Impiego delle radiazione nelle attività umane L’ impiego delle radiazioni ionizzanti, e dei fenomeni fisici ad esse connessi, nelle molteplici attività umane, inizia verso la fine del 1800 con la scoperta dei raggi-x ad opera di Roentgen. Attualmente tale impiego si realizza : Nell’ Industria Nella generazione di energia Nella diagnostica e nella terapia medica Nella ricerca di base ed applicata Nella costruzione di armamenti nucleari. Quale che sia il campo di impiego, si è subito presentata l’esigenza di predisporre strumenti e norme che assicurino, negli ambienti di lavoro e di vita un livello di rischio da radiazioni accettabile. Scopo del corso è illustrare il concetto di rischio radiologico nonché i metodi e strumenti propri della Radioprotezione in relazione ai vari ambienti di lavoro.

Sostanze radioattive naturali Principali elementi radioattivi naturali: Potassio-40 Rubidio- 87 uranio-238 e famiglia (…Radio-226…Radon-222…Piombo-210) Torio-232 e famiglia (….Radon-220….) Tali elementi si trovano in natura a causa del lungo periodo di tempo necessario al loro decadimento (alcuni miliardi di anni) ed entrano nel ciclo biologico ed alimentare provocando il maggior contributo alla dose della popolazione. La dose varia da luogo a luogo ( da qualche mSv decine di mSv per anno)

Raggi cosmici I raggi cosmici (raggi x, particelle cariche veloci) provengono in gran parte dallo spazio interstellare ed altri sono emessi dal sole con intensità diversa, in relazione agli eventi solari. Tali emissioni investono la Terra con intensità variabile dall’equatore ai poli, ed aumenta con l’altitudine (poiché diminuisce l’effetto schermante dell’aria). I raggi cosmici forniscono alla popolazione una dose per irradiazione esterna quasi la metà di quella dovuta all’intera radiazione naturale.

Raggi cosmici: esposizione a varie quote 20 Km 13 μSv/ora 12 Km 5 μSv/ora 2 Km 0.1 μSv/ora Livello del mare 0.03 μSv/ora

RADIAZIONI IONIZZANTI Definizione : energia emessa da una fonte e che modifica lo stato fisico degli atomi dei materiali incontrati. Le radiazioni ionizzanti possono essere Radiazioni elettromagnetiche Radiazioni Corpuscolari (fotoni x, g ) b, a, n, p…… Le modifiche che avvengono negli atomi incontrati costituiscono i processi di ionizzazione Sorgenti di Radiazioni Ionizzanti Sostanze Radioattive Macchine radiogene Raggi cosmici (Naturali o Artificiali ) ( Apparecchi Rx - Acceleratori)

PRODUZIONE DEI RAGGI - X 20 kV 150 kV I KV regolano l’energia dei fotoni. I mA regolano il numero dei fotoni. mA Nf Spettro del fascio R-x R-X 150 E (Kev)

Macchine radiogene per S.O. Intensificatore di Immagine Tubo radiogeno

Macchina r-x portatile con Intensificatore di immagine ANALISI RISCHI IN SALA OPERATORIA: Impiego di M.R. Esposizione al fascio primario (Limite di equivalente di dose alle mani : 500 mSv per ct. A) Macchina r-x portatile con Intensificatore di immagine Esposizione tipica sul fascio primario ad 1 mt. Dal fuoco di una macchina radiogena con I.I. impiegata normalmente in S.O. Rateo di dose al min. ( Radioscopia ) Radiografia per 0.2 sec Ad 1 m. da una sorgente di Tc 99m da 370 Mbq (10mCi) 0.0085 mSv h kV 1 mA 3 mA kv 100 mA 400 mA 60 2.2 mSv 6.6 mSv 0.72 mSv 1.42 mSv 80 4.5 13.5 1.37 2.74 100 6.6 19.8 2.1 4.2

SOSTANZE RADIOATTIVE Molti nuclei costituenti la materia presentano un certo grado di instabilità per cui spontaneamente tendono a trasformarsi in nuclei più stabili con emissione di radiazione. Le sostanze contenenti tali nuclei instabili sono note come SOSTANZE RADIOATTIVE. IL processo di trasformazione è detto DECADIMENTO RADIOATTIVO ed avviene con un tempo e con emissione di radiazioni caratteristiche per ogni nucleo. Effetto del decadimento radioattivo è dunque la graduale scomparsa dei nuclei instabili che sono sostituiti da nuclei più stabili come prodotto finale, poiché durante le fasi intermedie del decadimento si possono ottenere nuclei fortemente instabili.

