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LO SPAZIO RADIOATTIVO: PER SAPERNE DI PIù



Esiste una stima di quante missioni spaziali con astronauti a bordo sono partite negli ultimi 5 anni?

Certamente la NASA ha l'elenco completo di tutte le missioni e una buona ricerca sul WEB permetterebbe di reperirlo. per una stima approssimata si tenga conto che attualmente le missioni spaziali con equipaggio sono organizzate dai russi (con vettore Soyuz) o dagli americani (con missioni Shuttle) e sono dirette verso la Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Se ne effettuano fra le tre e le cinque per anno. Nell’ultimo anno, la Cina ha organizzato due brevi missioni in orbita bassa con a bordo un membro di equipaggio (taikonauta).

Qual è il periodo più lungo passato nello spazio da una persona?

Il record attuale appartiene a Sergei Krikaliov con 747 giorni in cinque missioni prima sulla Mir e poi sulla ISS. I cosmonauti russi hanno in genere permanenze molto più lunghe degli altri, e diversi superano l’anno in microgravità.

Quali sono i problemi principali che devono affrontare gli astronauti sul piano del mantenimento della salute fisica e psichica?

Schematicamente le condizioni critiche sono dovute all'assenza di peso (microgravità), all'esposizione a radiazioni ionizzanti e alle condizioni di prolungato isolamento in un ambiente ristretto, con possibili interferenze tra esse. La microgravità provoca scompensi fisiologici, in particolare neurologici e cardiovascolari, nonché perdita di calcio dalle ossa. L’esercizio fisico è una efficace contromisura. La radiazione cosmica rappresenta un problema soprattutto per le lunghe missioni interplanetarie, al di fuori della protezione offerta dal campo magnetico terrestre. I problemi psicologici legati all’isolamento sono anch'essi importanti per missioni di lunga durata. Il problema è simile a quelli riscontrati in altre condizioni di isolamento in ambiente ostile, per esempio in Antartide o nelle grotte.

Esiste una sorta di “studio epidemiologico” sulla salute degli astronauti dopo il loro ritorno sulla terra? (ultimamente sono usciti molti articoli critici sui comportamenti degli astronauti anche prima dei lanci con abuso di alcol, ecc.

Non è semplice condurre uno studio epidemiologico sugli astronauti sia per il numero forzatamente limitato dei casi, ma soprattutto al fatto che si tratta di una popolazione molto selezionata. infatti si osserva chiaramente il fenomeno noto come “health worker effect”, ovvero una maggiore longevità degli astronauti (escludendo la mortalità legata agli incidenti). Una malattia “professionale” è certamente la cataratta, dovuta alla sovraesposizione agli ioni pesanti di alta energia presenti nella radiazione cosmica galattica. Probabilmente tali lacune saranno colmate nei prossimi anni dato che l’allargarsi del gruppo degli astronauti con l'inclusione di "persone normali" rende il campione meno selezionato. Ciò comporta peraltro anche l'aumento dei comportamenti generalmente considerati strani per un astronauta, dall’abuso di alcool ai recenti casi di aggressione a rivali in amore, ma che rientrano nei problemi personali delle persone normali.

Qual è il peso della radiazione cosmica tra gli inconvenienti da affrontare?

In missioni in orbita terrestre bassa, come quelle sulla ISS, il problema è relativamente piccolo in confronto agli altri problemi per la salute, dovuti alla microgravità. Ma in missioni planetarie di lunga durata, come quelle sulla Luna o su Marte, la radioprotezione diventa il problema principale. Questo per vari motivi. Al di fuori del campo magnetico terrestre, aumenta il flusso degli ioni pesanti di alta energia che frammentando aumenta l'effetto;
  • gli effetti biologici degli ioni pesanti sono poco conosciuti;

  • vi è il rischio di essere esposti ad alte dosi di protoni emesse nelle tempeste solari, potenzialmente letali;

  • non esistono semplici contromisure: la schermatura, molto efficace per la radiazione terrestre, ha solo un effetto limitato su quella spaziale, per le limitazioni di peso e quindi di spessore;

  • i radioprotettori chimici hanno severi effetti collaterali.



Quali sono le conseguenze e come ci si è accorti della necessità di questa protezione?

L’osservazione che lo “spazio è radioattivo” risale agli studi con i palloni all’inizio del secolo scorso, in particolare dovuti a Van Allen. Le conseguenze possono essere gravi per la salute degli astronauti. L’esposizione a protoni solari, se non adeguatamente schermati, può produrre effetti acuti, anche la morte, durante una violenta eruzione solare, eventi rari ma possibili soprattutto durante la fase di massimo solare. L’esposizione cronica a ioni pesanti può produrre effetti degenerativi di lunga durata, di cui il più preoccupante è il cancro, ma che possono coinvolgere anche il sistema nervoso centrale e quello cardiovascolare.

