Corso di formazione finalizzato alla radioprotezione Per aggiungere alla diapositiva il logo della società: Scegliere Immagine dal menu Inserisci Individuare il file con il logo della società Scegliere OK Per ridimensionare il logo: Fare clic su un punto qualsiasi del logo. Attorno all'oggetto verranno visualizzati i quadratini di ridimensionamento. Per ridimensionare l'oggetto, utilizzare i quadratini. Per conservare le proporzioni dell'oggetto da ridimensionare, trascinare i quadratini di ridimensionamento tenendo premuto MAIUSC. Corso di formazione finalizzato alla radioprotezione Sorgenti di rischio presso le sedi esterne e norme di comportamento Mario Pillon (pillon@frascati.enea.it) Esperto Qualificato di III° - INFN Sezione di Napoli

Sommario COS’È UNA RADIAZIONE IONIZZANTE SORGENTI DI RADIAZIONI IONIZZANTI RADIAZIONI IONIZZANTI E INTERAZIONI CENNI DI DOSIMETRIA CONCETTI DI RADIOPROTEZIONE NECESSITA’ PRELIMINARI PER SVOLGERE ATTIVITA’ CON RISCHIO DI R.I. PROCEDURE SEGUITE PER SVOLGERE ATTIVITA’ CON RISCHIO DI R.I CLASSIFICAZIONE DI LAVORATORI E AREE 9. LE SORGENTI DI RISCHIO

Cos’è una Radiazione TRASPORTO DI ENERGIA TRA PUNTI DIVERSI DELLO SPAZIO SENZA MOVIMENTO DI CORPI MACROSCOPICI E SENZA BISOGNO DI UN MEZZO DI PROPAGAZIONE MATERIALE Con il temine “radiazione” si intende generalmente il movimento o trasporto di energia tra due punti dello spazio senza che si abbia spostamento di corpi macroscopici e senza che la necessità che lo spazio attraversato sia costituito da un mezzo materiale. Una radiazione attraversa senza problemi il vuoto.

Cos’è una Radiazione Ionizzante radiazione in grado di produrre ionizzazione in una parte degli atomi e delle molecole del mezzo attraversato. RADIAZIONE INCIDENTE x e- L’energia trasportata dalla radiazione si Misura solitamente In elettron-volt (eV) 1 eV = 1.6 10-12 ergs La radiazione si dice ionizzante quando ha la capacità di produrre ioni in un mezzo non vuoto da lei attraversato. La ionizzazione si può verificare quando l’energia trasportata dalla radiazione è superiore a certi limiti connessi all’energia di legame degli elettroni negli atomi. Per produrre uno ione in un gas sono necessari mediamente 30 keV di energia. LA IONIZZAZIONE

Sorgenti di Radiazione b g x sorgenti radioisotopiche (naturali, artificiali, modificate dall'uomo); macchine radiogene Le radiazioni ionizzanti sono emesse sia da dispositivi o materiale realizzati dall’uomo che da sostanze o ambienti naturali. Le sorgenti di radiazioni artificiali si possono suddividere in radioisotopi e macchine radiogene. I primi sono delle sostanze prodotte in reattori o acceleratori mentre le altre sono vere e proprie macchine elettroniche in grado di accelerare particelle elementari. Le radiazioni ionizzanti naturali possono essere di natura terrestre o cosmica. Le prime sono dovute essenzialmente a radioisotopi delle catene naturali di 238U, 232Th o 235U e si trovano nei materiali presenti nella crosta terrestre. Le altre arrivano direttamente dal cosmo e sono emesse generalmente dalle stelle. INOLTRE: sorgenti extraterrestri (raggi cosmici) Tubo RX

Tipi di radiazione I tipi di radiazione conosciuti si possono dividere in corpuscolari e elettromagnetiche. Le prime hanno normalmente una massa non nulla e possono essere assimilate allo spostamento di corpi microscopici (particelle) che nella maggior parte dei casi sono costituenti dell’atomo, come protoni, elettroni, neutroni, ecc., ma possono anche essere corpuscoli creati in reazioni particolari come muoni, pioni, ecc.