Il DECADIMENTO RADIOATTIVO Il decadimento Radioattivo è descrivibile completamente da due tipi di rappresentazioni che rispondono ai quesiti: Che tipo di trasformazioni fisico-chimiche avvengono nel processo, che tipo di radiazioni emesse e relative energie: Come cambia, nel tempo, il numero di nuclei instabili che inizialmente sono contenuti in una certa quantità di sostanza radioattiva: Nt N0 N0 2 T t

Schema di decadimento del Molibdeno radioattivo

Decadimento tecnezio Il tempo di dimezzanento del Tc-99m vale circa 6 ore pertanto dopo tale periodo la quantità iniziale del radionuclide si riduce alla metà

RADIAZIONI  Ra Rn Particella . Essa è composta da due protoni e da due neutroni (nucleo dell’elio). La loro velocità è dell’ordine di 20.000 km/h. Con l’espulsione di tale particella l’elemento riduce di 4 il suo numero di massa e di due il suo numero atomico.  226 222 Ra Rn 88 86

 226 222 Ra Rn 88 86

RADIAZIONI Particella - Essa è un elettrone espulso dal nucleo ad alta velocità, prossima a quella della luce. Con l’espulsione di tale particella l’elemento non riduce il suo numero di massa ed aumenta di uno il suo numero atomico.  214 214 Pb Bi 82 83

 214 214 Pb Bi 82 83

 80 80 Br Br 35 35

Tipi di radiazioni CARATTERI ALFA a BETA b GAMMA g massa 4 0,0005 Grandezze fisiche CARATTERI ALFA a BETA b GAMMA g massa 4 0,0005 carica elettrica + 2  1 energia (Mev) 4  8 0  3 0  20 range in aria pochi cm vari m. molti m range in tessuto 50 m pochi mm vari cm Irradiazione di interesse interna esterna + interna Esterna + interna Possibili mezzi protettivi carta fogli di plastica legno alluminio vetro Plastiche piombo calcestruzzo Vetro e gomma al

Effetti di ionizzazione nella materia al passaggio delle particelle Le Particelle α e β sono elettricamente cariche per cui passando vicino agli elettroni 0rbitali interagiscono con essi strappandoli (alcuni) dall’atomo incontrato . Le particelle α producono 3000 ÷ 6000 coppie di ioni in un mm di aria. Le particelle β ne producono 5 ÷ 40 I fotoni g-x non sono carichi e dunque possono ionizzare l’atomo solo se urtano direttamente gli elettroni ai quali cedono parte della loro energia (effetto Compton) o tutta ed in questo caso si annullano (effetto fotoelettrico) Particelle α Percorso in aria: qualche cm. Particelle β Percorso in aria: qualche m. Fotone g percorso in aria: Molti m.

Caratteristiche di attenuazione delle radiazioni ionizzanti nella materia

EFFETTI DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI EFFETTI IMMEDIATI MORTE AL 50% Effetti sulla persona EFFETTI DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI EFFETTI SUGLI ATOMI (Ionizzazione) Morte della cellula EFFETTI SULLA CELLULA Mutazione del DNA Riparazione del danno Immediati (Eritemi –Morte) Somatici Tardivi (Leucemia tumori) EFFETTI SULLA PERSONA Genetici 0 1 Sv 4 Sv 7 Sv EFFETTI TARDIVI EFFETTI IMMEDIATI MORTE AL 50%

Soglie di rischio per gli effetti delle R.I. Gli effetti immediati sono effetti somatici di tipo non stocastico e si producono per dose da radiazioni superiori a determinati valori (eritema, perdita di peli, opacità del cristallino, sterilità, sindrome gastrica, sindrome neurologica……, morte.) La gravità degli effetti è proporzionale alla dose assorbita. Gli effetti tardivi comprendono gli effetti genetici e gli effetti somatici di tipo stocastico (mutazioni genetiche,leucemie, tumori…) . Essi possono verificarsi a dosi di radiazioni anche molto basse (compresa la dose dovuta al fondo naturale). La probabilità che si verifichino è proporzionale alla DOSE di radiazioni ricevuta dal soggetto. La gravità è indipendente dalla dose assorbita.

Sorgenti sigillate e non sigillate Le sorgenti radioattive sono suddivise in due categorie : - Sorgenti Sigillate (S.S.) Sono confezionate in modo tale che in condizioni normali di impiego non possono dare origine a nessun tipo di contaminazione dell’ambiente o delle persone. La fonte di rischio è legata alla sola Irradiazione esterna - Sorgenti non Sigillate (S.N.S) Sono in forma liquida, gassosa, polveri, quindi nelle normali condizioni di lavoro possono disperdersi nell’ambiente circostante ed entrare nei cicli biologici e nelle catene alimentari dell’uomo. La fonte di rischio è legata a : Irradiazione interna Sugli operatori esposti a tali rischi occorre valutare le dosi per irradiazione esterna nonché le dosi agli organi del corpo, i quali possono incorporare aliquote di sostanze radioattive eventualmente introdotte accidentalmente, per ingestione o per inalazione. Per scopi di sorveglianza fisica è definito il Limite Annuale di Introduzione (ALI) . Tale parametro è relativo ai diversi radioisotopi e stato fisico-chimico ed esprime la quantità di radioisotopo che introdotta nell’organismo in un anno, determina il raggiungimento delle dosi limite fissate per i lavoratori e la popolazione, relativamente al corpo intero e per i singoli organi critici;

