Radioprotezione

Per le radiazioni direttamente ionizzanti vale generalmente che ogni volta che una particella ionizza

perde un po' della sua energia fino a quando la perde del tutto e si ferma in quel determinato punto.

Più è una particella è carica e più ionizza, quindi una particella alfa avrà una densità di ionizzazione

molto più alta di una beta. Ionizzano quindi quasi tutti gli elettroni e i nuclei che incontrano quando

attraversano un mezzo, quando hanno una densità di ionizzazione e quindi un’energia tale che sono

in grado di strappare l’elettrone dell’atomo con cui interagiscono, quindi le radiazioni alfa sono

direttamente ionizzanti perché trasportano tanta energia. Lungo il loro percorso si viene così a

formare una traccia di coppie ione-elettrone, il cui numero nel tratto che la particella compie può

anche essere molto elevato. Ad esempio un protone da 10 MeV (10 milioni di eV) di energia cinetica

crea nel tessuto più di 100 coppie ione-elettrone per ogni 1/ 1000 millesimo di millimetro

(micrometro o micron) attraversato.

Per quanto riguarda i neutroni, i raggi gamma e le radiazioni elettromagnetiche, loro hanno un

meccanismo di ionizzazione indiretta, perché non ionizzano ogni atomo che incontrano, più casuale,

interagiscono con elettroni e nuclei atomici su base probabilistica con un processo del tipo "tutto o

niente”, cioè cedono tutta energia o niente. Cioè i fotoni e i neutroni cedono la loro energia al mezzo

materiale attraversato, perché producono una particella carica (una specie di seconda radiazione),

che andrà a provocare una ionizzazione nel mezzo circostante.

Maggiore è la carica di ionizzazione di una radiazione minore è la sua penetrazione nei tessuti,

“Maggiore è la probabilità di interagire con un mezzo cedendo energia, minore è la distanza

effettuata nel mezzo attraversato” (perché è fermato subito, ionizza subito e si ferma), ciò non

dipende solo dal tipo di radiazione, ma anche dalla sua energia, e dalle caratteristiche del materiale

che viene attraversato (per esempio l’aria attenua meno dell’acqua, terra attenua di meno (?) del

cemento, più pesante l’elemento e più attenua (riduzione di intensità di un flusso)).

 Quindi per le particelle Alfa che sono più cariche, più pesanti, è maggiore l’energia di

ionizzazione e vengono attenuate quindi molto facilmente (basta un foglio di carta).

 Le particelle beta, più piccole, con carica unitaria (più piccola che c’è) e basta una lamina di

alluminio per essere fermata, qualche millimetro al massimo a seconda della loro energia

 Per le radiazioni Gamma servono materiali di spessori ben diversi.

Per tutte le particelle cariche, quindi direttamente ionizzanti (alfa e beta) siamo in grado di misurare

sperimentalmente il loro cammino in un materiale (punto in cui si fermeranno), chiamato range

anche se breve il danno è molto importante nel loro cammino, siccome presentano una densità di

ionizzazione molto potente, è fondamentale proteggersi che è piuttosto facile. Se vengono a

contatto con la pelle questi non sono in grado di raggiungere gli organi (sono arrestati in pochi cm di

pelle) e quindi di essere dannosi, infatti la loro unica pericolosità sta nella contaminazione interna

Le radiazioni beta perdono energia non solo nel processo di ionizzazione ma anche sottoforma di

radiazioni x, quando queste vengono bruscamente rallentate o accelerate a causa dell’interazione

con il campo elettrico di una particella, questo processo è chiamato radiazione di frenamento o di

bremsstrahlung (radiazione elettromagnetica emessa da una particella carica, deviata da un’altra e

che rallenta o accelera).

Proprio perché la radiazione di frenamento coinvolge il campo elettrico, maggiore è il numero

atomico dell’elemento in questione maggiore è la radiazione di bremsstrahlung.

Ciò può quindi causare un aumento della penetrazione rispetto al range predefinito della radiazione

beta iniziale.

Le radiazioni beta quando perdono tutta la loro energia, si annichilano con un elettrone,

scomparendo del tutto e producendo due fotoni di energia uguale a 511keV dirette in direzioni

opposte l’uno rispetto all’altro

Mentre per le radiazioni direttamente ionizzanti si può stabilire un range, perché

approssimativamente vengono arrestate in punti precisi. Le radiazioni indirettamente ionizzanti

possedendo questa capacità per loro non è possibile calcolare un range di penetrazione, proprio a

causa della natura probabilistica delle loro interazioni, infatti ogni fascio di radiazione interagisce in

modo differente. Non è possibile stabilire con probabilità la loro penetrazione. Fotoni di stessa

energia e tipologia si attenueranno in modo diverso.

Tuttavia, per una grande quantità di fotoni è possibile stabilire una probabilità di interazione per

unità di spessore, nota come spessore Emivalente, per stabilire dopo uno spessore di un materiale

quanti saranno mediamente i fotoni che interagiranno (sono attenuate) e quindi quante usciranno

inalterate dall’attraversamento del materiale.

Quindi la capacità di attenuazione si misura attraverso uno spessore Emivalente, descritta da

un’equazione di un’esponenziale negativo, viene descritta da una curva che va in basso inizialmente

molto rapidamente per poi rallentare la propria velocità avvicinandosi allo zero senza mai toccarlo.

