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Lo spazio radioattivo

GLI STRUMENTI E IL METODO DI STUDIO

Obiettivi, strumenti e metodi

I RISULTATI

Risultati della ricerca

I RICERCATORI

GALLERIA MULTIMEDIALE

APPROFONDIMENTI

Problemi di salute
Assenza di peso, isolamento in ambiente ristretto, esposizione alle radiazioni cosmiche. Nelle missioni spaziali di lunga durata sono molti i problemi che devono affrontare gli astronauti

Gli acceleratori di particelle, dove si studiano gli effetti sul corpo umano delle radiazioni cosmiche
Strumenti in grado di produrre fasci di ioni alle energie che si incontrano nello spazio e permettono di condurre esperimenti in vitro su cellule e tessuti e/o su animali. E relativamente poco costosi. Ecco i segreti degli acceleratori di particelle

Idrogeno, kevlar e polietilene, i materiali per proteggersi dalla radiazione cosmica
Materiali leggeri, a forte contenuto di idrogeno, polietilene e kevlar: sono questi gli strumenti più adatti per schermare la radiazione cosmica

Missione Esperia
Paolo Nespoli in orbita con lo Shuttle Discovery. Un sogno realizzato, un ruolo di prestigio, un viaggio fondamentale per il futuro della Stazione Spaziale Internazionale

Tumori: presto in commercio il primo ciclotrone superconduttore per adroterapia
Si aprono nuove speranze per i malati di tumore. Dalla classica radioterapia il passo verso la precisa ed efficace adroterapia ora è più breve: in via di realizzazione il primo ciclotrone superconduttore capace di produrre sia protoni che ioni di carbonio

MoMa, progetto di ricerca nello spazio per migliorare la qualità della vita di anziani ed astronauti
Dalle molecole all'uomo: la ricerca spaziale applicata al miglioramento della qualità della vita della popolazione anziana. MoMa ha due obiettivi: salvaguardare la salute degli astronauti in ambiente extraterrestre e migliorare la qualità della vita degli anziani.

FAQ

CLASSIFICAZIONE

La principale sorgente della radiazione di alta energia sono i raggi cosmici galattici, ma importanti contributi provengono anche dal vento solare (Fonte: ESA)
Fare vita da astronauta è fonte di grandi emozioni e soddisfazioni umane e professionali. Gli astronauti vedono e fanno cose che altre persone possono solo vagamente immaginare. Straordinario, ma non certo facile. Ogni astronauta affronta prima, durante e dopo un viaggio nello spazio fatiche e pericoli altrettanto inimmaginabili. La preparazione è lunga, quasi ossessiva, per raggiungere i massimi livelli per la resistenza fisica, l’equilibrio mentale e la competenza tecnico-scientifica. Ma rischi e prevenzione devono continuamente essere aggiornati sulla base delle esperienze fatte nella “nuova” realtà dell’ambiente extraterrestre. Un mondo che l’uomo ha cominciato a conoscere da vicino da meno di cinquant’anni.

Molte situazioni – prima fra tutte la mancanza di gravità – fanno ormai parte delle previsioni di qualsiasi missione spaziale. Altre si manifestano volta per volta e non sempre si conoscono effetti e strumenti per gestirle. E’ il caso dell’esposizione alle radiazioni ionizzanti presenti nell’universo, oggetto di studio piuttosto recente. Le conseguenze di questa esposizione possono essere gravi o addirittura letali per la salute degli astronauti. E proprio la radioprotezione è al centro degli studi del Progetto di Ricerca Prin “Frammentazione di ioni pesanti in adroterapia e radioprotezione nello spazio” coordinato dal Professor Giancarlo Gialanella, dell’Università degli Studi di Napoli “Federico II”.

Immagine in luce ultravioletta di una eruzione solare presa dal Satellite SOHO nel 1996 (Fonte: ESA-NASA)
L’osservazione che lo “spazio è radioattivo” risale agli studi con i palloni di inizio secolo scorso, in particolare dovuti a Van Allen. Il bombardamento cosmico cui un astronauta è continuamente soggetto, rappresenta un problema soprattutto per le lunghe missioni interplanetarie, al di fuori della protezione offerta dal campo magnetico terrestre. L’effetto di queste radiazioni cosmiche è però ancora poco conosciuto. Sappiamo che al di fuori del guscio atmosferico terrestre che in parte ci protegge, sono particolarmente intense. Sappiamo che fanno male. Una malattia “professionale” degli astronauti è certamente la cataratta, dovuta alla sovraesposizione agli ioni pesanti di alta energia presenti nella radiazione cosmica galattica. L’esposizione a protoni solari, se non adeguatamente schermati, può invece produrre effetti acuti, anche la morte, se colpisce durante una violenta eruzione solare: un evento raro, ma possibile. L’esposizione cronica a ioni pesanti può inoltre 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. Ma non sappiamo abbastanza né gli effetti sull’organismo umano, né il modo per evitarle.

Magnetosfera terrestre e interazione con il campo magnetico interplanetario (Fonte: INFN)
In missioni in orbita terrestre bassa, come quelle sulla ISS, il problema dell’esposizione alle radiazioni cosmiche 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.

Per vari motivi:

  • al di fuori del campo magnetico terrestre, aumenta il flusso degli ioni pesanti di alta energia che frammentando ne aumenta l’effetto;

  • gli effetti biologici degli ioni pesanti sono poco conosciuti;

  • c'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 pesanti effetti collaterali.


Obiettivo del Prin coordinato da Giancarlo Gialanella era la verifica dei modelli esistenti e lo sviluppo di modelli di trasporto per la simulazione della frammentazione nucleare a tutte le energie di interesse nell’adroterapia e nella radioprotezione nello spazio. Inoltre sviluppare e verificare modelli biofisici che consentano di estendere le simulazioni a casi realistici. Anche la NASA è attualmente interessata alle simulazioni degli effetti della radiazione spaziale.

Gli studi condotti dal gruppo di ricerca coordinato da Gialanella potrebbero avere ricadute utili per la nostra vita quotidiana sulla Terra. La principale applicazione dei fasci con ioni accelerati risiede infatti nella terapia del cancro o adroterapia. Con questa metodologia, gli ioni pesanti così pericolosi nello spazio vengono utilizzati per sterilizzare tumori con qualche vantaggio rispetto alla radioterapia tradizionale con elettroni e raggi X. I due campi di ricerca hanno molto in comune.