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DAILY NEWS SCIENZA
Fukushima due anni dopo, un reportage scientifico
La regione colpita dal disastro nucleare è ancora devastata? Che strumenti sono in mano ai giapponesi? Un fisico italiano ci racconta il suo viaggio
08 marzo 2013 di *Marco Casolino

L’ 11 Marzo 2013 ricorre il secondo anniversario del terremoto del Tohoku: il sisma, scala 9 Mw, scatenò un enorme tsunami sulle coste del Nord Est del Giappone. Il maremoto uccise più di 18mila persone, fece decine di migliaia di sfollati, distrusse 50mila edifici e ne danneggiandone il triplo. I danni ammontarono a decine di miliardi di euro. Ove possibile la ricostruzione è stata completata in pochi mesi ma nelle zone più colpite - come la costa di Minamisoma - non è rimasto più nessuno in vita ed i pochi superstiti sono stati rilocati altrove.

Ai danni della natura si sono aggiunti quelli causati dagli incidenti della centrale nucleare di Fukushima-1. Con le prime scosse i sistemi di sicurezza hanno interroto le reazione nucleari inserendo le barre di controllo ma hanno anche fermato la produzione di energia. Quando – un’ora dopo - i generatori di emergenza sono stati distrutti dall’onda dello tsunami si sono bloccate le pompe dell’acqua di raffreddamento. Il calore residuo dei prodotti di fissione ha quindi fuso le barre di combustibile. Questa fusione non ha nulla a che fare con la fusione nucleare ma – come tanti bastoncini di cioccolato lasciati al sole - ha squagliato insieme le barre di combustibile, di controllo e del moderatore in un’unica massa, rendendone estremamente difficile se non impossibile, la rimozione. Senza acqua e con il nucleo fuso la temperatura nei reattori è salita di migliaia di gradi e il rivestimento interno di zirconio ha scisso liberando idrogeno, un gas leggero e altamente esplosivo che si è accumulato negli edifici dei reattori e ne ha causato l’esplosione, di natura chimica e non nucleare.

La causa principale dell’incidente è da attribuirsi alle errate scelte costruttive improntate al risparmio (basse barriere frangiflutti, generatori di emergenza installati nei semiinterrati lato mare, assenza di addestramento dei dipendenti) ed accettate e certificate da enti governativi di vigilanza collusi con la Tepco e le altre industrie giapponesi.

L’esplosione degli edifici dei reattori della centrale di Fukushima ha liberato nell’ambiente grandi quantità di materiale radioattivo, prevalentemente cesio e iodio. La maggior parte è andata dispersa in mare, dove i danni sono attenuati dalla densità mille volte maggiore dell’acqua rispetto all’aria e dalla vastità dell’Oceano Pacifico. Una parte si è depositata nelle zone vicine alla centrale, mentre il resto - trasportato dai venti – e si è diffuso per lo più verso Nord Ovest e verso il Sud del Giappone.

Lo iodio è decaduto in poche settimane, lasciando il cesio 134 e 137 come potenziale contaminante dell'ambiente e del cibo. Per misurare la quantità di radiazione ambientale è sufficiente un contatore geiger, che conta ogni raggio gamma che lo colpisce indipendentemente dalla sua energia. Dalla ionizzazione causata dalle particelle radioattive è possibile risalire alla dose ambientale equivalente, misurata in mSv/ora.

Di recente ho avuto modo di recarmi nella regione di Fukushima per per effettuare delle misure della contaminazione radioattiva e raccogliere campioni di terreno e materiale. Come atteso, la radiazione media della regione è inferiore o di poco superiore a quella di Roma (0.3microSv/h): nella città di Fukushima i valori sono pari a 0.1microSv/h.

La regione di Fukushima (e non solo) presenta però una serie di hot spot in cui la radioattività ambientale è particolarmente elevata: si tratta di zone del diametro di qualche decina di centimetri, soprattutto in prossimità di grondaie, sotto gli alberi, in generale dove si raccoglie l'acqua o la neve. In foto è mostrato un punto dove i rivelatori mostrano più di 30 microSv/ora. E' possibile vedere come vi siano considerevoli differenze tra i rivelatori: quello russo (blu a sinistra) e quello a stick (secondo da sinistra) erano fuori scala per gli alti valori di conteggio. Le discrepanze tra valori degli strumenti sono dovuti al diverso tipo di rivelatore: quelli a gas (contatori Geiger) hanno una risposta solo ai gamma, mentre quelli a scintillatore (di solito ioduro di cesio) possono rivelare anche beta e alfa (se hanno anche una finestra opportuna). Con 30 microSv/ora, la dose in un anno ammonterebbe a poco meno di 300 mSv. In realtà la radiazione ambientale media si misura ad un metro dal suolo e risulta quindi più bassa. Anche nell'improbabile ipotesi che si viva sempre nei 10 cm della grondaia, non si tratta di valori preoccupanti, peraltro inferiori a quelli cui sono soggetti gli astronauti sulla stazione spaziale.