Emissioni da radioisotopi beta + beta - alfa L’emissione di radiazioni ionizzanti da un radioisotopo può avvenire in seguito a quattro processi principali: decadimento beta (+ o -), decadimento alfa ed emissione gamma. Nel primo caso si ha la trasformazione di un protone (neutrone) del nucleo in neutrone (protone) con l’emissione di un elettrone positivo (negativo) e di un neutrino (antineutrino); nel secondo il nucleo emette una particella alfa formata da due protoni e da due neutroni (nucleo dell’elio); l’emissione gamma infine è sucessiva ad altri decadimenti e consiste nell’emissione di una radiazione non corpuscolata. gamma

Caratteristiche delle emissioni I beta sono emessi ad energia variabile in modo continuo con spettri caratteristici. L’energia di massima intensità è solitamente 1/3 di quella più elevata. L’energia massima può andare da alcuni keV ad alcuni MeV. Le alfa ed i gamma hanno invece energie discrete e sono emessi ad uno o più valori di energia ben definiti I raggi beta sono emessi ad energia variabile secondo una distribuzione che è tipica del radioisotopo che li produce. In genere l’energia media di emissione è all’incirca 1/3 di quella massima. Quest’ultima tipicamente varia di alcuni keV (nel trizio è pari a 19 kev) ad alcuni MeV (nel 32P è pari a 1,7 MeV). Le alfa ed i gamma sono invece emessi ad energie discrete caratteristiche tipiche dell’isotopo emittente.

Radioattività e Decadimento T1/2 = t Ln(2) Ogni nucleo di un radioisotopo si trasforma in seguito al decadimento e all’emissione di radiazione nel nucleo di un altro elemento o comunque si porta in un diverso stato dal quale non è più in grado di emettere la stessa radiazione emessa in precedenza. Si dice pertanto che nel tempo si ha un decadimento radioattivo e la massa del radioisotopo iniziale (N0) diminuisce gradualmente. Il tempo nel quale la massa radioattiva si dimezza è tipico dell’isotopo considerato ed è chiamato appunto “tempo di dimezzamento”

Radioattività e sua misura Sorgenti radioisotopiche radiogene Analogamente diminuisce il numero di emissioni o decadimenti nell’unità di tempo ovvero l’Attività (A) della materia radioattiva L’andamento di questa diminuzione nel tempo è di tipo esponenziale (A(t)=A0 exp(-t/)). Il tempo necessario affichè l’attività si dimezzi è detto tempo di dimezzamento (T1/2) ed è caratteristico dell’isotopo considerato. L’unità di misura dell’attività è il bequerel.

Sorgenti radioisotopiche sorgente radioisotopica: materia radioattiva della quale, ai fini della radioprotezione, non si può trascurare l'attività, o la concentrazione di radionuclidi o l'emissione di radiazioni sorgente sigillata (D.Lgs. 230/95): materie radioattive solidamente incorporate in materie solide e di fatto inattive, o sigillate in un involucro inattivo che presenti una resistenza sufficiente per evitare, in condizioni normali di impiego, dispersione di materie radioattive superiore ai valori stabiliti dalle norme di buona tecnica applicabili sorgente naturale di radiazioni (D.Lgs. 230/95): sorgente di radiazioni ionizzanti di origine naturale, sia terrestre che cosmica Le sorgenti radioisotopiche si possono suddividere in sigillate e non sigillate a seconda del modo in cui sono preparate e in naturali e artificiali a seconda della loro origine.

Macchine radiogene Per macchina radiogena si intende un qualsiasi dispositivo in grado di emettere radiazioni ionizzanti indipendentemente dalla presenza o meno di una materia radioattiva, solitamente in seguito all’applicazione di alimentazione elettrica e tramite accelerazione di particelle cariche (elettroni, protoni, ioni). Sono acceleratori le macchine che accelerano particelle ed emettono radiazioni di energia superiore al MeV.

