In questi giorni si è discusso molto della decisione presa dal governo del Giappone di riversare nell’Oceano Pacifico l’acqua proveniente dai reattori della centrale nucleare di Fukushima contenente il Trizio, una sostanza radioattiva. Il Trizio è l’unica sostanza radioattiva presente nelle acque della centrale che non è possibile “depurare”.

La discussione si è polarizzata, come spesso accade, tra favorevoli e contrari. Quando si parla di “radiazioni”, come abbiamo visto nelle lezioni del prof. Lorenzo Magnea, occorre però ragionare tenendo presente di dati e circostanze per assumere posizioni davvero consapevoli.

Per aiutarci a riflettere su quanto sta accadendo a Fukushima abbiamo chiesto a Marco Casolino, fisico dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, di poter riprendere qui i calcoli da lui pubblicati in un recente articolo pubblicato per l’associazione Scientificast e in un video sul suo canale YouTube.

Una premessa: l’Oceano Pacifico è già radioattivo.

Sapevate che l’Oceano Pacifico è radioattivo? E no, la colpa non è di Chernobyl o degli esperimenti nucleari: la radioattività di fondo dell’acqua degli oceani è naturale.

Nell’Oceano Pacifico, come nelle piante, è presente, ad esempio, il Carbonio, anche nella sua “forma radioattiva”, il Carbonio-14. Vi ritroviamo inoltre il potassio, che, come nelle banane, per lo 0,01% è costituito da Potassio-40, un isotopo radioattivo. E sì, nell’Oceano c’è anche l’uranio, in quantità maggiore che nelle terre emerse.

Per comprendere i calcoli che tra poco vedremo occorre poi una seconda premessa: l’Oceano Pacifico è il più grande degli Oceani e contiene circa il 50% dell’acqua di tutti gli oceani. (Per esercitarvi a capire di quanta acqua stiamo parlando rispetto all’acqua che c’è nel mondo… potete provare a calcolare a spanne quanta acqua c’è negli oceani).

Quanto è radioattivo l’Oceano Pacifico?

A questo punto possiamo utilizzare i calcoli del prof. Casolino per approssimare quant’ è la radioattività di fondo dell’Oceano Pacifico, tenendo conto che contiene la metà di tutta l’acqua del mare. Prenderemo in considerazione solo il Carbonio 14, che da solo è sufficiente per darci una misura di quanta radioattività è presente nelle acque che verranno riversate da Fukushima.

Quanto Carbonio-14 c’è nell’Oceano?

Per calcolare quanto Carbonio 14 c’è nell’Oceano Pacifico occorre prima calcolare quanto carbonio c’è nell’acqua. I passaggi di seguito riportati sono quelli fatti dal prof. Casolino. Abbiamo aggiunto alcune semplificazioni dei valori per osservare, ancora una volta, che per comprendere i fenomeni non occorre neppure essere troppo precisi.

La quantità di carbonio (Q1) disciolto nell’acqua di mare (in tutti i mari) è pari a

Q1 = 38.000.000.000.000 tonnellate = 3,8*1013 tonnellate   = 3,8*1016 Kg ~ 4*1016 kg

Quindi nel Pacifico ci sono:

Q2 = Q1*0,5 =1,9*1016 kg di Carbonio ~ 2*1016 kg di Carbonio

Quanto sarà il Carbonio-14 rispetto al carbonio presente nell’oceano?

La percentuale di C14 (P2) rispetto al C12 è:

P2=10-12

Ossia un atomo su mille miliardi è C14. La quantità di C14 (Q3) nel Pacifico è quindi:

Q3 = Q2*P2 = 1,9*1016 kg*10-12 = 1,9*104 kg ~ 2*104 kg di C14

Quanto è radioattivo il Carbonio- 14 nell’Oceano?

Per avere una stima della radioattività legata al Carbonio-14 (C14) possiamo andare a calcolare la sua “attività”, calcolando quanti decadimenti ci sono al secondo legati alla sua presenza nell’oceano.