Una buona parte della popolazione ha dovuto fare di necessità virtù ed ha imparato ad usare i contatori con competenza, per far fronte ad una carenza di misure e soprattutto di fiducia nei confronti del governo. Le misure con un contatore Geiger sono infatti molto semplici ed hanno caratterizzato la prima fase dopo l’incidente in cui ci si voleva render conto della quantità di radiazione ambientale e dei rischi da essa posti.

La gente è quindi molto più informata ed a conoscenza di rischi ed effetti della radiazione di quanto non sia - per esempio - nell' area di Tokyo. Non vi è il panico o la disperazione descritti in alcuni apocalittici quanto irreali resoconti, seppure è percepibile una latente preoccupazione per il futuro economico e sociale della regione. In assenza di un supporto adeguato da parte del governo centrale (il cui partito di maggioranza è stato fortemente penalizzato ed ha subito un tracollo nlle ultime elezioni) molte strutture pubbliche e private si sono attivate autonomamente. Molte scuole e asili misurano quotidianamente la quantità di radiazione nel cibo servito ai propri alunni. In uno degli asili dove abbiamo effettuato le misure era installato uno spettrrometro gamma operato con cura certosina da uno degli addetti alla mensa. Questo anziano giapponese misura ogni giorno la radiazione presente nel cibo dei bambini e ne annota quantità e caratteristiche. Nel corso dei mesi aveva acquisito una notevole esperienza, determinando quali cibi che contenevano maggiori quantità di cesio 137, come i funghi ed il renkon, radici di loto. Anche se sotto la severissima soglia di 100Bq/kq (le banane hanno 125 Bq/kg di potassio 40), questi prodotti erano stati quindi eliminati dal menu della scuola.
Se il pericolo diretto della radiazione è quindi sotto controllo, i danni economici che l'incidente ha causato sono notevoli ed è difficile pensare che si torni a breve alla normalità: anche se i prodotti provengono da zone non contaminate di Fukushima, la maggior parte delle persone, anche del luogo, e la quasi totalità dei ristoratori preferisce rifornirsi da altre regioni. Brevi passi verso un lento recupero sono costituiti da filiere di produzione e misurazione indipendenti, ma è difficile stimare quanto queste incidano effettivamente sull'economia della regione.

Il cibo in vendita presenta quindi quantità di radiazione sotto i 100Bq/kg, e dunque perfettamente sicuri e sotto le dosi presenti nelle già citate banane, o le nocciole del Brasile. Tuttavia la produzione nella zona è crollata con la fiducia dei consumatori. Anche i ristoratori di Fukushima non possono utilizzare prodotti dell regione anche se li reputano sicuri. I segnali di ripresa economica sono evidenti, ma la produzione è molto inferiore di quella antecedente all'incidente. I sussidi economici non hanno evitato parecchi suicidi tra gli agricoltori ed allevatori che hanno perso il loro lavoro.

Non è solo il cibo ad essere sotto monitoraggio continuo: anche travi ed il legno dei boschi della regione è controllato dalle segherie. Anche in questo caso la soglia di sicurezza del legno da costruzione è molto più severa di quella - peraltro assente - dato che non si fanno controlli - delle pozzolane vulcaniche usate nella costruzione di case e scuole italiane.

Roma che a Tokyo. Quello di Roma è dominato dai picchi del radon 222 .La freccia intorno ai 660 keV mostra dove dovrebbe trovarsi il picco del cesio 137: come è evidente non vi sono quantità misurabili sopra il fondo della radiazione ambientale

Per stimare la quantità di cesio presente nel cibo, nel legno o nel foraggio è necessario uno spettrometro in grado di determinare l'energia di ciascun raggio gamma. Dato che ciascun isotopo emette raggi gamma di energie specifiche, è possibile risalire alla quantità dei vari isotopi presenti.

Di recente sono stati messi in commercio vari rivelatori portatili costituiti da un cristallo per fermare i gamma (CsI) e un Silicon Photomultiplier (o MMPC come li chiamano loro) per rivelarne l'energia misurando la luce emessa. La semplicità di questo tipo di strumenti è che non richiedono alte tensioni, sono piccolo come un pacchetto di sigarette e si utilizza come una periferica USB. Il costo è però circa 20 volte quello di un contatore Geiger.

