Radioprotezione

Decadimento fisico e biologico dei radionuclidi

T−λA e/2=A 1 /20 0semplificando e ricavando T si ottiene:1/2 ln2T =1/ 2 λ

Ogni radionuclide presenta un suo regolare decadimento fisico, dovuto a diversi processi quantistici, la cui costante di decadimento caratteristica viene indicata con λ. Tuttavia, quando questo si trova all'interno dell'organismo, accanto al normale decadimento fisico si aggiunge un decadimento biologico, caratteristico dell'organo in cui tale nuclide prevalentemente si concentra: la costante di tempo caratteristica viene indicata con λ. Il tempo di dimezzamento biologico T viene definito come l'intervallo di tempo in cui un numero iniziale di molecole o ioni nell'organo è ridotto a metà.

L'effettivo decadimento corporeo del radionuclide considerato è dato dall'azione combinata di quello fisico e di quello biologico. Infatti la costante di decadimento totale è data dalla somma di quella fisica e di quella biologica.

=18.6keV; Resa di fissione: Y=0.3%1/2,FIS MAX,betaE =0.51MeV (0.4%)γ

Gas nobile, per cui inerte. L'organo critico è la cute, per sommersione in aria contaminata.

133Xenon 133 ( Xe):

• Decadimento: beta-gamma T =5.2giorni E =910keV; Resa di fissione: alta1/2,FIS MAX,betaE =250keVγ

Gas nobile, inerte. L'organo critico è la cute, per sommersione in atmosfera contaminata

135Xenon 135 ( Xe):

• Decadimento: beta-gamma T =9ore E =350keV; Resa di fissione: elevata1/2,FIS MAX,betagamma e X molli

Gas nobile, inerte. Importanza solo locale.

131Iodio 131 ( I):

• Decadimento: beta-gamma T =5.2giorni E =910keV; Resa di fissione: alta1/2,FIS MAX,betaE =250keVγ

Il rateo di esposizione gamma a 1m di distanza da 1Ci è di 220mR/ora. L'attività specifica è di 51.25∙10 Ci/g;

È un elemento alogeno, si accumula nella ghiandola tiroide ed entra nella molecola dell'ormone tiroideo ed è escreto dalle urine. I tempi di

dimezzamento biologici organico e inorganico sono,rispettivamente, di 120g e 0.25g.

137Cesio 137 ( Cs):• Decadimento: beta-gamma T =30anni E =510keV; Resa di fissione: alta1/2,FIS MAX,betaE =662keVγIl rateo di esposizione gamma a 1m di distanza da 1Ci è di 330mR/ora. L'attività specifica è di 87Ci/g;È un elemento alcalino, si distribuisce come sale in tutto il corpo, soprattutto nel tessuto muscolare(T =110g); prevalentemenete escreto dalle urine.1/2,BIOLa temperatura di ebollizione è di 690°C e quella di fusione è di 29°C. Pertanto risulta essere volatilealle temperature raggiunte dal combustibile in un incidente nucleare. Deposita sulle foglie, quindi nellacatena alimentare si trova nei vegetali (e quindi nel latte) e nel terreno, quindi vi è irradiazione esternada raggi-gamma.

134Cesio 134 ( Cs):• Decadimento: beta-gamma T =2.1giorni E =1454keV; Resa di fissione: bassa1/2,FIS MAX,betaE =604.8keVγ137

Il rapporto tra la percentuale in aria di Cs e Cs viene usato per datare la contaminazione da cesio, in seguito di incidenti nucleari.

Coppie di nuclidi in equilibrio secolare:

90Stronzio 90 (Sr) + Ittrio 90 (Y):

• Decadimento: beta-gamma T = 29 anni E = 550 keV (Sr) Resa di fissione: alta 1/2, FIS MAX, beta (stronzio) E = 2.3 MeV (Y) MAX, beta

Lo stronzio è un alcalino-terroso, pertanto si accumula nelle ossa seguendo la via del calcio, e viene rimosso molto lentamente, sull'arco di decenni. Alle alte temperature sfugge (in piccola frazione) come aerosol particolato nell'ambiente. Depositato sull'erba, passa al latte. Temibile sanitariamente.

144Cerio 144 (Ce) + Praseodimio 144 (Pr):

• Decadimento: beta-gamma T = 280 gg (Ce) E = 310 keV (Ce) Resa di fissione: alta 1/2, FIS MAX, beta T = 17 min (Pr) E = 3 MeV (Pr) 1/2, FIS MAX, beta

Il cerio è una terra rara, di valenza III in mezzo umido biologico. A contatto con i tessuti (ferite, inalazione) è insolubile e si

deposita localmente. Poco assorbito dall'intestino, si accumula in ossa, fegato e milza. Negli incidenti, piccole frazioni escono come aerosol particolato.