Interazione di a Sono fermate da un foglio di carta. No irraggiamento Perdono energia per ionizzazione ed eccitazione in modo continuo e Praticamente costante. Sono fermate da un foglio di carta. No irraggiamento dall’esterno. La ionizzazione ha un aumento verso la fine del percorso della particella per poi diminuire in modo repentino Le particelle alfa sono normalmente fermate da sottili spessori di carta a causa dell’elevata ionizzazione per unità di percorso. Per questa loro caratteristica generalmente non superano lo strato morto della pelle e non costituiscono quindi un pericolo per l’irradiazione esterna del corpo. Una particolare caratteristica delle particelle cariche pesanti consiste nell’aumento della ionizzazione specifica al diminuire della velocità nel mezzo attraversato, fino all’improvvisa diminuzione ed annullamento con la formazione grafica nota come picco di Bragg

Interazione di b Si fermano in alcuni mm di acqua e in pochi metri di aria Perdono energia anche per irraggiamento o Bremmstrhalung Le particelle beta ovvero gli elettroni percorrono spazi maggiori a parità di energia e di mezzo attraversato rispetto alle altre particelle cariche. Normalmente i beta non percorrono oltre pochi millimetri in acqua e qualche metro in aria prima di fermarsi. Hanno però la caratteristica di produrre radiazione elettromagnetica durante il loro frenamento, un fenomeno noto con il termine tedesco Bremmstrhalung. Il bremmstrhalung è più intenso nei materiali a più alto numero atomico. È grazie a questo fenomeno che vengono prodotti i raggi X nei tubi radigrafici.

Interazione di x e g Fotoelettrico Compton Produzione di coppie Le interazioni con la materia delle radiazioni non direttamente ionizzanti come raggi X e gamma sono più complicate di quelle delle particelle cariche. Il tipo di interazione dipende dal tipo di mezzo attraversato e dall’energia della radiazione. A bassa energia è tipico l’effetto fotoelettrico in base al quale la radiazione è completamente assorbita da un atomo del mezzo con la successiva emissione di un elettrone. Ad energie intermedie è più probabile il verificarsi dell’effetto Compton nel quale la radiazione perde una parte della sua energia che è trasferita ad un elettrone, un raggio elettromagnetico o fotone e un elettrone continuano ad attraversare il mezzo dopo questo effetto. La produzione di coppie avviene ad energie più elevate quando la radiazione scompare producendo una coppia elettrone-positrone (un elettrone con carica positiva), il positrone dopo un breve percorso si unisce ad un elettrone ed al loro posto sono emessi due fotoni aventi energia di 511 keV ciascuno. Ad energie più elevate avvengono anche altri tipi di reazione.

Produzione di neutroni con isotopi Fissione spontanea Reazioni a, n; g, n Un particolare tipo di radiazione è quella costituita da un fascio di neutroni. I neutroni possono essere emessi da particolari sorgenti radioisotopiche costituite o da elementi che subiscono fissione spontanea o da miscele di materiali nelle qali si realizzano reazioni tali da produrre l’emeissione di neutroni. Un tipico elemento che va incontro a fissione spontanea è il 252Cf. Le reazioni usate nelle miscele sono principalmente dovute all’urto di alfa con produzione di neutroni, come nella sorgente 241Am-Be.

Produzione di neutroni negli acceleratori In seguito a reazioni di tipo g , n (risonanza gigante) D , T > a , n In seguito a reazioni nucleari provocate da particelle accelerate La produzione di neutroni avviene più o meno intenzionalmente anche negli acceleratori di particelle. É molto comune negli acceleratori di protoni o particelle cariche pesanti anche a basse energie di accelerazione. Tipica è la produzione di neutroni dovuta alla fusione deuterio-trizio. Neutroni sono anche prodotti negli acceleratori di elettroni quando l’energia supera 12-15 MeV a causa delle reazioni gamma-n, questa reazione è favorita intorno a particolari valori di energia dove si hanno delle “risonanze giganti” ovvero elevate probabilità di accadimento.

Produzione di neutroni nei reattori nucleari FISSIONE FUSIONE I neutroni sono prodotti durante le reazioni di fusione e fissione nucleare. Nel secondo caso sono i responsabili della reazione a catena. La reazione di fusione più considerata per la produzione di neutroni è quella che avviene tra deuterio e trizio con formazione di elio.