Il vantaggio dello spettrometro gamma è quello di poter contare, per ciascun decadimento, l'energia dei raggi che lo colpiscono. In circa un'ora è possibile quindi ottenere uno spettro che descrive tipo e quantità di radiazione ambientale. Per migliorare la statistica ed evidenziare meglio i picchi è però consigliabile attendere un tempo maggiore. Nella foto sopra è mostrato il valore misurato a Roma in un appartamento al quarto piano: si tratta di 0.25microSv/ora (con punte di 0.35).

Nella figura sotto è possibile vedere come lo spettro a Roma (e in buona parte d'Italia) sia dominato dal radon 222, un gas nobile fonte della elevata quantità di radiazione ambientale. Di solito il radon proviene dal sottosuolo e dal tufo, ma in questo caso, trattandosi di un appartamento al quarto piano, è più probabile che provenga dalle pozzolane dei materiali da costruzione.In figura sotto sono confrontati degli spettri presi a Roma con due acquisiti in Giappone. Il valore di Roma è quello maggiore (0.25microSv/h), seguito dai laboratori seminterrati di Tor Vergata (0.10 microSv/h, dove però non vi è molto radon), Kokubunji (0.05), e il quarto piano a Wako (0.035 microSv/h). Si noti la quasi totale assenza del radon in Giappone. Nelle onsen, le terme tanto amate dai giapponesi, il fondo è però più alto a causa della natura vulcanica delle acque sulfuree.

Nei campioni raccolti negli hot spot il cesio 137 è presente in notevoli quantità: questo isotopo decade in uno stato eccitato del bario (emettendo un elettrone ed un antineutrino). La diseccitazione del bario emette il segnale caratteristico di questo elemento: un raggio gamma dell'energia di 661 keV. Il processo è analogo a quello della fluorescenza, solo che in questo caso vengono eccitati gli elettroni atomici. Il ritorno (diseccitazione) allo stato fondamentale emette luce (tra 2 e 3 eV), ossia radiazione elettromagnetica. Le energie in gioco nel nucleo sono migliaia di volte più intense e pertanto la radiazione elettromagnetica emessa ha un'energia migliaia di volte maggiore.

A sinistra del picco si ha la spalla Compton, prodotta da raggi gamma del cesio che colpiscono un elettrone atomico e lo accelerano con un'energia di poco inferiore, a seconda dell'angolo con cui viene emesso. L'analisi spettroscopica di un campione particolarmente contaminato, preso sul ciglio di una strada montana tra la città di Fukushima e la costa. Questo campione mostra la presenza dell’isotopo di cesio-134, che decade in bario con vari picchi a 600, 790, 1400 e 1600 keV (quest'ultimo fuori scala del rivelatore).

Il cesio 134 ha un tempo di decadimento di due anni, per cui la presenza di questo isotopo rappresente la “firma” della centrale di Fukushima. In altri casi l'assenza di cesio 134 è stata utilizzata per mostrare come funghi che pure avevano radioattività sopra la soglia di 100 Bq/kg non erano stati contaminati dalla centrale, ma presumibilmente dai test nucleari negli anni ‘60.

Le misure nella regione di Fukushima hanno prodotto dati estremamante interessanti, ma altrettando importante a livello personale è stato il contatto con la popolazione della regione. Lungi dall’essere sconfortati, i giapponesi del Tohokoku non si sono arresi ed hanno ricostruito molte delle strutture distrutte dallo tsunami. Anche se la centrale nucleare non ha causato morti a causa della radiazione, per quando morbosamente cercati da giornalisti nazionali ed internazionali, molti decessi sono da attribuirsi alla pessima gestione dell’emergenza nei primi frenetici giorni dopo il terremoto. Gli abitanti delle regioni più vicine alla centrale sono stati sfollati ed hanno ormai ricostruito il tessuto sociale altrove, per cui pur rammaricandosi per tutto quello che hanno perso, difficilmente si dicono pronti a ritornare nelle loro città di origine anche se queste venissero decontaminate. Il vero problema a detta di tutti è economico: i danni al settore primario e al turismo sono sotto gli occhi di tutti e richiederanno anni perché si torni alla normalità.

*Marco Casolino - fisico, è primo ricercatore presso l’Istituto nazionale di fisica nucleare, insegna raggi cosmici e strumenti spaziali all’Università di Roma Tor Vergata e lavora nei laboratori giapponesi del Riken. Si occupa di fisica fondamentale (materia, antimateria e ricerca di materia oscura), di fisica delle astroparticelle di alta energia e di metodi di protezione degli astronauti dalla radiazione spaziale. Nel 2011 ha pubblicato un saggio Come Sopravvivere alla Radioattività e un romanzo ambientato in Giappone: Grikon . Cura un blog su temi scientifici: La curva dell’energia di legame.