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Stage invernali 2010/2011 Misure di radioprotezione Studenti: Boccardelli Daniele Capomaggi Alessandro Casale Elio Flamini Alessio.

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1 Stage invernali 2010/2011 Misure di radioprotezione Studenti: Boccardelli Daniele Capomaggi Alessandro Casale Elio Flamini Alessio

2 Che cosa sono le radiazioni? Le radiazioni ionizzanti sono quelle radiazioni che possiedono energia sufficiente a ionizzare gli atomi. Esse sono prodotte dal decadimento di atomi instabili che scendono ad un livello energetico più basso. Il termine è solitamente usato per indicare un flusso di fotoni, ma può indicare anche un flusso di particelle dotate di massa. Le radiazioni differiscono tra loro per natura ed energia*: - Raggi alfa - Raggi beta - Raggi e gamma α β γ *Una radiazione viene identificata dalla sua energia che si misura in eV. (1 eV è uguale allenergia acquisita da un elettrone quando viene accelerato da una d.d.p. di 1V) X

3 Radiazioni α e β Le radiazioni α e β sono un emissione di particelle. Le particelle α sono formate da due protoni e due neutroni. Essendo dotate di una massa consistente il loro percorso è rettilineo e breve e possono essere schermati con sottili strati di materiale.

4 Le particelle β sono costituite da un positrone o da un elettrone quindi hanno massa minore rispetto a quella delle particelle α; sono in grado così di attraversare diversi mm di materiale.

5 I raggi X e γ I raggi X e γ sono radiazioni elettromagnetiche simili alla luce ma con frequenza maggiore. Sono le radiazioni più penetranti e possono essere schermati solo da spessori considerevoli di materiali molto densi. La radiazione fotonica (X e γ) è indirettamente ionizzante cioè produce ionizzazione nel mezzo, tramite i secondari carichi (elettroni) che mette in moto. I raggi γ sono radiazioni elettromagnetiche di altissima energia con frequenze comprese tra i valori dellordine di 10^19 Hz e 10^24 Hz. I raggi x sono anchessi radiazioni elettromagnetiche di altissima energia ma hanno frequenze comprese tra i valori dellordine di 10^16 Hz e 10^19 Hz.

6 Potere penetrante delle diverse radiazioni

7 Cosa succede microscopicamente? Le radiazioni ionizzanti rilasciano energia che eccita e ionizza le molecole, che all interno della cellula danneggiano le biomolecole come per esempio il DNA, indispensabile per il corretto funzionamento degli organismi viventi. Se i meccanismi di riparazioni o ripristino del nostro corpo non sono sufficienti per recuperare il tessuto danneggiato, la funzionalità dell organo o tessuto è compromesso.

8 Danni Biologici Particelle α Le particelle α, essendo pesanti, non possono penetrare lo strato corneo della pelle ma se riescono a penetrare all interno attraverso inalazione, ingestione o ferita possono provocare notevoli danni biologici; per questo sono fortemente radiotossici. Particelle β Le particelle β, essendo più penetranti rispetto alle α, possono superare gli strati della pelle ma sono meno pericolosi perché rilasciano minore energia in un maggiore percorso. Radiazioni X e γ I raggi X e γ hanno un forte potere penetrante e quindi attraversano senza difficoltà i tessuti biologici.

9 Il lavoro di laboratorio Obiettivo Studiare le modalità di attenuazione delle radiazioni ionizzanti ai fini della radioprotezione. Metodologia I.Porre il rilevatore Geiger a 1m dalla sorgente II.Porre il materiale schermante tra il rilevatore e la sorgente III.Effettuare le misurazioni per ogni diversa combinazione di fattori (diversi spessori e tipi di materiale, diverse sorgenti) IV.effettuare le misurazioni ogni 0,25 m partendo con il carrello da 1m fino a 3,75m V.I dati vengono registrati dal computer collegato al contatore Geiger VI. Elaborazione dati al computer

10 Apparecchiature carrello scorrevole comandi

11 Geiger schermature sorgenti

12 Il cuore del contatore Geiger è costituito da un tubo contenente un gas a bassa pressione. Lungo l'asse del tubo è teso un filo metallico, isolato dal tubo stesso. Tra il filo e il tubo si stabilisce una differenza di potenziale che genera un campo elettrico molto intenso. Quando una radiazione attraversa il tubo e colpisce una delle molecole del gas, la ionizza, creando una coppia ione-elettrone L'impulso elettrico risultante sarà testimone dell'avvenuto contatto con una radiazione ionizzante, e sarà contato da un circuito elettronico (i famosi click che si sentono). A seconda del numero di conteggi fatti in un'unità di tempo, riusciamo a capire se siamo in presenza di una sorgente radioattiva, e la sua pericolosità. Il contatore Geiger-Müller

