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Reazioni chimiche indotte dalla radiazione ionizzante
OH + H+ → 2 H2O+
H + H2 → 2 H+
Queste reazioni ci permettono di capire come la situazione si complichi. Le specie radiolitiche primarie possono poi diffondere fuori traccia e reagire con i soluti che certamente sono presenti nell'acqua, come l'ossigeno. Ad esempio, si ha la formazione di ione superossido (O2-), con un fortissimo potere ossidante, e radicali idroperossile (HO2.), molto reattivo. Al termine dell'irraggiamento, i prodotti finali stabili presenti in mezzi acquosi saranno H2O2, O2 e H2O. La formazione e la presenza di radicali e specie ossidanti, sia nelle specie radiolitiche che nei prodotti radiolitici, rendono il mezzo acquoso irraggiato estremamente reattivo.
Dosimetria chimica
La quantità di specie prodotte dalla radiazione ionizzante può essere un modo per misurare la dose di radiazioni ceduta al materiale; su questo principio si fondano i dosimetri. In particolare,
dal punto di vista qualitativo, possiamo osservare la reazione del materiale del dosimetro con la radiazione, da quello quantitativo, invece, una misura della quantità consumata di tale materiale per produrre i prodotti della reazione permette di definire la cosiddetta resa di radiazione, G. Essa può rappresentare il numero di molecole prodotte ogni 100eV assorbiti, oppure il numero di molecole del materiale consumate per 100eV+ - assorbiti; si parla, rispettivamente, di G e G. Si noti allora che, valutando la resa di radiazione e la concentrazione della molecola a cui essa fa riferimento, è possibile determinare la dose depositata nel materiale dalla radiazione; essa è infatti definita come l'energia ceduta dalla radiazione nel mezzo per chilogrammo (1Gy=1J/kg) m]Δ [D(Gy)= ρG(m) con ρ la densità del mezzo m e [m] la sua concentrazione. Tipicamente, la rottura di un legame chimico richiede 1-2eV di energia ceduta; allora ci potremmoaspettare di avere la produzione/il consumo di circa 50 specie e, presumibilmente, una G di qualche decina. Quello che si osserva è, invece, che 13.4 DOSIMETRIA NELLA RADIOTERAPIA
Lo scopo dell'applicazione di dosimetri, per la misura della dose ceduta da radiazioni entro l'applicazione nella radioterapia, è di fornire dati soddisfacenti per la determinazione e il controllo dei piani terapeutici di trattamento del paziente. La medicina, infatti, impiega la radiazione allo scopo di diagnosticare, osservando la trasmissione della radiazione attraverso il corpo, oppure sterilizzare gli strumenti o per trattare il paziente, sfruttando
L'assorbimento della radiazione e il suo impatto biologico. Quest'ultima applicazione, propriamente detta radioterapia, necessita pertanto calibrare opportunamente la dose ceduta alla zona da irraggiare, in modo che la maggior parte di essa sia assorbita dai tessuti malati e che i tessuti sani siano protetti. Inoltre, è necessario anche garantire un'alta precisione spaziale della cessione della dose. In particolare, nel seguito, vedremo alcuni degli strumenti utilizzati.
Film GafCromici
Questi strumenti si presentano come lastre le quali, se esposte alla radiazione, cambiano colore annerendosi in proporzione alla dose assorbita. Osservando le zone che presentano lo stesso grado di annerimento, è possibile determinare le cosiddette curve di isodose, contenenti le zone entro le quali è stata depositata in quantità superiore ad un determinato valore (relativamente alla dose massima). In questo modo si ottiene una vera e propria mappatura bidimensionale.
della dose ceduta; usando diverse pellicole poste in un materiale acqua-equivalente, si può realizzate una mappatura a strati pseudo-tridimensionale della dose..
Dosimetri a gel
Per ottenere una vera e propria mappatura tridimensionale, si stanno sviluppando i cosiddetti dosimetri a gel.
Essi sono infatti dosimetri che presentano una risposta in dose intrinseca, ovvero legata ad un cambiamento chimico del materiale. Di questi dosimetri abbiamo due famiglie principali:
- i dosimetri radiocromici, che cambiano il proprio colore a seguito dell'irraggiamento;
- i dosimetri polimerici, costituiti da una matrice gelatinosa.
