Radiazioni Ionizzanti Generalità

Radiazioni Ionizzanti Radiazione Con il termine “radiazione” si intende descrivere una forma di trasferimento dell’energia nello spazio. Radiazioni Ionizzanti Radiazioni capaci di causare ionizzazione negli atomi del mezzo che attraversano

Radiazioni Ionizzanti In base alla natura Elettromagnetiche: raggi x, raggi γ Corpuscolate: raggi α, protoni, neutroni. In base al meccanismo di ionizzazione Direttamente ionizzanti Indirettamente ionizzanti

Radiazioni Corpuscolate: Particelle atomiche o subatomiche (alfa, elettroni e protoni) che trasportano energia in forma di energia cinetica di una massa in movimento. Radiazioni Elettromagnetiche L’energia è trasportata per mezzo di onde e.m. che percorrono lo spazio alla velocità della luce.

Isotopi Vengono definiti isotopi gli atomi con lo stesso numero di protoni ma diverso numero di neutroni. Gli isotopi possono essere stabili o instabili (radioattivi), in ogni caso, essendo forme dello stesso elemento, posseggono identiche caratteristiche chimiche. La stabilità dipende dal rapporto tra protoni e neutroni del nucleo dell’atomo. Gli isotopi instabili riacquistano stabilità mediante l’emissione di una particella carica dal nucleo (radioattività o decadimento radioattivo)

Z caratterizza l’elemento A caratterizza l’isotopo Il nucleo atomico Modello del nucleo a nucleoni Dato un cero elemento, numero atomico Z Nucleo formato da Z protoni + N neutroni A = Z + N numero di massa Z caratterizza l’elemento A caratterizza l’isotopo Massa del neutrone circa 0.1% maggiore della massa del protone

Unità di misura 1 eV = energia acquistata da un elettrone nell’attraversare la differenza di potenziale di 1 Volt 1 eV = 1.6 x 10-19 J 1 keV = 103 eV 1 MeV = 106 eV

Radiazione elettro-magnetica Onda elettromagnetica piana: T periodo (s) n frequenza (Hz) n n = 1/T lunghezza d’onda (m) c velocità di propagazione (m/s) nel vuoto: c = 3 x 108 m/s l n = c

Spettro delle radiazioni elettromagnetiche

Ionizzazione La ionizzazione degli atomi della materia irradiata è legata alla liberazione degli elettroni orbitali dai legami energetici con i rispettivi nuclei; le radiazioni ionizzanti devono quindi possedere energia sufficiente ad impartire agli elettroni del materiale irradiato energia cinetica sufficiente a metterli in movimento come elettroni veloci (ionizzazione primaria). Gli elettroni liberati hanno sufficiente energia cinetica per produrre, a loro volta, altre ionizzazioni (ionizzazione secondaria) perdendo progressivamente l’eccesso di energia cinetica fino a ritornare ad uno stato di quiescenza.

Assorbimento di energia Assorbimento di un fotone Ec ionizzazione e = hn e = Wi + Ec Wi Assorbimento di un fotone Wi e = hn Wj eccitazione = Wi – Wj

Emissione di energia e = Wi – Wj Wj Emissione di un fotone di fluorescenza Wi Ec Wj Emissione di un elettrone Auger Wi Ec = (Wi – Wj) – Wx Wx

Interazione delle R.I. con la materia Le particelle alfa (nuclei di Elio), attraversando la materia con massa elevata e doppia carica elettrica positiva esercitano lungo il loro percorso una rilevante forza di attrazione sugli elettroni orbitali degli atomi. Questa attrazione può strappare via uno o più di questi elettroni (ionizzazione) con perdita di parte dell’energia della particella. A causa della loro massa le particelle alfa si muovono in modo relativamente lento e cedono tutta la loro energia in tragitti brevi, densi e rettilinei (radiazioni ad alto let). Percorso massimo di una particella alfa: Pochi cm in aria Pochi m nel tessuto vivente (non superano lo strato corneo dell’epidermide)

Interazione delle particelle alfa con la materia La radiazione alfa non rappresenta un rischio per contaminazione esterna (tutta la radiazione è assorbita dallo strato corneo) L’inalazione e l’ingestione di un alfa-emettitore rappresenta un serio pericolo (es. gas radon)

Interazione delle R.I. con la materia Le particelle beta, (elettroni) a causa della loro piccola massa e della carica elettrica negativa, vengono continuamente deviate nel loro percorso dagli elettroni degli atomi che attraversano. Il percorso delle particelle beta è tortuoso all’interno della materia.

Interazione delle radiazioni elettromagnetiche con la materia Le radiazioni di natura elettromagnetica (raggi x, raggi gamma) hanno basso Let e bassa intensità di ionizzazione per cui penetrano profondamente nella materia vivente. La loro pericolosità è sia per irradiazione esterna, sia per contaminazione interna.

Interazione delle particelle beta con la materia Le particelle beta hanno un comportamento intermedio tra le alfa e le elettromagnetiche, penetrando per una lunghezza intermedia all’interno della materia. Risultano pericolose per contaminazione esterna sulla cute (radiodermite) ed interna o incorporazione in organi specifici (es. radioiodio per la tiroide)

Capacità di penetrazione

Principali grandezze ed unità dosimetriche

Attività radioattiva = n. decadimenti/s ( “velocità di decadimento”) Unità di misura SI: becquerel  1 Bq = 1/s 1 Bq = 1 decadimento al secondo  unità troppo piccola Unità pratica: curie: attività di 1g di radio (decadimento : 234Ra  230Rn, t=1620 anni) 1 Cu = 3.7  1010 Bq

Energia media assorbita nell’unità di massa Dose assorbita (D) Energia media assorbita nell’unità di massa D = E/m D = dose assorbita E = energia ceduta dalla radiazione m = massa L’unità di misura della dose assorbita è il Gray 1 Gray = 1 Joule/Kg = 100 rad Ai fini radoprotezionistici la dose assorbita (D) indica la dose media in un tessuto o in un organo

1 Sievert = 1 Joule/Kg = 100 rem Dose equivalente (H) Dose assorbita media in un tessuto od in un organo T ponderata in base al tipo ed alla qualità della radiazione Ht = D x Wr D = dose assorbita Wr = fattore di ponderazione della radiazione L’unità di misura della dose assorbita è il Sievert 1 Sievert = 1 Joule/Kg = 100 rem

Fattori di peso per le radiazioni

Somma delle dosi equivalenti ponderate nei tessuti e negli organi Dose efficace (E) Somma delle dosi equivalenti ponderate nei tessuti e negli organi E = Ht x Wt Ht = dose equivalente media all’organo o tessuto t Wt = fattore di ponderazione per l’organo o tessuto t L’unità di misura della dose efficace è il Sievert

Fattori di peso per organi e tessuti

Dose Impegnata Dose ricevuta da un organo o da un tessuto in un determinato periodo di tempo, in seguito all’introduzione di radionuclidi E’ determinata dal tipo di radiazione emessa e dal tempo di dimezzamento (T1/2 effettivo) di uno specifico isotopo.

Dall’irraggiatore all’irraggiato: sintesi Dall’emissione... ...all’assorbimento Sorgente radioattiva Attività  becquerel, curie Materiale irraggiato Esposizione  C/kg, röntgen Assorbimento Dose assorbita  gray, rad Danno biologico Dose equivalente/efficace  sievert, rem

Gli effetti biologici dipendono da...

Radiazioni naturali e artificiali