Interazioni dei neutroni diffusione elastica (n,n); diffusione anelastica (n,n), (n,ng), (n,2n); cattura radiativa (n,g); emissione di particelle cariche (n,p), ecc; fissione (n,f); spallazione (n, sciame). Anelastica, produzione di p I neutroni nell’attraversare la materia provocano diversi tipi di reazione con i nuclei che incontrano. Nella maggior parte dei casi si tratta di diffusioni elastiche o anelastiche ma si possono verificare anche altri tipi di reazione come la fissione, la spallazione e l’attivazione. Quest’ultima razione è particolarmente interessante in quanto genera radioattività nel materiale interessato e i radioisotopi formati possono avere anche tempi di dimezzamento piuttosto lunghi Elastica Attivazione (radioisotopi)

La radioattività naturale Radiazione cosmica Al suolo: neutroni e componente ionizzante Radioisotopi cosmogenici Principali: 3H, 7Be, 14C, 22Na Radioisotopi primordiali Potassio 40 (40K) Famiglia dell’uranio (238U) Famiglia dell’attinio (235U) Famiglia del torio (232Th) Radon La radioattività esiste in natura sotto varie forme. La ben nota radiazione cosmica prodotta essenzialmente dalle stelle giunge fino al suolo terrestre composta da radiazioni neutroniche e direttamente ionizzanti. La radiazione cosmica produce a sua volta delle sorgenti di radiazioni i cosiddetti radioisotopi cosmogenici (principalmente 14C). Mentre altri radioisotopi sono presenti nel suolo terrestre o nell’ambiente più in generale dalla formazione della Terra. Questi ultimi sono quelli appartenenti alla catena di decadimento di 238U, 235U e 232Th ai quali si può aggiungere il 40K presente un po’ dappertutto.

Il Radon Negli ultimi anni si è data più importanza all’esposizione ai radioisotopi di origine naturale, con particolare riferimento al 222Rn (denominato semplicemente radon). Il radon rappresenta infatti una delle maggiori fonti di esposizione della popolazione mondiale ed è presente in concentrazioni piuttosto elevate nell’aria di molte abitazioni italiane. Recenti direttive e raccomandazioni europee nonché le leggi nazionali che le hanno recepite, indicano particolari attenzioni da riservare a questo gas radioattivo che si insinua nelle abitazioni attraverso il suolo, l’acqua ed il materiale da costruzione. ,

Le grandezze dosimetriche Negli ultimi anni si è verificata una importante revisione delle unità di misura associate alle grandezze dosimetriche. In particolare si è passati dai curie (Ci) ai bequerel (Bq) come unità di misura della radiaottività e dai rem ai sievert (Sv) per misurare la dose equivalente. Contemporaneamente sono cambiate tutte le altre unità e attualmente le nuove dimensioni sono impiegate in quasi tutto il mondo ad esclusione forse degli Stati Uniti dove si usano ancora i vecchi simboli.

Le grandezze dosimetriche Dose assorbita energia assorbita per unità di massa unità di misura è il gray (Gy) 1 Gy = assorbimento di 1 J di energia radiante per kg di materia (1J/kg) Dose equivalente e Dose efficace dose assorbita nei tessuti moltiplicata per opportuni fattori correttivi esprimono la probabilità di effetti dannosi per esposizioni a bassi livelli unità di misura è il sievert (Sv). Le grandezze dosimetriche più importanti sono sicuramente la dose assorbita e la dose equivalente La prima si misura in gray (Gy) e la seconda in sievert (Sv). La dose assorbita rappresenta un parametro fisico mentre la dose equivalente esprime l’effetto biologico della radiazione sul corpo.

Le grandezze dosimetriche Dosi assorbite agli organi (gray) Fattori di peso Della radiazione Dosi equivalenti Agli organi (sievert) Fattori di peso Per i tessuti Dose efficace (sievert) Si passa dalla dose assorbita agli organi alle dosi equivalenti negli organi stessi applicando i fattori di peso specifici per la radiazione interagente. Applicando poi a questo dato i fattori di peso dei tessuti o organi interessati e sommando si ottiene la dose efficace al corpo intero.

Misurare le radiazioni Tipo di radiazione Strumenti adeguati X, gamma e beta Camera a ionizzazione Contatore proporzionale Contatore Geiger-Muller Particelle cariche, alfa Barriera di superficie Camere a finestra sottile Neutroni Contatori a BF3 Contatori a He Una stima del valore delle grandezze citate può essere effettuata tramite misure condotte con strumentazione specifica per ogni situazione. Gli strumenti portatili più versatili sono sicuramente le camere a ionizzazione nelle loro diverse varianti ma non sempre sono adeguate per la misura dei campi di radiazione dovuti a particelle cariche pesanti e a neutroni. In questi ultimi casi si devono impiegare strumenti specifici come diodi a barriera di superficie e contatori a BF3 (rem-counter).