Emivalente

Dopo un certo spessore (spessore ), è presente la metà dei fotoni, a due spessori

mivalenti sono pari a ¼ rispetto a quelli iniziali e così via non avvicinandoci mai a zero.

I fisici sanitari in ospedale fanno delle misure per realizzare un muro ottimale così da poter ridurre al

minimo l’esposizione alle radiazioni, quando lo spessore raggiunge un valore di radiazioni pari al

fondo naturale il muro si interrompe (circa 4 mivalenti). Questo avviene per i raggi alpha e beta,

infatti vi sono altri metodi per proteggersi dai raggi gamma.

I neutroni hanno un elevato potere di penetrazione, essendo privi di carica, dunque non

interagiscono con elettroni quindi il campo elettrico, ma con i nucleoni (con la forza che si viene a

creare tra protoni e neutroni). La capacità di interagire con i nucleoni dipende dall’energia dei

neutroni e dalle caratteristiche dei nucleoni. I neutroni, quindi, perdono energia interagendo con i

nuclei, subendo diffusione, rallentamento o cattura da parte dei nuclei. L’ultimo avviene ad energia

bassa, la cattura provoca la formazione di una seconda radiazione, solitamente gamma. Mentre per

neutroni ad alta energia (soprattutto a basso numero atomico) avviene con probabilità più alta un

urto elastico del neutrone a contatto con il nucleo di una particella, perdendo una frazione della sua

energia, mentre il nucleo colpito rimbalza diventando una seconda radiazione a sua volta

.La penetrazione e la densità di ionizzazione sono inversamente proporzionali:

● Più la densità di ionizzazione è alta la penetrazione è bassa;

● Più bassa è la ionizzazione più è alta la penetrazione (quindi più la radiazione arriva lontana).

In ordine di penetrazione dalla più bassa alla più alta : alpha, beta, gamma.

In ordine di densità di ionizzazione dalla più bassa alla più alta: gamma, beta e alpha.

Le radiazioni vengono emesse dai radionuclidi (in seguito a decadimento) e da macchine radiogene;

-i radionuclidi possono essere sia naturali derivanti dai raggi cosmici che artificiali

-le macchine radiogene, sono macchine che producono radiazioni, possono essere utilizzate in

ambito medico, industriale e di ricerca, qui sono compresi gli acceleratori di particelle e i creatori di

raggi X.

Le sorgenti di radiazioni sono per metà naturale e per metà artificiale. Siamo esposti anche ai raggi

cosmici, che vengono assorbiti più su un volo intercontinentale che sulla crosta, infatti gli assistenti

di volo sono radioprotetti.

-Una parte consistente delle radiazioni cui è sottoposto l'uomo è comunque di origine naturale ed è

principalmente dovuta al gas radon, ai raggi cosmici e ai radionuclidi primordiali presenti nella crosta

terrestre. Tale componente prende il nome di fondo naturale di radiazione

-di tutte le esposizioni di tipo artificiale quelle mediche sono le sole a dare un contributo

significativo.

Radioisotopi

Non siamo in grado di determinare con sicurezza quando in un intervallo di tempo un radioisotopo

decade, perché si tratta di un fenomeno casuale, tuttavia si può calcolare sperimentalmente tramite

la costante di decadimento (λ · dt).

Tuttavia spesso si preferisce utilizzare il tempo di dimezzamento o di Emivita, descritta da

un’esponenziale negativo. Calcolando quanti atomi finali vi sono partendo da N dopo un certo

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intervallo di tempo.

Ogni radioisotopo è caratterizzato dalla sua specifica emissione (c’è chi fa alpha, beta, o alpha e

gamma...), è importante considerare però anche in quanto tempo lo fa; qui entra in gioco la legge

del decadimento radioattivo, che descrive una costante in cui il radioisotopo decade (poiché ciascun

radioisotopo ne possiede una); ciò viene trovato in seguito a numerose misurazioni. Trattandosi di

un fenomeno casuale, se osservo la velocità di decadimento, questa segue una curva descritta da

un’esponenziale negativo, il quale si avvicina allo zero sempre più senza mai toccarlo. Questo

Emivita

esponenziale negativo esprime il tempo di dimezzamento detto (tempo nel quale il numero

di nuclei radioattivi si dimezza rispetto al valore iniziale). (Non è il tempo nel quale il nucleo si divide

a metà, ma le radiazioni).

Se ho una boccetta piena di materiale radioattivo non dovrebbe mai terminare considerando che

l’esponenziale si avvicina sempre più allo zero senza mai raggiungerlo, però nei reparti viene buttato

generalmente in seguito a 4 emivite.

Decadimento radionuclidi (Ogni radioisotopo presenta il proprio emivita, chi la fa più velocemente e che

più lentamente)

-Uranio 235 (naturale) ha miliardi di anni di Emivita. -Carbonio 14

(naturale) è radioattivo ed ha Emivita di 5730 anni. Utilizzato per vedere quando è morto un animale

fossile. -Iodio 131 (artificiale) per terapia di tiroide ha emivita di 8 giorni,

paziente ricoverato per 8/10 giorni, quando attività è sufficientemente bassa per farlo uscire si

rimanda a casa, per un mese deve osservato.

-Fluoro 18 emivita meno di due ore (artificiale) per le prossime 8 ore non andrà a contatto con

donne in gravidanza.

-Ossigeno 15 in due minu