La radioprotezione LA RADIOPROTEZIONE È la disciplina che ha l’obbiettivo di preservare lo stato di salute e di benessere dei lavoratori e degli individui componenti la popolazione dai rischi connessi all’uso di radiazioni ionizzanti. Ciò viene conseguito riducendo i rischi da radiazioni ionizzanti a livello accettabili per quelle attività che sono giustificate dai benefici che ne derivano alla società ed ai suoi membri. Nel conseguire questi obbiettivi, questa disciplina deve provvedere anche alla difesa e tutela dell’ambiente.

Fonti normative della radioprotezione NORME TECNICHE emanate da parte di organismi scientifici nazionali ed internazionali NORME GIURIDICHE Emanate dagli Stati dei vari paesi I paesi della CE sono legati dal Trattato EURATOM (1957) recepito in Italia con legge 1203/57. Tale trattato vincola i paesi interessati al recepimento, mediante decreti delle DIRETTIVE emanate su ASPETTI FONDAMENTALI relativi alla protezione sanitaria nell’impiego pacifico dell’energia nucleare: DOSI MASSIME AMMISSIBILI CON UN SUFFICIENTE MARGINE DI SICUREZZA ESPOSIZIONI E CONTAMINAZIONI MASSIME AMMISSIBILI PRINCIPI FONDAMENTALI DI SORVEGLIANZA SANITARIA DEI LAVORATORI In Italia il recepimento delle DIRETTIVE EURATOM è posto in essere : dal DL.vo 241/2000 (protezione dei lavoratori e della popolazione dal DL.vo 187/2000 (protezione della persona sottoposta ad interventi di radiologia medica, medicina nucleare e radioterapia.

Principi di base in radioprotezione Principio di giustificazione Ogni attività umana con R.I. deve trovare adeguata motivazione in un netto e positivo bilancio tra rischi e benefici associati ad essa. Principio di ottimizzazione Tutte le esposizioni devono essere mantenute tanto basse quanto ragionevolmente ottenibile in riferimento a considerazioni economiche e sociali Principio del limite della dose individuale La dose ai singoli individui non deve superare i limiti raccomandati per le varie circostanze

Limiti di dose per lavoratori NON ESPOSTI ESPOSTI categoria B ESPOSTI categoria A

Emergenza radiologica Il nuovo e più ampio concetto di “emergenza radiologica” definito nell’attuale assetto normativo comprende situazioni quali quelle verificatesi presso le acciaierie Beltrame di Vicenza nel 2004 e di S. Didero nel 2005, dove a seguito di fusione accidentale di sorgenti radioattive, è stato necessario adottare provvedimenti urgenti. In entrambi i casi nessun lavoratore o membro della popolazione o soccorritore ha superato il pertinente limite di dose, ma il carattere di necessità ed urgenza che si è manifestato in entrambi gli episodi li fa certamente annoverare tra le “emergenze radiologiche”. L’art. 74 del D. Lgs. 230 e smi prevede che “dopo ogni esposizione accidentale o di emergenza i datori di lavoro … devono acquisire dall’esperto qualificato una apposita relazione tecnica, dalla quale risultino le circostanze ed i motivi dell’esposizione stessa per quanto riscontrabili dall’esperto qualificato, nonché la valutazione delle dosi relativamente ai lavoratori interessati.” La mancata osservazione dell’art. 74 comma 1 è sanzionata penalmente

Grandezze ed unità di misura delle radiazioni ionizzanti Alcune grandezze fisiche sono associate al tipo ed alla intensità delle radiazioni ionizzanti (caratteristiche della sorgente) Altre Grandezze fisiche (e non) sono associate agli effetti che le radiazioni ionizzanti producono nella materia irraggiata Tipo di particelle emesse Energia delle particelle Numero particelle emesse per sec e nell’unità di angolo solido Campo di radiazioni In questo caso la grandezza fisica è definita secondo il livello gerarchico di aggregazione della materia: Materia inerte Tessuti ed organi umani Persona M.R. S.R. I valori delle grandezze sono legati al tipo di macchina nonché ai parametri selezionati per il funzionamento: (KV, mA) I valori delle grandezze sono legati al tipo di radionuclide

Dosimetro individuale Strumenti di misura delle grandezze fisiche associate alle radiazioni: CONTATORI e DOSIMETRI Contatore Geiger Dosimetro Contatore mani-piedi Dosimetro individuale