13 Americio-2410mm1mm2mm3mm4mm6mm10mm 4470118840823415610284 45061560486186132126120 4608132043219215084150 4596132044421016213290 49081482468210138150102 45421368444270102132138 4836121249821012610878 CPM4848148245018613812066 4380132642016813212684 45781410402210144132114 45481428378204162138108 45721344414222168120126 4638141044419213816284 4914145851618011413290 4692139850421010812092 Media46421380447206138126101 Dev.Standard1641004125201924 RAME

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16 PIOMBO Americio-2410mm1mm3mm4mm 5280168102120 531012696108 5658114150144 52029010890 5040156138120 5454138114102 53107215084 509413811478 CPM529217412696 578418610896 523215615090 5472144102 5304120132108 504611415684 5310849078 Media5319132122100 Dev.Standard207342218

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19 POLIETILENE Americio-2410 mm25 mm50 mm75 mm100 mm 51545058435637082742 54605052419434862742 52565244436833062814 54184824411035282802 53944806477036782826 56285280432035103102 51845280419438462766 CPM52565100435035223066 52324884445436062856 52685016425434502910 53465106420033843102 53944818412235702940 55445052430235282838 55205316424834842796 56045160416437262784 Media53775066429435552872 Dev.Stand.152173164139125 Cobalto-600 mm25 mm50 mm75 mm100 mm 96009714861678727188 91688964876675066918 92528856851478067134 92169366839479927332 97269510850876387122 93789456829277287080 101288814878478847020 CPM97028994846078427272 95829486861078727176 96549618833475907230 96369504830480447326 94749510832279987410 94509359835879187404 101769696845478607122 99789510861078966960 Media96089357848878307180 Dev.Stand.308300161154151

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21 Potere penetrante delle radiazioni γ In questi grafici è mostrato landamento delle diverse energie dei fotoni emessi dalle sorgenti radioattive. Quella del Co-60 è la radiazione più penetrante; essa emette fotoni con energia media pari a 1250KeV. Quella che viene schermata più facilmente è lAm-241 essa, infatti, emette fotoni con energia media pari a 60KeV.

22 Potere schermante dei materiali In questi grafici è mostrato il potere schermante dei diversi materiali. Il più schermante è il piombo, che ha una densità di 11,3 g/cm³ Il meno schermante è il polietilene, che ha una densità di 0,96 g/cm³

23 Lo spessore emivalente indica lo spessore di un determinato materiale in grado di dimezzare lintensità di un fascio fotonico di una certa energia. Il SEV è un indice che consente di valutare la capacità schermante di un materiale. Spessore emivalente E (Kev)SEV Pb(mm)SEV Cu(mm) SEV PE (mm) Am-241600,92108 Cs-1376618,820231 Co-6012501522289

24 Americio-2411m1,5m1,75m2m2,25m2,5m2,75m3m3,25m3,5m3,75m CPM 535224961872143411881110960738582522498 483624001872135012541140942744552534462 539426221962151811881260912828588546534 531628081908144013021098786930684456432 521423701800155412541002846732618528438 520224781926155413261002852756654468330 523824421998143410921050822882546564 478226221860147612721104852702618606510 512426702010155413201116732822552558540 55262568204015421164978870822540618444 51782628191413981296966912828540474444 554423881920151812601032966690714522468 523226161878157210741128930768594552492 522025021932132013021020804666570444 484825861950154213441122804732684498528 47942622175215241200912 774576504438 481226161920136212661056798720570558378 49022610184815001212972960720618498378 518426401974159011881062888708624462390 490825921872146412301056888714624582552 Medie513025641910148212371059872764602525463 Dev.Stand.244109707974796668514964 DISTANZA

25 Cobalto-601m1,25m1,50m1,75m2m2,25m2,50m2,75m3m3,25m3,50m3,75m CPM 978654492360348258222150 198126108 882654438414348312234204168174138120 798672438384378318228198180126150102 978564486288294246204174150102186120 966750534354294300180156168132144132 882600450414264336258162120168126102 882648468336354294204150156216120126 852642450390366282234192126174138 936600426306264246156222180192120 91266645637829430619217416218612096 1002510456348336246234144210156162138 1002630450336 24623421018015613890 984660474420306252228168144180156126 1026720444390294276222174168150156102 942564480384330228246210180138168126 954630480378360252270210204132168132 1008690444396378330228174150162180144 936636510438342294204222138120126120 Medie940638465373327279221183163159146119 Dev.Stand.615728403633272624302116

26 Cobalto-601m1,25m1,50m1,75m2m2,25m2,50m2,75m3m3,25m3,50m3,75m CPM 92406534479438822730225020521740148811221044990 94806948472237142850223820521572138612601074822 9546662448723804283824122070154214161236990894 92106150475836662784250821421644156614161062948 96306582484836962832274820581764144012181146870 9378622249683828283823401866177615541128948918 91206450481236662952216620461728126011641086948 9444654046263672303022801908151213321326972834 93786612448836062904231618901626142812129841044 97206672498036722832235819921638150011709661002 93726714476434802622203419561638131413501038846 933667924740347431382184184216741314118813141050 97566474476435162856244220761698133213441110990 91746780474037623036246019921536144611948641092 93726564538234142946242420401644129612301050906 9360627049923534291023702094175815181290978924 9690652850043708285022562112156013381026 978 93966408489039182886238817341704141013201206822 98106282471636183090219619501866132612481074870 Medie94436534483536652891233519931664140312341049934 Dev.Stand.201207186140124155106945929410081

