Radioprotezione

Fonti delle reazioni ionizzanti

Esistono differenti fonti radiogene, alcune di queste naturali ed alcune artificiali:

• Radiazioni cosmiche (persone che viaggiano in aereo)
• Radiazioni provenienti dalla crosta terrestre (ambiente)
• Macchine radiogene (TC, acceleratori lineari...)
• Sostanze radioattive artificiali (o anche naturali, come il radio)

Malgrado il largo impiego di sostanze radioattive artificiali e di impianti radiogeni di vario genere, la radioattività naturale continua a fornire il maggior contributo alla dose ricevuta dalla popolazione mondiale ed è probabile che ciò continui a verificarsi anche in futuro.

Radiazioni corpuscolari

In fisica le radiazioni, sulla base della loro origine ed il loro comportamento prevalente, vengono distinte in radiazioni corpuscolari ed elettromagnetiche.

Le radiazioni corpuscolari sono costituite da particelle sub-atomiche che si spostano con velocità assai elevate, spesso prossime a quelle della luce. Sono entità

atomico- Raggi Gamma: derivano dal decadimento spontaneo dei radionuclidi ed ai corpi celesti (origine naturale)

RADIOATTIVITÀInternamente ad un nucleo sono presenti due forze: una coulombiana (protoni dello stesso segno si respingono) ed una nucleare (mutua attrazione fra le masse). Tra queste due forze esiste equilibrio, che però si può rompere con la conseguenza che qualcuno dei componenti riesca a sfuggire. Poiché queste due forze agiscono in maniera opposta può nascere uno squilibrio che porta alla radioattività.

Gli isotopi in natura sono quasi tutti stabili. Tuttavia, alcuni isotopi naturali, e quasi tutti gli isotopi artificiali, presentano nuclei instabili, a causa di un eccesso di protoni e/o di neutroni (non c’è equilibrio). Tale instabilità provoca la trasformazione spontanea in altri isotopi, e questa trasformazione si accompagna con l’emissione di particelle. Questi isotopi sono detti isotopi radioattivi o anche radioisotopi.

corpuscolare dotata di una carica negativa, è simile all'elettrone, da cui differisce solo per la sua origine nucleare. Molto ionizzante, ma debolmente penetrante (100 volte meno dei raggi gamma) in aria percorre circa 5 m.

Radiazioni Gamma: radiazione elettromagnetica simile alla luce, priva di carica elettrica e di massa. Poco ionizzante, ma molto penetrante. In aria percorre circa 3 km.

Radiazioni X: radiazione elettromagnetica simile alla gamma da cui differisce per la sua origine artificiale, per l'energia associata. Poco ionizzante, ma fortemente penetrante.

EFFETTI DELLA RADIOATTIVITÀ

Le radiazioni prodotte dai radioisotopi interagiscono con la materia con cui vengono a contatto, trasferendovi energia. Tale apporto di energia, negli organismi viventi, produce una ionizzazione delle molecole: da qui la definizione di radiazioni ionizzanti. La dose di energia assorbita dalla materia caratterizza questo trasferimento di energia. Gli effetti possono essere irrilevanti.

O più o meno dannosi (morta della cellula), a seconda della dose edel tipo di radiazioni.

POTERE PENETRANTE DELLE DIVERSE RADIAZIONI

VITA MEDIA E TEMPO DI DIMEZZAMENTO

Il tempo medio, o vita media, che occorre aspettare per avere latrasformazione spontanea in altri isotopi può essere breve o lungo: può variareda frazioni di secondo a miliardi di anni. Un altro tempo caratteristico di unradioisotopo è il tempo di dimezzamento, ovvero il tempo necessario affinchéla metà degli atomi radioattivi inizialmente presenti subisca una trasformazionespontanea.

Tutte le trasformazioni nucleari Tempo diIsotopoprocedono spontaneamente con dimezzamentovelocità non influenzate da fenomeni Argon 1,8 ore41chimici o fisici. Per una popolazione di Cobalto 5,27 anni60nuclei di un isotopo instabile, la Casio 30,2 anni137velocità di decadimento è Potassio 1.250.000.000 anni40direttamente proporzionale al numerototale (X) di nuclei instabili

L'attività di ogni sorgente diminuisce nel tempo. Maggiore è il valore T più a lungo dura la sorgente.