A causa della loro stessa composizione (matrice gelatinosa), questi dosimetri si presentano in forma solida maneggiabile e modellabile, sono tessuto-equivalenti, con tutti i vantaggi che comporta. Presentano inoltre un range di applicazione adatto alla radioterapia, potendo misurare correttamente dosi da centesimi di Gy a circa 40Gy. Infine, presentano
Una buona risposta per un ampio spettro energetico, di tasso di dose e rispetto allanatura delle particelle. Il dosimetro radiocromico a gel più diffuso e studiato è il cosiddetto dosimetro a gel di Fricke. Così come il dosimetro di Fricke, questo strumento deve la sua risposta all'ossidazione indotta dalla radiazione del Fe(II) in Fe(III); il vantaggio di questo dosimetro è però si consentire una ritenzione spaziale delle specie prodotte, riducendo la mobilità di queste ultime. Tuttavia, la risposta del dosimetro a gel di Fricke non dà una risposta standard, in quanto la gelatina altera la resa di Fe(III) in modo non abbastanza riproducibile da permettere di dire che il dosimetro sia standard. All'interno del dosimetro è anche inserito lo Xilenolo-Orange, un legante in grado di ridurre ulteriormente la mobilità del Fe(III), legandolo ad una struttura di grandi dimensioni, e dispostare il picco di assorbimento di
quest'ultimo nel range del visibile (da 303nm a 585nm), in modo darendere possibile l'analisi ottica dello strumento (questo è necessario perché la gelatina non è trasparente agliUV).
La tecnica di analisi di questo dosimetro si suddivide in due pratiche: l'analisi ottica, ovvero spettrofotometria2D o 3D, e l'analisi a MRI (magnetic resonance imaging). Nella prima tecnica, si usa una sorgente di lucepolicromatica, il cui fascio viene successivamente ollimato, monocromato e diretto sul campione e su una celladi riferimento; viene poi tracciato un grafico (curva di colore) riportante l'andamento dell'assorbanza e lalunghezza d'onda assorbita. Distribuendo i valori di assorbanza del picco del sistema Fe-Xilenolo, rispetto alladose ceduta, è possibile tracciare una retta di calibrazione dello strumento. Questa misura, tuttavia, nonfornisce una distribuzione spaziale della dose; questo viene fatto realizzato da lastre di gel che
mostra zoneannerite. Con un opportuno scanner, si ottiene il profilo di assorbanza. Il secondo metodo, l'MRI, lavora secondo il medesimo principio della NMR: lo spin di certi nuclei (come H) possono essere orientati rispetto ad un campo magnetico esterno e fatti oscillare con un impulso a radiofrequenza. Il raggiungimento della condizione di equilibrio avviene in tempi di rilassamento, i quali risultano proporzionali alla dose assorbita. Questa tecnica si può applicare al dosimetro di Fricke, in quanto Fe(II) e Fe(III) hanno proprietà paramagnetiche differenti, ovvero tempi di rilassamento diversi; questo causa una variazione nel legame tra velocità di rilassamento e concentrazione dello ione (detta rilassività), che può essere misurato. Misurando allora il rateo di rilassamento a dosi conosciute è possibile costruire la curva di calibrazione del dosimetro; questo può essere fatto per ogni punto del campione. Lo svantaggio di questo tipo diezza: costi fissi e costi variabili) e nella valutazione dei ricavi generati. L'analisi dei costi fissi riguarda le spese che non dipendono dalla quantità prodotta o venduta, come ad esempio l'affitto dell'immobile o i salari dei dipendenti. Gli altri costi, invece, sono variabili e dipendono direttamente dalla quantità prodotta o venduta, come ad esempio i materiali utilizzati o le spese di trasporto. La valutazione dei ricavi generati, invece, riguarda l'analisi dei guadagni ottenuti dalla vendita dei prodotti o dei servizi offerti. Questa analisi è fondamentale per valutare la redditività dell'attività e per prendere decisioni strategiche.
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