I dosimetri Tipo di radiazione Dosimetri passivi X, gamma e beta Emulsione fotografica Termoluminescenza (TLD) Neutroni TLD ad Albedo Tracce nucleari (CR 39) Quando è necessario utilizzare dispositivi di misura di dimensioni particolarmente contenute si ricorre ai dosimetri. Oggi questi possono essere anche di tipo attivo, forniscono cioè la risposta direttamente mentre sono esposti alla radiazione da misurare. I più diffusi sono ancora i dosimetri passiviper la loro maggiore affidabilità e per le difficoltà nella loro manipolazione. I sistemi più utilizzati oggi nella dosimetria passiva sono la termoluminescenza e le tracce nucleari.

Limiti di dose individuali D.Lgs. 230/95 Limiti di dose individuali Dose (annua) efficace o equivalente: Lavoratori mSv/anno Popolazione efficace 20 1 equivalente cristallino 150 15 equivalente pelle 500 50 equivalente mani e piedi I limiti individuali sono comunque riferiti anche a parti del corpo. In particolare la legge vigente dispone che siano rispettati limiti particolari per l’equivalente di dose a cristallino, pelle, mani e piedi. Questi limiti sono numericamente più elevati di quello relativo alla dose efficace e per i lavoratori sono rispettivamente 150 mSv/a, 500 mSv/a e 500 mSv/a. Per individui della popolazione i valori limite per gli stessi organi sono pari a 1/10 dei valori precedenti

D.Lgs. 230/95: classificazione lavoratori popolazione Una delle attribuzioni principali dell’esperto qualificato riguarda l’obbligo di indicare la classificazione del personale potenzialmente esposto a radiazioni ionizzanti. Per ottemperare a questa attribuzione l’esperto qualificato ha la possibilità di indicare tre tipi di classificazione: 1) non esposto, 2) esposto di categoria B e 3) esposto di categoria A. Sono non esposti coloro che non sono soggetti a superare il limite valido per la popolazione di 1 mSv all’anno, sono esposti di cat. B coloro che possono superare 1 mSv/a ma che non superano i 6 mSv/a e infine sono esposti di cat. A i lavoratori che possono superare 6 mSv/a ma che naturalmente non superano il limite per i lavoratori di 20 mSv/a. Cat. B 1 6 20 Cat. A Limite di dose efficace annua (mSv)

Necessità preliminari per poter svolgere attività con rischio di R.I. Scheda di radioprotezione Vi sono indicate in forma sintetica l’ attività che si va a svolgere Classificazione di radioprotezione (non esposto, cat. B, cat. A) Viene data dall’E.Q. in base alla scheda di radioprotezione Giudizio di idoneità Viene dato dal medico, in base allo stato di salute del lavoratore e la classificazione di radioprotezione

Procedura seguita per svolgere attività con rischio R. I Procedura seguita per svolgere attività con rischio R.I. presso altre sedi INFN o altri laboratori in Italia Invio della scheda di radioprotezione e del giudizio di idoneità Consegna da parte del laboratorio ospitante delle norme interne di radioprotezione Eventuale consegna del dosimetro (se lavoratore di cat. B o A)

Attività con rischio R.I. presso laboratori esteri Normalmente si distingue tra “short-term visitor” e lavoratori a più lunga permanenza Short-term visitor non necessitano di certificato medico di idoneità ma non possono svolgere attività con il rischio di superare una certa dose. Ad esempio 1 mSv al CERN (limite lavoratori non esposti in Italia) Per i lavoratori a più lunga permanenza i laboratori richiedono un certificato medico di idoneità oppure provvedono loro al controllo medico Provvedono loro a classificare i lavoratori esterni. Per esempio al CERN gli ATCs (Aptes au Travail en zone Contrôlée) se >5 mSv/anno

Non c’è una corrispondenza perfetta tra i limiti di dose e le classificazioni nei vari paesi (anche Europei) In Italia: E’ CLASSIFICATA ZONA CONTROLLATA se si supera uno qualunque dei seguenti valori: 6 mSv anno per esposizione globale o di equivalente di dose efficace; 45 mSv/anno per il cristallino 150 mSv/anno per la pelle,mani,avambracci e caviglie Viene classificato lavoratore di cat. A chi svolge prevalentemente attività in zona controllata.