Come si fa a studiare questo tipo di fenomeni che riguardano uomini nello spazio nei laboratori a terra?

Presso gli acceleratori di particelle, in grado di produrre fasci di ioni alle energie che si incontrano nello spazio, sono possibili esperimenti in vitro su cellule e tessuti e/o su animali. Sono esperimenti che si possono condurre in condizioni controllate e riproducibili, e hanno anche il pregio di essere relativamente poco costosi, in confronto a quelli nello spazio. La maggior parte della nostra conoscenza sugli effetti biologici della radiazione cosmica viene da esperimenti ad acceleratori.
Esistono anche apparecchi per simulare condizioni di microgravità in laboratorio. Resta comunque la necessità di trasferire i risultati ottenuti in vitro agli organismi in vivo, ma ciò è un problema più generale e comunque di seconda approssimazione.

In che modo avete affrontato questi aspetti nel vostro progetto di ricerca?

Il progetto di ricerca era diretto allo studio delle schermature migliori per lo spazio, con un approccio sia fisico che biologico. Sono stati utilizzati fasci di ioni accelerati presso l’HIMAC, in Giappone, che dopo avere attraversato schermi di diverso materiale e spessore incidevano sul campione biologico (sangue umano in provetta). Si è valutato il danno genetico (aberrazioni cromosomiche) prodotto al variare della dose di radiazione assorbita nelle diverse condizioni.

In quale fase del volo spaziale è più importante proteggere gli astronauti dalla radiazione?

Durante la fase di volo al di fuori del campo magnetico terrestre e sulle superfici planetarie

Quali sono i materiali e/o metodi più interessanti e promettenti per la difesa dalla radiazione cosmica?

Gli ioni pesanti di elevata energia si frammentano con elevata probabilità nell'attraversare il materiale dello schermo producendo un insieme di particelle (neutroni. protoni e ioni leggeri) che possono produrre danno con maggiore efficacia dello ione primario. Tale meccanismo di frammentazione fa sì che i materiali leggeri, a forte contenuto di idrogeno, forniscano la migliore attenuazione per unità di massa. In linea di principio, l’idrogeno sarebbe il materiale migliore ma il suo uso è poco pratico per la bassa densità (anche in forma liquida). Un buon compromesso è rappresentato dal polietilene (CH2), o meglio ancora dal kevlar per le sue proprietà meccaniche (è comunemente usato nei giubbetti antiproiettile), che si sono rivelati un ottimo schermo per la radiazione cosmica.

Come funziona la collaborazione nazionale e internazionale nel campo della ricerca spaziale e nel vostro campo in particolare?

La collaborazione scientifica è molto intensa, e riguarda soprattutto USA, Europa, e Giappone. La NASA è il principale sponsor di queste ricerche, ma anche l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) e quella Italiana (ASI) forniscono finanziamenti.

Quali sono i risultati più importanti del vostro studio e perché?

Abbiamo misurato l'efficacia di diverse schermature ai fini di minimizzare il danno biologico in vitro. Questi dati sono necessari per la simulazione, con programmi di calcolo Montecarlo, del danno previsto in missioni spaziali di lunga durata. Ad esempio abbiamo dimostrato che il danno biologico, non solo la dose fisica, è meglio ridotta da schermi di polietilene che di alluminio (a parità di massa).

Quali sono le novità rispetto a quello che già si sapeva?

La misura quantitativa di effetti è sempre necessaria, anche quando esistono modelli o teorie. In particolare nel nostro caso non è noto il possibile effetto sinergico di radiazioni di diversa qualità come quelle che si producono nel processo di frammentazione.

Quali sono gli sviluppi futuri della radioprotezione degli astronauti nell’ambito delle missioni spaziali?

E’ ancora necessario quantificare meglio il rischio tardivo da esposizione a ioni pesanti, sia per il cancro che per gli effetti sul sistema nervoso centrale. Inoltre, lo sviluppo delle contromisure deve coinvolgere quelle farmacologiche (radioprotettori) e possibilmente gli schermi attivi, soprattutto i campi magnetici.

I vostri studi potrebbero avere ricadute utili per la nostra vita quotidiana sulla Terra?

La principale applicazione terrestre di fasci di con ioni accelerati risiede nella terapia del cancro (adroterapia). Con questa metodologia, gli ioni pesanti così pericolosi nello spazio cosmico vengono utilizzati per sterilizzare tumori con qualche vantaggio rispetto alla radioterapia tradizionale con elettroni e raggi X. I due campo di ricerca hanno molto in comune.