Per calcolarlo occorre rispolverare un po’ di chimica:

Il C14 ha un’unità di massa atomica pari a 14 (circa). Questo ci dice che in 1 g di C14 ci sono 6,02*1023 /14 atomi – dove 6,02*1023 è il Numero di Avogadro.

Quindi facendo le dovute proporzioni per trovare quanti atomi di C14 (N2) ci sono nell’Oceano Pacifico dovremo considerare:

N2=1,9*104 * (6,02*1026/14)= 8,17*1029 atomi di C14

-> oppure, semplificando, N2~2*104 * (6*1026/14)~ 8*1029 atomi di C14

Conoscere il numero di atomi, noto il tempo di decadimento (t1/2) del C14 pari a 5730 anni, si possono andare a calcolare quanti decadimenti al secondo si verificano nell’Oceano Pacifico per il C14.

Perché ci interessa conoscere quanti decadimenti accadono al secondo? Perché è proprio questo processo a darci un indice della radioattività causata da un determinato elemento. In questo caso potremo andare a comparare la radioattività legata al Carbonio 14 con quella legata al Trizio presente nell’acqua della centrale di Fukushima.

Lasciamo al lettore curioso approfondire i calcoli effettuati dal prof. Casolino:

Dal tempo di dimezzamento alla attività, ossia quanti decadimenti al secondo  si passa secondo la formula:

R=0,693 / t1/2 =  2,2*10-9 decadimenti al secondo per ciascun atomo

Quindi l’attività (AC14) del Pacifico è:

AC14= R*N2 = 2,2*10-9 *8,17*1029 ≃ 1,8 *1021 Bq ossia ci sono 1.800 miliardi di miliardi  di decadimenti al secondo nel Pacifico

Ripercorrendo l’esercizio di semplificazione visto in precedenza potremmo considerare:

R~2*10-9 decadimenti al secondo per ciascun atomo

AC14~2*10-9 *8*1029~2*1021 Bq

Carbonio 14 vs Trizio

L’attività del Trizio è resa nota dalla TEPCO, la compagnia elettrica giapponese proprietaria della centrale:

La quantità di decadimenti al secondo dovuti al Trizio (AT) contenuto nei contenitori della centrale di Fukushima è:

AT = 8,3*1014 Bq ossia 8,3*1014 decadimenti al secondo nei contenitori (~8*1014)

Questi calcoli cosa ci dicono? Che confrontando la radioattività dell’Oceano Pacifico dovuta alla presenza di Carbonio 14 con quella dovuta al Trizio si ha:

AC14/AT=1,8 *1021/8,3*1014 =0,2*107=2.000.000

Utilizzando i dati approssimati abbiamo: AC14/AT~2 *1021/8*1014 ~0,2*107~2.000.000

La radioattività dovuta alla presenza di Carbonio 14 è 2 milioni di volte più rilevante di quella legata al Trizio.

I calcoli fatti per il Carbonio sono replicabili per gli altri elementi radioattivi presenti nell’Oceano Pacifico, come il Potassio e l’Uranio.

Precauzioni

Come spiega il prof Casolino in un video pubblicato su YouTube affinché l’effetto dello sversamento delle acque nell’Oceano sia effettivamente trascurabile rispetto alla radioattività naturale dell’Oceano Pacifico il processo avverrà secondo criteri specifici:

  • Gli svuotamenti avverranno in un arco temporale lungo (si parla di decenni)
  • L’acqua non verrà rilasciata tutta nello stesso punto dell’Oceano, in modo da agevolare l’effetto di diluizione.

Certo, occorreranno misurazioni e verifiche indipendenti quando, tra 2 anni, inizieranno gli sversamenti in mare dell’acqua della centrale di Fukushima, tema su cui è immaginabile si attiveranno anche i Paesi limitrofi al Giappone.

Nel frattempo confidiamo che questi numeri vi abbiano aiutato a comprendere meglio cosa succederà e vi forniscano qualche strumento in più per valutare le esternazioni che si leggono in giro…

 

[Foto: Wikipedia]