Sistemi spettrometrici Strumenti di misura delle grandezze fisiche associate alle radiazioni ionizzanti Contatori Misurano il numero di particelle α,β,γ,n emesse da una sorgente radioattiva. Tali strumenti, se opportunamente tarati, rendono possibile la stima della attività contenuta nella sorgente stessa. Sono usati normalmente per la misura di contaminazioni di oggetti, persone, superfici Dosimetri Misurano la dose assorbita in un mezzo nel quale sono presenti fasci di radiazioni β,γ emessi da una sorgente. Solitamente il mezzo è costituito da aria o materiali simulanti il tessuto umano (acqua, materie plastiche). L’impiego di tali strumenti permette di stimare la dose assorbita da persone esposte a radiazioni ionizzanti. Dosimetri individuali Sono disponibili dosimetri di piccole dimensioni, utilizzati come “dosimetri personali” per la stima della dose individuale di ogni lavoratore addetto all’impiego di radiazioni ionizzanti (dosimetri BEADGE). Sistemi spettrometrici Sono costituiti da complessi apparecchi di misura che permettono di verificare le caratteristiche qualitative e quantitative della radioattività di un campione biologico o ambientale.

Grandezze fisiche associate ad una Sorgente radioattiva Tempo Di Dimezzamento ( T1/2 ) = tempo impiegato per dimezzare il numero di radionuclidi di una specie contenuti nella sorgente radioattiva Quantitò di un radionuclide contenuto in una sorgente radioattiva Il numero di atomi del radionuclide che decadono in un secondo, ad un certo istante di vita della sorgente, è proporzionale la numero totale di atomi del radionuclide presenti nella sorgente nell’istante considerato. Tale numero definisce anche l’intensità di emissione della sorgente pertanto ne descrive completamente il carattere quantitativo te e viene definito ATTIVITÀ della sorgente radioattiva. ATTIVITÀ = numero di decadimenti (o disintegrazioni) in un secondo (Becquerel) 1 Becquerel (Bq) = una disintegrazione/sec Nelle vecchie unità 1 Ci = 3.7 x 1010 dis/sec 1 mCi = 37 MBq

Unità di misura dose efficace GRANDEZZE E UNITA’ DI MISURA DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI (r.i.) L’effetto Biologico prodotto dalle r.i. dipende: 1- dalla quantità di energia ceduta dalla radiazione nella materia (dose assorbita); 2- dal tipo e dall’energia delle radiazioni 3- dalle caratteristiche Biologiche degli organi interessati. 1- La “dose assorbita” è una grandezza fisica misurabile la sua unità di misura il Gray (Gy) che corrisponde all’energia di 1 Joule depositato in un Kg di massa. 2- Per tener conto della dipendenza dell’effetto biologico delle radiazioni anche dal tipo di radiazioni e dall’energia, è stata definita una seconda grandezza radioprotezionistica la “dose equivalente” HT come la dose media ( DT) ad un organo o tessuto di tipo T, moltiplicata per un fattore peso adimensionale WR che è legato al tipo di radiazione ed all’energia HT = DT x WR L’unità di misura è il Sievert (Sv) . 3- Dato ché l’esposizione alle radiazioni ionizzanti dei diversi organi e tessuti comporta anche diverse probabilità di danno e diversi livelli di gravità del danno a seconda del tessuto o organo interessato, la combinazione di probabilità di danno e del relativo grado di severità è definito Detrimento. Per valutare il detrimento sanitario associato agli effetti probabilistici è stata introdotta la “dose efficace” (E) ovvero la sommatoria della dose equivalente ai vari tessuti e organi irradiati, moltiplicata per un fattore peso adimensionale WT E = T WT x HT L’unità di misura è il Sievert (Sv) WT è un fattore di ponderazione che rappresenta la frazione di detrimento da irradiazione dell’organo o tessuto T, rispetto al detrimento totale da irradiazione uniforme del corpo intero. Unità di misura dose efficace

Fattori di ponderazione degli organi

Descrittori delle effetto delle radiazioni ionizzanti Secondo la complessità gerarchiche di aggregazione della materia è utilizzato un opportuno decrittore degli effetti delle Radiazioni Ionizzanti Nella Materia inerte : Dose assorbita - definisce la quantità di energia depositata nell’unità di massa Dose = Energia/Massa [Gray] Nei Tessuti biologici : Equivalente di dose - Dose assorbita dal tessuto opportunamente pesata da un fattore (WR) a causa della dipendenza degli effetti biologici dal tipo e dall’energia della radiazione . HT = Dose x WR [Sievert] (T=1…22) Nella Persona: Dose efficace - Somma delle dosi agli organi, pesate per un fattore (WT) che tiene conto della diversa incidenza che ogni organo ha nella salute e qualità della vita sociale dell’individuo E = H1W1 + H2W2 + …….+ H22W22 (Sievert)