(as low as reasonable achievable) E’ CLASSIFICATA ZONA SORVEGLIATA se si supera uno qualunque dei seguenti valori: 1 mSv anno per esposizione globale o di equivalente di dose efficace; 15 mSv/anno per il cristallino 50 mSv/anno per la pelle,mani,avambracci e caviglie Viene classificato lavoratore di cat. B chi svolge prevalentemente attività in zona sorvegliata e saltuariamente in zona controllata. Comunque a parte i limiti, necessari, in radioprotezione si cerca sempre di applicare il principio ALARA (as low as reasonable achievable)

D.Lgs. 230/95: classificazione zone Acceleratore 6 mSv/a < D < 20 mSv/a Zona Controllata Altra importante attribuzione dell’esperto qualificato riguarda la classificazione delle zone in base al rischio di esposizione alle radiazioni ionizzanti. I principi di classificazioni sono analoghi a quelli indicati per i lavoratori: la zona è sorvegliata se vi è la possibilità che sia superato 1 mSv/a mentre è controllata quando vi è la possibilità che siano superati i 6 mSv/a. Naturalmente in tutti i casi non si devono superare i 20 mSv/a che rappresentano il limite estremo per i lavoratori esposti. 1 mSv/a < D < 6 mSv/a Zona Sorvegliata Zona Libera

Esposizione esterna ed interna La sorgente è esterna al corpo. Le radiazioni più penetranti sono le più pericolose (X, gamma, neutroni) L’esposizione nei luoghi di lavoro può avvenire per irradiazione dall’esterno o per irradiazione dall’interno del corpo successiva ad introduzione di sostanze radioattive. Per controllare l’esposizione interna è necessario mantenere la pulizia riducendo al minimo la contaminazione di atmosfera, liquidi e superfici, in modo da evitare introduzione accidentale di radioisotopi per ingestione, inalazione o altra via. Occorre tenere presente che ad esempio la radiazione alfa, innocua dall’esterno, diventa particolarmente pericolosa se emessa da una sorgente interna in quanto entra subito in contatto con tessuti vitali e quindi sensibili all’effetto delle radiazioni. Esposizione interna: La sorgente è introdotta nel corpo. Le radiazioni meno penetranti sono le più pericolose (beta, alfa, ioni)

Le sorgenti di rischio Linee di fascio degli acceleratori Intercettazione accidentale del fascio, attivazione residua indotta nei materiali Sorgenti di calibrazione Utilizzazione troppo disinvolta, mancata segnalazione del uso, abbandono in luogo non idoneo Postazioni per l’irraggiamento di componenti (radiation hardness) utilizzanti acceleratori o sorgenti radioisotopiche Attivazione residua (attenzione ai beta! Non si misurano con le normali camere a ionizzazione) Sorgenti non sigillate o difettose Rischio di contaminazione interna

Le sorgenti di rischio Linee di fascio degli acceleratori Intercettazione accidentale del fascio, attivazione residua indotta nei materiali Sorgenti di calibrazione Utilizzazione troppo disinvolta, mancata segnalazione del uso, abbandono in luogo non idoneo Postazioni per l’irraggiamento di componenti (radiation hardness) utilizzanti acceleratori o sorgenti radioisotopiche Attivazione residua (attenzione ai beta! Non si misurano con le normali camere a ionizzazione) Sorgenti non sigillate o difettose Rischio di contaminazione interna

Le segnalazioni Generica Contaminazione Irradiazione esterna Il rischio di esposizione è segnalato con specifici cartelli di forma triangolare che hanno come simbolo principale una ventola nera a tre pale su sfondo giallo. La segnalazione può essere poi arricchita da due diverse simbologie indicanti rispettivamente il rischio di esposizione esterna o il rischio di esposizione interna da contaminazione radioattiva.