27 Cesio-1371m1,25m1,5m1,75m2m2,25m2,5m2,75m3m3,25m3,5m3,75m CPM 837486584452488431823442829586247022102418084160501334412468 830046582652170422643537028932246722145018252157621400411748 843786613852014427623481229034249422175018342164881392012078 838866534651708424683538228956248402159418336158401426212186 840006588651456421083501628728241862086218078160321432212306 838806521451648426423530429100247742080818594159001369812036 835146631252194425703460829034247982107218444157081415412204 837066610851864424743516629112243962117417982156661435211814 838746654651624423063517829478246662129418210163021436412186 832026554451570429903507029466246662137217742154681371011826 840966631251276423243502828590247022083818306154861323012696 845646615052590423003541829040241202092818228162241398612378 832146639653148426603443428632246422112617754156001389612516 843246621652746434883576629478246542056218702155581374012378 840066523852590422223478829412244322107818396156421412412324 836946546052296425163478229100253682028017862156421446012012 832926516652344419403448828950249302125817736150001402212174 837066637852620423363578429298246602181618276163121383012072 840006560452020420303528629460250682107817832159961367412504 834426605451576421923510628608250322173818018156001406412012 Media837776588752097424893506129100247122115518159158141395812196 Dev.Stand.413440504387399313291397282355330254

28 Cesio-1371m1,25m1,5m1,75m2m2,25m2,5m2,75m3m3,25m3,5m3,75m CPM 2544202815601086846672534414468390336300 2670192015241146864660492516 444324302 2970201012781152804774744474402 342288 2982201614041122894684558462444360336324 2922183613921086846804588390432396306300 2880203415361128696756534414396438348264 2898205814521056852678534420372420342240 2706187813801050786666594438390330 3048184213321020894666588456402300372354 2964182415001134870660672450444324444402 2814189014161002918786672474 354432390 2868191415361008906804558498462378390354 3030190813861026792708600480450348354342 2778213014461068954702636510438366336312 2802201015181152894678522498390342324288 2832188414341116798708636534408426324312 2844184814761026828630618468462366354336 2784193813861128888660696522450294348264 Media2852194314421084852705599468433376352317 Dev.Stand.1308978536181684137453742

29

30 Dispersione quadratica delle radiazioni La legge relativa è detta legge della dispersione quadratica della radiazione (o legge del quadrato della distanza) secondo cui lintensità di un fascio di radiazioni in punti situati a distanze diverse dalla sorgente è inversamente proporzionale al quadrato di tali distanze, quindi la relazione sarà: A1 A2 d1 d2 I d =I 0 /d²

31 Americio-241 cpmµGy/h 513014 25637,0 19105,5 14824,6 12363,8 8712,7 4631,7 Cobalto-60 cpmµGy/h 944372 653450 483536 366527 233517 140310 9406,3 3732,4 1190,6 Cesio-137 cpmµGy/h 837771362 65887939 52097686 42489520 29100328 21155226 15814165 12196126 285224 194318 144213 8528,2 4684,8 3172,9 Tabelle taratura La taratura del rilevatore Geiger ci consente di risalire dai cpm ai µGy/h nelle misurazioni della radiottività ambientale. Il gray (Gy) è l unità di misura della dose di radiazione assorbita del Sistema Internazionale. Un'esposizione di un gray corrisponde ad una radiazione che deposita 1 joule, per 1 chilogrammo di materia. 1 Gy = 1 Joule/kg

32 Grafici taratura I coefficienti angolari di queste rette rappresentano i fattori di conversione da cpm a µGy/h.

33 Conclusioni Come può essere attenuato il campo di radiazione ionizzante negli ambiti lavorativi? Per diminuire l intensità del campo della radiazione ci si può basare sulle due relazioni trovate attraverso i grafici: I= I 0 e - x I d =I 0 /d² L intensità della radiazione diminuisce con un andamento esponenziale all aumentare dello spessore del materiale o al variare del coefficiente di attenuazione lineare (µ) che dipende dall energia (eV) della radiazione e dalle proprietà del materiale schermante ( densità ; numero atomico). L intensità della radiazione è inversamente proporzionale al quadrato della distanza dalla sorgente.

34 Conclusioni I fattori da considerare nella radioprotezione sono: Tipo di radiazione; Tipo di sorgente (energia eV); Materiale schermante (tipo e spessore); Distanza dalla sorgente; Tempo di esposizione. Lobiettivo di chi lavora nella radioprotezione è di trovare la migliore combinazione di tutti questi fattori per limitare al massimo lesposizione dei soggetti (operatori e pazienti) alle radiazioni.


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