Radiazioni (Ionizzanti e Non Ionizzanti) www.fisicaxscuola.altervista.org

Radiazioni RADIAZIONE: fenomeno per cui una sostanza o un corpo emette energia sotto forma di onde. Le sorgenti di campi elettromagnetici, e quindi di radiazioni, si distinguono in: sorgenti a bassa frequenza (0 Hz < n < 100 kHz) elettrodotti, cabine di trasformazione, elettrodomestici... sorgenti ad alta frequenza (100 kHz < n < 300 GHz) telefoni cellulari, stazioni radio per la telefonia cellulare, antenne radiotelevisive, impianti radar, microonde, ponti radio, radioamatori (CB)... sorgenti ad altissima frequenza (n > 300 GHz) sostanze radioattive, decadimenti a e b, tubi a raggi X, acceleratori di particelle A., B. sorgenti di Radiazioni NON Ionizzanti, C. sorgenti di Radiazioni Ionizzanti.

Campi ElettroMagnetici Principali caratteristiche dei campi elettromagnetici intensità della componente elettrica (V/m); intensità della componente magnetica (A/m); densità di potenza irradiata (W/m2); Campi elettrici sono facilmente schermati da oggetti presenti sul loro percorso; sono generati da qualsiasi apparecchio elettrico connesso alla rete, anche se spento. Campi magnetici sono difficilmente schermabili; sono generati solo da apparecchi accesi.

Spettro ElettroMagnetico (EM) Lo Spettro Elettromagnetico è l'insieme di tutte le frequenze delle radiazioni elettromagnetiche.

Spettro ElettroMagnetico (E.M.)

Tipologia di Radiazione E.M. Tipo di radiazione elettromagnetica Frequenza [Hz] Lunghezza d'onda [m] ONDE RADIO ≤ 250 ∙106 104 - 10-1 MICROONDE 250 ∙ 106 – 300 ∙ 109 1  – 10-3 INFRAROSSI 300 ∙109 – 428 ∙1012 10-3 – 700 ∙ 10-9 VISIBILE 428 ∙ 1012 – 749 ∙ 1012 700 ∙ 10-9 – 400 ∙ 10-9 ULTRAVIOLETTO 749 ∙ 1012 – 30 ∙ 1015 400 ∙ 10-9 – 10 ∙ 10-9 RAGGI X 30 ∙ 1015 – 300 ∙ 1018 10 ∙ 10-9  – 1 ∙ 10-12 RAGGI GAMMA ≥ 300 ∙ 1018 ≤1 ∙ 10-12

Radiazioni NON Ionizzanti RADIAZIONI NON IONIZZANTI o NIR (Non-Ionizing Radiations): radiazioni elettromagnetiche che, per le loro caratteristiche di frequenza, lunghezza d’onda ed energia, non producono ionizzazione, cioè non modificano la struttura dell’atomo o della molecola nei materiali ad esse esposti. Comprendono: i campi elettrici e magnetici statici; i campi elettromagnetici a frequenze molto basse; le radiofrequenze (RF); le microonde (MW); l’infrarosso; la luce visibile; i raggi ultravioletti (questi ultimi in realtà hanno energia sufficiente (~12 eV) per spostare dalla loro orbita gli elettroni periferici di valenza, quindi sarebbero da annoverare tra le radiazioni ionizzanti. Tuttavia, i raggi ultravioletti non sono ritenuti tali perché non producono gli effetti tipici delle radiazioni ionizzanti, ma solo modificazioni chimiche dovute all’interazione con gli elettroni di valenza (effetti fotochimici).

Radiazioni NON Ionizzanti Daquino G. G., Radiazioni non ionizzanti. Campi elettromagnetici, Infn

Radiazione Ultravioletta Nome Abbreviazione Lunghezza d'onda [nm] Frequenza [Hz] Energia per fotone [eV] Ultravioletto UV 10 – 400  7,5 ∙ 1014 - 3 ∙ 1016 3,10 – 12,4 Ultravioletto A UVA 315 – 400  3,10 – 3,94 Ultravioletto B UVB 280 – 315  3,94 – 4,43 Ultravioletto C UVC 100 – 280  4,43 – 12,4 Luminescenza: emissione di fotoni di luce visibile o invisibile da parte di materiali eccitati da cause diverse dall'aumento di temperatura. La luminescenza nasce dalla proprietà di alcuni materiali di assorbire quantità discrete di energia, successivamente restituita sotto forma di fotoni di energia inferiore. Fluorescenza: la luminescenza cessa quasi subito dopo aver eliminato la radiazione eccitante (transizioni tra stati con la stessa molteplicità di spin) Fosforescenza: la radiazione continua ad essere emessa, almeno per un breve lasso di tempo, anche dopo aver eliminato la sorgente eccitante (transizione con variazione della molteplicità di spin). 1 eV = (1,6 ∙ 10−19 C) (1 V) = = 1,6 ∙ 10−19 J

