Radiobiologia

Radiobiologia

La radiobiologia è strettamente correlata alla radioprotezione. Essa è la scienza che ha l’obiettivo di preservare lo stato di salute e di benessere dell’intera popolazione, riducendo i rischi sanitari che derivano dall’utilizzo di radiazioni ionizzanti, in attività che sono giustificate dai benefici che ne derivano.

L'atomo

L’atomo è la più piccola parte di un elemento e ha un nucleo composto da protoni e neutroni, e a distanza dal nucleo girano gli elettroni. Un atomo si può considerare neutro quando ha lo stesso numero di protoni e di elettroni.

• Eccitazione: se ad un elettrone viene fornita energia dall’esterno, l’elettrone passa in un’altra orbita, ma dopo un periodo di tempo ritorna nell’orbita iniziale, rilasciando energia sotto forma di onde elettromagnetiche.
• Ionizzazione: se ad un elettrone viene fornita energia dall’esterno in quantità sufficientemente elevata, esso può essere definitivamente allontanato dall’atomo cui appartiene. L’atomo diventa uno ione.

NB. A livello atomico l’unità di misura dell’energia è l’elettronvolt: eV.

Radiazione

Con il termine di radiazione si intende l’emissione e la propagazione attraverso lo spazio e la materia di energia. Le radiazioni si dividono in:

• Corpuscolari: al trasporto di energia è associato anche il trasporto di materia.
• Elettromagnetiche: si ha solo il trasporto di energia.

Una radiazione elettromagnetica è rappresentata da un campo elettrico e da un campo magnetico che sono perpendicolari tra di loro e si propaga alla stessa velocità della luce. Queste radiazioni sono caratterizzate da:

• Lunghezza d’onda: distanza lineare tra due massimi successivi di un’onda.
• Ampiezza: distanza verticale tra il massimo e l’asse delle X.
• Frequenza: numero di oscillazioni al secondo (Hz).

Nei processi di trasferimento di energia, la radiazione elettromagnetica si comporta come una particella priva di massa, ma dotata di energia: il fotone. L’energia di un fotone dipende dalla frequenza moltiplicata per la costante di Planck (6.63x10^-34 Js). Una radiazione elettromagnetica, per essere definita ionizzante, deve avere un’energia maggiore a 12 eV.

Radiazioni ionizzanti

Le radiazioni possono quindi essere ionizzanti o non ionizzanti, infatti i raggi X, i raggi gamma, la luce e le onde radio sono tutte onde elettromagnetiche, ma a causa dell’energia e della frequenza non sufficiente, le onde radio e la luce non sono ionizzanti.

L’azione lesiva delle radiazioni sull’organismo è legata ai processi di ionizzazione degli atomi e delle molecole dei tessuti biologici. Le radiazioni ionizzanti si possono suddividere in:

• Direttamente ionizzanti: particelle cariche la cui energia cinetica è sufficiente per produrre ionizzazione per collisione.
• Indirettamente ionizzanti: particelle che interagendo con la materia possono mettere in gioco particelle direttamente ionizzanti o dar luogo a reazioni nucleari. In ambito medico, per la maggior parte dei casi, si utilizzano questi tipi di radiazioni.

Le radiazioni ionizzanti possono essere generate da fonti naturali come i raggi cosmici primari e secondari o il decadimento di nuclidi naturali. Possono anche essere prodotte in modo artificiale da strumenti di uso quotidiano, industriale, medico e per la ricerca scientifica.

Radioattività e decadimento radioattivo

La radioattività è il fenomeno per cui i nuclei non stabili decadono trasformandosi in altri ed emettendo radiazioni ionizzanti. La radioattività può essere naturale, negli atomi con numero atomico compreso tra 81 e 92, oppure artificiale, ottenuta bombardando il nucleo in un atomo con particelle come protoni o neutroni. Il decadimento radioattivo è legato a uno sbilanciamento nel numero di protoni e neutroni che rende l’atomo instabile, il quale tende a decadere. Così facendo cambia il numero atomico trasformandosi in un altro atomo tramite emissione di energia. Esistono 3 tipi di decadimento:

1. Decadimento alfa: emissione di una particella carica positiva che è uguale a un nucleo di elio.
2. Decadimento beta: emissione di una particella carica negativa.
3. Decadimento gamma: emissione di un’onda elettromagnetica.

Il decadimento può avvenire in periodi molto lunghi o molto brevi, in base al tempo di dimezzamento (emivita), cioè il tempo alla fine del quale la metà degli atomi radioattivi inizialmente presenti ha subito una trasformazione spontanea.

Sorgenti di radiazioni ionizzanti

Le sorgenti delle radiazioni ionizzanti possono essere le macchine radiogene (apparecchi a raggi X e acceleratori di particelle) o le sorgenti radioattive (sigillate e non sigillate). Le macchine radiogene emettono radiazioni solo quando sono in funzione mentre le sorgenti radioattive emettono radiazioni continuamente. Le macchine radiogene quando sono attive emettono flussi di radiazioni molto intensi e in direzioni precise; quindi, non basta stare distanti, ma bisogna evitare di sostare nella direzione del flusso, inoltre possono dare solo irradiazione esterna. Le sorgenti sigillate sono formate da materiale radioattivo contenuto all’interno di un involucro che presenta una resistenza tale per cui non si abbia la fuoriuscita di radiazioni, mentre le sorgenti non sigillate sono tutte quelle sorgenti radioattive che non rispettano le caratteristiche precedenti.

Interazione delle radiazioni con la materia

Le radiazioni ionizzanti interagiscono con la materia depositando in essa la loro energia, che se depositata nei tessuti organici provoca un danno biologico. I danni causati dalle radiazioni ionizzanti possono venire da:

• Irradiazione esterna, dipendono dalla capacità di penetrazione delle radiazioni nei tessuti corporei e dalla profondità e caratteristiche dei vari tessuti ed organi.
• Irradiazione interna, dipendono dalle caratteristiche fisico-chimiche dei radionuclidi e dalle modalità di introduzione.

Rischio di irraggiamento esterno

Il rischio di irraggiamento esterno dipende da tre condizioni:

1. Tempo: la durata dell’esposizione determina l’intensità dell’esposizione e quindi il rischio di irraggiamento.
2. Distanza: la dose di radiazione segue la legge dell’inverso del quadrato della distanza rispetto al punto di emissione, quindi passando da una distanza di 1 metro a una distanza di 2 metri l’intensità della dose si riduce di un fattore 4.
3. Disponibilità di schermature: la dose si riduce se viene interposto del materiale tra la sorgente ed il punto di interesse.

Ogni sorgente dà luogo a un tipo di esposizione specifica.