misura cruciale per i Paesi più esposti alla malnutrizione e alla povertà. Le già menzionate tecniche di selezione delle specie più resistenti, produttive ed adatte, tramite tecnologie nucleari hanno aiutato gli agricoltori del Burkina Faso a selezionare capi di bestiame e coltivazioni più resilienti. Prevenzione delle carestie stagionali Perdere un raccolto può significare perdere la vita per le popolazioni rurali che da esso dipendono. Le carestie – per noi retaggio dei libri di Storia – sono ancora una realtà in alcune aree del mondo. L’introduzione tramite tecniche nucleari di varietà di coltivazioni mutanti consente di accorciare i tempi di crescita e maturazione, permettendo di avere un raccolto sostitutivo o aggiuntivo seminando a stagione inoltrata. Ad esempio nel Bangladesh, l’introduzione della Binadhan-7, una varietà di riso a rapida maturazione, ha consentito di aumentare la produzione di riso del 26% in meno di dieci anni. Nel prossimo articolo della serie parleremo degli usi della tecnologia nucleare applicati all’industria. Per ulteriore approfondimento: https://www.iaea.org/topics/food-and-agriculture http://www.fao.org/zhc/detail-events/en/c/1039633/