T = 25 giorni

T = 80 giorni

T = 220 giorni

ISOTOPI RADIOATTIVI PIÙ COMUNI

SORGENTI SIGILLATE

Una sorgente sigillata è una sorgente formata da materie radioattive solidamente incorporate in materie solide e inattive, o sigillate in un involucro inattivo che presenta una resistenza sufficiente per evitare, in condizioni normali di impiego, dispersione di materie radioattive superiori ai valori stabiliti dalle norme di buona tecnica applicabili. La sigillatura evita la dispersione di materie radioattive, ma non è un mezzo di protezione contro le radiazioni prodotte dalla sorgente.

SORGENTI NON SIGILLATE

Per sorgente non sigillata si intende qualsiasi sorgente che non ha caratteristiche della sorgente sigillata. Tali sorgenti vengono spesso impiegate (anche in forma di soluzione o sospensione liquida) come

traccianti radioattivi o per analisi radiochimiche e di laboratorio. Gli isotopi sono a contatto diretto con l'aria dell'ambiente in cui si lavora, per cui il rischio di contatto, ingestione o inalazione è elevato e dunque l'uso dei dispositivi di protezione è importante.

ES: urina radioattiva nel catetere di anziano in seguito a un esame di medicina nucleare.

LEGGE DEL DECADIMENTO RADIOATTIVO

La radioattività si manifesta con la emissione di particelle α oppure β da parte del nucleo, spesso seguite da emissione γ.

L'attività/radioattività si misura in Becquerel (Bq): 1 Bq = 1 disintegrazione/secondo. Usato talvolta il Curie (Ci) = 3,7 x 10^10 disintegrazioni/secondo.

UNITÀ DI MISURA DELL'ENERGIA

In fisica nucleare si preferisce misurare l'energia delle particelle con l'elettronvolt (simbolo eV) e soprattutto i suoi multipli:

- keV ossia kiloelettronvolt (1 keV = 10^3 eV)

- MeV ossia Megaelettronvolt (1 MeV = 10^6 eV)

MeV = 10 eV)61 elettronVolt è l'energia cinetica guadagnata da una particella di carica unitaria (protone, elettrone) accelerata da una differenza di potenziale (d.d.p.) di 1 Volt. Così, elettroni accelerati da una d.d.p. di 6 MVolt possiedono una Energia cinetica pari a 6 MeV.

I fenomeni chimici (che coinvolgono gli elettroni) hanno energie caratteristiche dell'ordine degli eV. I fenomeni nucleari (che coinvolgono i nucleoni all'interno del nucleo) hanno energie caratteristiche dell'ordine dei MeV.

MACCHINE RADIOGENE

Sono generatori di raggi X per diagnostica (radiografie) e/o terapia. Essi sono presenti in molti ospedali per la terapia antitumorale. Producono fasci di elettroni di energia relativamente alta, che può raggiungere la decina di MeV. ES: LINAC - acceleratori lineari di elettroni.

All'interno di un tubo (radiogeno) sottovuoto, è presente un filamento (spiralina). Si dà corrente (energia) a questo filamento e si crea una

nube dielettroni. Si dà anche una differenza di potenziale (dove c'è il filamento è negativa e dall'altra positiva) e la nube di elettroni viaggia velocemente verso il polo positivo. Arrivando al disco metallico (placca di tungsteno) gli elettroni interagiscono con gli atomi e il 95% genera calore. Invece, per effetto frenamento (Bremsstrahlung), l'energia cinetica acquisita si trasforma in radiazione X. Quindi il 5% diventa raggi X.

INTERAZIONI RADIAZIONI-MATERIA

e particelle α, β e γ emesse dalle sorgenti radioattive, i raggi X delle macchine radiogene e gli elettroni dei LINAC interagiscono con materiali nei quali si propagano (ES: aria, materiali biologici…). Lungo il loro percorso cedono frazioni della loro energia agli elettroni del mezzo attraversato. Le modalità di interazione sono molto diverse a seconda che si parli di particelle cariche (α o elettroni) oppure di particelle neutre (raggi X, fotoni eneutroni). Due tipi di perdita di energia: - per Ionizzazione - per Irraggiamento Se perdono energia per ionizzazione, cedono agli elettroni del mezzo energia sufficiente a staccarli dall'atomo al quale sono legati dalla forza di Coulomb. Se il mezzo è un materiale biologico, queste ionizzazioni creano un danno in quanto spezzano legami molecolari ed alterano dal punto di vista chimico i tessuti. Se la particella carica è un elettrone, questo ha una massa confrontabile con quella dei bersagli colpiti (elettroni atomici) e subisce ad ogni urto delle brusche deviazioni di traiettoria e quindi brusche accelerazioni e decelerazioni. EFFETTI: FOTONI I fotoni nell'attraversare un mezzo assorbente possono