Radiazione Ultravioletta Nome Abbreviazione Lunghezza d'onda [nm] Frequenza [Hz] Ultravioletto UV 10 – 400  7,5 ∙ 1014 - 3 ∙ 1016 Ultravioletto A UVA 315 – 400  Ultravioletto B UVB 280 – 315  Ultravioletto C UVC 100 – 280  l [nm] n [Hz] E = hn [J] E = hn [eV] 10 2,9E+16 1,92E-17 1,91E+02 100 2,9E+15 1,92E-18 1,91E+01 280 1,04E+15 6,87E-19 6,82E+00 315 9,21E+14 6,10E-19 6,06E+00 400 7,25E+14 4,81E-19 4,77E+00

Effetti delle NIR sulla salute Si distingue tra: effetti acuti: immediati o di breve periodo; effetti cronici: ritardati; effetti termici: riguardano l’intero corpo; effetti non termici o specifici: si sviluppano a livello cellulare o molecolare;

Effetti dei CEM a bassa frequenza “Frequenza di rete”, ossia 50 Hz, relativi a elettrodotti, centrali elettriche, elettrodomestici: effetti termici: trascurabili; effetti specifici acuti: induzione di correnti nel corpo umano; extrasistole e fibrillazione  ventricolare; stimolazione di tessuti eccitabili; effetti sul sistema visivo e sul sistema nervoso centrale; effetti specifici cronici: rischio di neoplasie (sono classificati come “possibili cancerogeni per l’uomo”).

Effetti dei CEM a RF e MW Radiofrequenze (RF: 30 kHz-300 MHz) e Microonde (MW: 300 MHz-300 GHz): effetti termici (acuti): opacizzazione del cristallino; anomalie della cornea; lesioni retiniche; infiammazione dell’iride; sterilità temporanea o permanente; alterazioni del sistema immunitario e del sangue; disturbi digestivi e cardiovascolari; effetti specifici cronici: alterazioni della struttura e delle funzioni della membrana cellulare, con conseguente alterazione della pressione arteriosa, dell’elettroencefalogramma ecc.; controverso aumento del rischio di tumori cerebrali, polmonari e di leucemie tra aviatori, militari, termosaldatori della plastica). Misure di protezione: attive: uso di schermi, filtri, DPI; passive: limitazione nell’accesso alle zone pericolose; riduzione del tempo di esposizione. L’OMS raccomanda l’adozione del principio ALARA: As Low As Reasonably Achievable.

Radiazioni Ionizzanti RADIAZIONI IONIZZANTI o IR (Ionizing Radiations): radiazioni elettromagnetiche che, per le loro caratteristiche di frequenza, lunghezza d’onda, energia, hanno la capacità di ionizzare, cioè modificare la struttura dell’atomo o della molecola nei materiali ad esse esposti, dando origine a materiali caricati elettricamente.

Radiazioni Ionizzanti Si definiscono ionizzanti quelle radiazioni che, in virtù del loro elevato contenuto energetico, sono in grado di ionizzare la materia con cui vengono a contatto, ossia di trasformare gli atomi di cui essa è composta (elettricamente neutri) in particelle cariche, dette ioni. Possono essere: corpuscolari, cioè costituite da particelle subatomiche, e dotate di carica elettrica, come i protoni, le radiazioni alfa (α) e beta (β); non corpuscolari, cioè onde elettromagnetiche, come i raggi X e i raggi gamma (γ). Le radiazioni corpuscolari hanno la capacità di ionizzare direttamente la materia; le onde elettromagnetiche e i neutroni dotati di sufficiente energia sono indirettamente ionizzanti, nel senso che la loro interazione con la materia genera particelle direttamente ionizzanti.