106 106Rutenio 106 ( Ru) + Rodio 106 ( Rh):

• Decadimento: beta-gamma T =370gg(Ru) E =3.5MeV Resa di fissione:1/2,FIS MAX,betaT =30s(Rh) fotoni di varia energia bassa1/2,FIS

Il rutenio si trova negli effluenti liquidi degli impianti di ritrattamento. È elemento estraneo all'organismo umano, pertanto non viene metabolizzato; passa attraverso il tratto gastro-intestinale e viene espulso.

Prodotti di attivazione neutronica:

• 3Trizio ( H):

Si forma per cattura neutronica da deuterio, tipico nei reattori che impiegano acqua pesante (CANDU).

• 14Carbonio 14 ( C):

Decadimento: beta T =5700anni E =156keV;1/2,FIS MAX,beta2Percorso massico di 28mg/cm e attività specifica di 4.5Ci/g. Si forma nei reattori per attivazione di13 14 17 14C, N e O. L'irraggiamento esterno da C non ha rilievo, mentre è da

Tener presente l'irraggiamento interno a seguito di incorporazione; a seguito del rilascio in atmosfera di 1Ci, la dose collettiva alla popolazione del globo terrestre è di 0.5Sv/uomo in 100 anni.

24Sodio 24 (Na):

• Decadimento: beta-gamma T = 15 ore E = 1.4MeV E = 1.4 e 2.8MeV1/2, FIS MAX, beta gamma

Il rateo di esposizione gamma a 1m di distanza da 1Ci è di 1840mR/ora.

È un elemento alcalino, presente in tutte le cellule e liquidi intercellulari, come ione solubile. Si forma per cattura neutronica del sodio presente come impurità nell'H2O ed è trattenuto sulle resine a scambio ionico, rendendo radioattivi gli impianti di depurazione.

41Argon 41 (Ar):

• Decadimento: beta-gamma T = 1.8 ore E = 1.2MeV; E = 1.3MeV1/2, FIS MAX, beta gamma

40Gas nobile, si forma per reazione (n,γ) su Ar presente in aria in concentrazione dell'1%. Ha interesse solo locale per il breve tempo di dimezzamento.

54 56Manganese 54 e 56 (Mn- Mn):

• 54 54

56Decadimento: beta-gamma , T =310gg ( Mn) E =834keV ( Mn) E =846keV ( Mn)1/2,FIS γ γ54 56cattura elettronica ( Mn) T =2.6ore ( Mn)1/2,FIS

Il primo isotopo si forma per attivazione neutronica (n,γ) con neutroni ad energie elevate (circa10MeV); il secondo isotopo si forma per cattura radiativa (n,γ) di neutroni termici. Il Mn è presente nell'acciaio dei reattori e nei liquidi come prodotto di corrosione. Alcune tracce si trovano anche nell'organismo umano.

58 60Cobalto 58 e 60 ( Co- Co):• 54 58 60Decadimento: beta-gamma , T =71gg ( Mn) E =811keV ( Co); E =1173keV ( Co)1/2,FIS γ γ58 56cattura elettronica ( Co) T =5.3anni ( Mn)1/2,FIS

Il rateo di esposizione gamma a 1m di distanza da 1Ci è di 1300mR/ora e l'attività specifica è di 1100Ci/g . I due isotopi si formano per attivazione neutronica a soglia, con neutroni veloci, da atomi di nickel (Ni) presenti in vari tipi di acciaio, per tale motivo negli impianti

materiali soggetti a flusso di neutroni veloci o di neutroni lenti, che abbiano periodo di dimezzamento non brevissimo si possono ricordare i seguenti: Cr (28gg), Cu (13h), Fe (45gg), Zn (244g), Ta (115gg), W(24h).

Sostanze radioattive naturali

Uranio naturale:

• 238U: periodo di dimezzamento fisico = 4.5∙10^9 anni (rappresenta il 99.27% in peso)
• 235U: periodo di dimezzamento fisico = 7.1∙10^8 anni (rappresenta lo 0.72% in peso)
• 234U: periodo di dimezzamento fisico = 2.5∙10^5 anni (rappresenta lo 0.006% in peso)

1g di uranio naturale ha attività pari a:

• 238U: 0.33μCi
• 234U: 0.33μCi
• 235U: 0.015μCi

Pertanto 3 tonnellate di uranio hanno un'attività di 1Ci (attività solo dei capostipiti, praticamente coincidente con l'attività del 238U). Poiché la sua attività specifica è molto bassa, l'uranio naturale è più temibile per la tossicità chimica (sul rene).

comparabile a quella dei metalli pesanti come Pb, rispetto alla tossicità da radiazioni emesse. Per uranio fortemente arricchito in U (percentuale in peso maggiore del 3%) la tossicità più rilevante è invece quella radiologica. Nel corpo umano sono naturalmente presenti circa 90μg di uranio naturale. Torio na