Mangiati dalle radiazioni – storia di un incidente nucleare

L’incidente di Tokaimura è il secondo più grande disastro nucleare avvenuto in Giappone ed il peggiore avvenuto al di fuori di una centrale. Era il 1999 e alla JCO, un piccolo impianto per la preparazione del carburante nucleare, i tre operai Hisashi Ouchi (35 anni), Masato Shinohara (40 anni) e Yutaka Yokokawa (54 anni) stavano lavorando ad una fase delicata del processo di arricchimento: la nitrazione dell’ossido di uranio. L’uranio in natura è composto da due isotopi: uno in grado di dare reazioni nucleari (quindi fissile) e l’altro inerte. Il processo di arricchimento serve per aumentare il quantitativo di uranio reattivo e prevede una serie di processi, il primo dei quali è proprio la nitrazione.

Se ti interessa il tema dell’arricchimento dell’uranio c’è un paragrafo a fine articolo che potrebbe piacerti.

Fuoco eterno

Quel 30 settembre i tre operai stavano lavorando con una partita di uranio molto particolare, era utilizzato in un reattore sperimentale e presentava un grado di arricchimento del 18,8%, quando normalmente l’arricchimento è del 5%. L’uranio in questione è chiamato Joyo, che in giapponese significa fuoco eterno, ed era la prima volta che arrivava nell’impianto una partita di questo combustibile. Tre anni prima erano state cambiate le norme per la nitrazione, normalmente infatti la reazione viene fatta avvenire in un contenitore dal volume standard, in modo tale da impedire l’utilizzo di quantità eccessive di uranio ed evitare di raggiungere la massa critica. Dopo il cambio delle norme invece la reazione veniva fatta avvenire in un serbatoio molto più grande. Fino al giorno dell’incidente, utilizzando un uranio arricchito al 5%, gli operai non avevano mai avuto problemi, quel giorno però era diverso e i tre purtroppo non lo sapevano [1].

Posizione degli operai al momento dell’incidente. Hisashi Ouchi stava versando l’ossido di uranio nel serbatoio, aiutato da Masato Shinohara, mentre invece Yutaka Yokokawa si trovava più indietro a qualche metro di distanza.

La luce blu

Verso le 10:35, quando la quantità di uranio nel serbatoio arrivò a 16,6 kg, si raggiunse la massa critica [2].

All’improvviso un bagliore bluastro e un’ondata di calore investirono i tre operai. Hisashi Ouchi, il più vicino al serbatoio, fu colpito da una dose di radiazioni pari a 10000-20000 mSv, praticamente lo stesso quantitativo che avrebbe ricevuto se si fosse trovato al centro dell’esplosione di Hiroshima.

Masato Shinohara, che si trovava ad un metro dall’apertura del serbatoio, subì circa 6000-10000 mSv, una dose più bassa rispetto a Hisashi, ma comunque estremamente alta. Si pensi che sopra i 100 mSv inizia il limite di rischio [3].

Yutaka Yokokawa invece, che al momento dell’incidente era a 5 metri di distanza dal serbatoio ed in parte riparato da una scrivania, ricevette un quantitativo di radiazioni pari a 1000-5000 mSv [4].

Ciò che arrivò sul corpo dei tre operai altro non era che un mix di neutroni accelerati e raggi gamma. I primi, avendo una massa abbastanza consistente (per essere particelle subatomiche), riescono a penetrare per pochi cm nel corpo umano e i danni che possono causare possono essere gravi, ma limitati alla superficie corporea. I raggi gamma, avendo massa nulla, riescono ad attraversare il corpo con facilità, causando danni anche agli organi interni.

Quando queste particelle ultra-veloci impattano contro le molecole del nostro organismo cedono loro energia. Questa energia è talmente grande che le molecole possono letteralmente andare in pezzi per poi riorganizzarsi in nuovi modi. Le nuove molecole, nate dopo la riorganizzazione, sono come degli ingranaggi rotti all’interno di un complesso meccanismo, che inevitabilmente col tempo finirà col rompersi.

Se ad essere modificate sono un gran numero di molecole che costituiscono il DNA di una cellula, quest’ultima può iniziare a riprodursi in modo improprio, portando anche alla morte delle cellule e alla formazione di tumori.

La caratteristica luce blu visibile nei reattori nucleari, dovuta all’effetto Čerenkov. Questo effetto si manifesta generalmente quando avviene una reazione nucleare [5].

82 giorni di agonia

Hisashi Ouchi, il più esposto alle radiazioni, svenne immediatamente dopo l’irraggiamento e fu trasportato d’urgenza all’Ospedale di Tokyo, lì fu fatto rinvenire e per alcune ore non manifestò alcun sintomo. Questa iniziale assenza di sintomi è comune nei pazienti esposti a radiazioni ed è chiamata fase del fantasma che cammina (walking ghost). Dopo poche ore iniziarono a distaccarsi grosse porzioni di pelle e Ouchi fu messo in coma farmacologico. A quel punto era evidente che l’unica cosa che si potesse fare era cercare di alleviare il più possibile le sue sofferenze.