Capacità di penetrazione nella materia Le radiazioni ionizzanti (R.I.) hanno una diversa capacità di penetrazione, dovuta alla loro diversa natura: le radiazioni alfa sono particelle cariche positivamente (si tratta di nuclei di elio) e possono essere arrestate da un percorso di pochi centimetri in aria o da un foglio di carta. Non superano la barriera della pelle e, pertanto, la loro pericolosità per l’organismo è legata ad un eventuale irraggiamento interno da sostanze inalate, ingerite o penetrate attraverso ferite; le radiazioni beta sono particelle cariche negativamente (elettroni) o positivamente (positroni); sono più penetranti rispetto alle alfa, ma anch’esse possono essere fermate da barriere di modesta entità, come un foglio di alluminio. Il loro percorso in aria è di qualche metro, nei tessuti organici di qualche centimetro; i raggi gamma e i raggi X sono onde elettromagnetiche di frequenza, rispettivamente, altissima e molto alta, dotate di un alto potere di penetrazione; possono essere arrestate da spessi blocchi di cemento o piombo.

Effetti biologici Si distinguono: effetti acuti: si verificano in seguito all’assorbimento di dosi molto alte di radiazioni in un breve lasso di tempo (es. incidenti in centrali nucleari); effetti cronici: derivano dall’esposizione continua e prolungata nel tempo a piccole dosi di radiazioni (quotidianità di alcune attività professionali); effetti somatici: riguardano tutti i tessuti dell’organismo; effetti genetici: riguardano le cellule dell’apparato riproduttivo, attraverso cui si potrebbero trasmettere alla prole.

Effetti biologici Le radiazioni ionizzanti determinano sugli organismi effetti diversi a seconda della: dose; via di esposizione: irraggiamento esterno o interno; velocità di riproduzione cellulare del tessuto irradiato (la maggiore sensibilità si riscontra a carico di: midollo osseo, pelle, mucosa intestinale, spermatozoi, cellule indifferenziate).

Effetti biologici DOSE Come detto, uno dei fattori da cui dipende l’entità del danno biologico da radiazione è la dose. Si distingue tra: dose assorbita: rappresenta la quantità di energia assorbita dall’unità di massa di un tessuto irradiato. Si misura in Gray (Gy): 1 Gy = 1 J per kg di materia. Dosi superiori a 5 – 6 Gy comportano la morte, entro pochi giorni, di tutti i soggetti esposti; dose equivalente: misura gli effetti biologici delle radiazioni assorbite, tenendo conto che, a parità di dose, le diverse tipologie di radiazioni producono danni di entità diversa. Si ricava moltiplicando la dose assorbita per un fattore che esprime la loro diversa pericolosità. Si misura in Sievert (Sv) e suoi sottomultipli; dose efficace: tiene conto della diversa sensibilità alle radiazioni dei differenti organi e tessuti.

Effetti biologici Tipologie di danni I danni conseguenti all’assorbimento di radiazioni ionizzanti si classificano in: danni somatici deterministici; danni somatici stocastici; danni genetici stocastici. In tutti i casi si determina una modifica del DNA della cellula, con conseguenze diverse, a seconda del tipo di cellula e dell’entità dell’alterazione.

Effetti biologici Tipologie di danni I danni conseguenti all’assorbimento di radiazioni ionizzanti si classificano in: danni somatici deterministici; danni somatici stocastici; danni genetici stocastici. In tutti i casi si determina una modifica del DNA della cellula, con conseguenze diverse, a seconda del tipo di cellula e dell’entità dell’alterazione.

Bibliografia & Sitografia http://www.federica.unina.it/economia/tecnologia-dei-processi-produttivi/fattori-rischio-fisici-radiazioni-ionizzanti-campi-elettromagnetici-videoterminali/ http://www.ac.infn.it/sicurezza/rel/RNI.pdf http://www.phys.uniroma1.it/DipWeb/web_disp/d3/dispense/dominici/geomuni-3.pdf http://arjelle.altervista.org/Tesine/Fabiola/elettromagnetismo.htm https://it.wikipedia.org/wiki/Spettro_elettromagnetico Mirri L- Parente M., Fisica ambientale - Inquinamento acustico ed elettromagnetico, energia nucleare, radon, celle a idrogeno, Zanichelli Mirri L- Parente M., Fisica ambientale - Energie alternative e rinnovabili, Zanichelli Amaldi U., FISICA VERDE, Zanichelli

Crediti Immagini https://anniluce.files.wordpress.com/2011/05/spettro_luce12-copia.jpg http://arjelle.altervista.org/Tesine/Fabiola/light1.gif Mirri L- Parente M., Fisica ambientale - Energie alternative e rinnovabili, Zanichelli