L’esposizione di Hisashi alle radiazioni risultava essere così grave che i suoi cromosomi furono distrutti e il suo conteggio dei globuli bianchi precipitò quasi a zero.

Come si presentavano i cromosomi delle cellule del midollo osseo di Hisashi Ouchi quattro giorni dopo il ricovero (sinistra). Sulla destra dei cromosomi non danneggiati.

Dopo 48 ore il suo corpo era quasi totalmente ricoperto da ustioni di terzo grado e gran parte dei suoi organi interni risultavano compromessi in modo irreversibile. Era ormai irriconoscibile.

Hisashi Ouchi Rimase in queste condizioni per quasi tre mesi e fu mantenuto in vita solo grazie all’ausilio delle macchine. Durante questo periodo subì continue trasfusioni di sangue e altri liquidi, per un totale di quasi 20 litri al giorno (poiché ne perdeva altrettanti). Oltre alle trasfusioni su di lui furono sperimentate tecniche sperimentali, come gli innesti di pelle e i trapianti di cellule staminali.

Ad oggi è ancora aperto il dibattito tra chi crede che le sue sofferenze siano state prolungate inutilmente e chi pensa che, sebbene siano risultate inutili per Ouchi, queste sperimentazioni abbiano permesso di fare grandi passi in avanti nella gestione dei pazienti affetti da avvelenamento da radiazioni [4].

 

ATTENZIONE: la seguente immagine potrebbe urtare la vostra sensibilità

 

 

 

I devastanti effetti delle radiazioni su Hisashi Ouchi

Il destino degli altri operai

Masato Shinohara, il secondo operaio più esposto, fu trasportato anch’egli d’urgenza in ospedale. Purtroppo subì un destino non dissimile da quello di Hisashi Ouchi: il suo corpo fu martoriato dalle radiazioni e dopo mesi e mesi di cure in terapia intensiva morì il 27 aprile del 2000 [4].

 

ATTENZIONE: la seguente immagine potrebbe urtare la vostra sensibilità

 

 

 

Decorso dell’avvelenamento da radiazioni di Masato Shinohara dal 30 settembre al 1 aprile.

Nella didascalia dell’immagine si legge:

  • 30 settembre – giorno dell’incidente, Shinohara esposto a 10 Sv.
  • 10 ottobre – nessuna lesione, ma si presentano eritemi, nausea, vomiti e perdite di coscienza.
  • 11 ottobre – si stacca il 70% dell’epidermide.
  • 20 dicembre – applicato innesto cutaneo.
  • 1 aprile – innesto cutaneo fallito a causa di danno irreversibile al DNA e perdita della capacità di riprodursi delle cellule.

Yutaka Yokokawa fortunatamente, nonostante la massiccia dose di radiazioni ricevute, riuscì a sopravvivere ed è tutt’ora in vita. Oltre ai tre operai presenti vicino al serbatoio al momento dell’incidente, furono contaminati altri 119 dipendenti della JCO. Fortunatamente nessuno di questi subì danni.

A seguito del processo iniziato nel 2001, il presidente della JCO fu condannato a 3 anni di galera e al pagamento di una multa di 500000 Yen. La JCO fu sanzionata per un milione di Yen.

 

 

L’arricchimento dell’uranio

Generalmente l’uranio in natura si trova sotto forma di ossido ed è composto, come detto in precedenza, da una parte di uranio fissile (circa 0,7%) e una parte di uranio inerte (circa 99,3%).

La differenza tra uranio fissile ed inerte è nel numero di neutroni presenti nel nucleo atomico. Se nell’uranio fissile (U235) i neutroni sono 143, in quello inerte (U238) i neutroni sono 146. Di conseguenza tra i due ci sarà una lievissima differenza di peso pari a 5×10−27 kg. Tutto il processo di arricchimento è basato su questa differenza di peso infinitesimale. Ci sono varie metodologie per l’arricchimento dell’uranio, quella di cui parlerò è una delle più comuni: la centrifuga a gas. Per prima cosa l’ossido di uranio (U3O8) viene dissolto in acido nitrico per ottenere nitrato di uranile (UO2(NO3)2). Il nitrato di uranile a questo punto viene fatto reagire con ammoniaca per ottenere diuranato di ammonio ((NH4)2U2O7), che successivamente viene ridotto a UO2. In fine UO2 viene fatto reagire con il fluoro e si ottiene l’esafluoruro di uranio (UF6), l’unico composto dell’uranio abbastanza leggero da essere gassoso e di conseguenza utilizzabile in un processo di centrifugazione [6]. 

La centrifuga a gas è costituita da una serie di cilindri rotanti disposti in serie. Per via della forza centripeta gli atomi più pesanti di U238 verranno spinti verso l’esterno del cilindro, mentre l’U235 rimarrà al centro di esso. Aspirando il gas al centro del cilindro si otterrà un UF6 più ricco di uranio fissile e ripetendo il processo più volte si otterrà un uranio sempre più arricchito.

Schema di un cilindro di una centrifuga a gas [6]

Una volta ottenuto l’UF6 arricchito di uranio fissile si ritrasforma il gas in UO2, che è chimicamente poco reattivo, ed è quindi più versatile come materiale.

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