grandezze in radioprotezione Stmp [Compatibility M… · Elio GIROLETTI - Università degli Studi...

Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia & INFN Pavia

marzo 2008marzo 2008

ESCLUSIVO USO DIDATTICO Pavia -grandezze in radioprotezione 1

UNIVERSITÀ degli STUDI di PAVIAUNIVERSITÀ degli STUDI di PAVIAINFN INFN -- sez. Paviasez. Pavia

dip. Fisica nucleare e teoricadip. Fisica nucleare e teoricavia bassi 6, 27100 pavia, italy via bassi 6, 27100 pavia, italy -- tel. 038298.7905tel. 038298.7905

[email protected] [email protected] -- www.unipv.it/webgirowww.unipv.it/webgiro

elio girolettielio giroletti

grandezze in grandezze in radioprotezioneradioprotezione

ELEMENTI DI RADIOPROTEZIONEELEMENTI DI RADIOPROTEZIONE -- elio girolettielio giroletti

IntroduzioneIntroduzioneIntroduzioneIntroduzioneGrandezze di campo Grandezze di campo Grandezze dosimetriche Grandezze dosimetriche Grandezze radioprotezionistiche Grandezze radioprotezionistiche Grandezze operazionali Grandezze operazionali Limiti operativi derivati, LOD Limiti operativi derivati, LOD Radioecologia Radioecologia Conclusioni e discussione Conclusioni e discussione

Unità di misura dell’energia

in fisica nucleare l’energia delle particelle nel SI si misura in elettronvolt (eV) e nei suoi multipli:

1 keV =103 eV - 1 MeV =106 eV - 1 GeV =109 eV

1 eV è l’energia cinetica di una particella di carica it i ( t l tt ) l t d diffunitaria (protone, elettrone) accelerata da una differenza

di potenziale di 1 Volt - elettroni accelerati da una d.d.p. di 6 MVolt hanno energia cinetica pari a 6 MeV

1 eV = 1,602E-12 erg = 1,602E-19 joule • 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 MeVCorvisiero, Ge, 2003Corvisiero, Ge, 2003




Esempio: Esempio: poichè i legami chimici sono caratterizzati da energia w = 20÷30 eV, per es. la particella α del 210Po (energia E = 5,3 MeV) è in grado, prima di arrestarsi in tessuto, di “rompere” ~200.000 legami molecolari...

61035E

numero di ionizzazzioni

56

10225

103,5⋅≈

⋅==

wEN

Si tratta di un numero elevato di rotture molecolari…, consioderando che 1 cm3 di materiale biologico (assimilato all’acqua) contiene ~109 cellule e ~ 3,3·1022

molecole 322

23

10318

10023,61 −⋅≈⋅

== cmANN

mol

Acell ρ

•• universalmente accettate per la universalmente accettate per la caratterizzazione dei caratterizzazione dei campi di radiazionecampi di radiazione

grandezze fisichegrandezze fisiche

campi di radiazione campi di radiazione ••definite in un qualsiasi punto definite in un qualsiasi punto

del campo e la misura è del campo e la misura è direttamente ottenuta da un direttamente ottenuta da un campione primario. campione primario.

alcune grandezze radiometrichealcune grandezze radiometrichee operative in radioprotezionee operative in radioprotezione

•• AttivitàAttività (e concentrazione volumica o superficiale di radioattività), Bq

•• FluenzaFluenza,, Φ = dN/da (di solito per neutroni), m-2

•• KermaKerma (e rateo), raggi X (gamma e neutroni), Gy ( ), gg (g ), y•• DoseDose assorbita (e rateo) in aria, H2O o tessuto, Gy •• EquivalenteEquivalente di dose (e rateo) nella sfera ICRU, Sv

•• ambientaleambientale H*(d), d=10 mm •• direzionaledirezionale H’(d, Ω), d=10, 3 o 0,07 mm

• Equivalente di dose personaledose personale,, Hp(d), Sv• d= 10, 3 e 0,07 mm




grandezze di campograndezze di campograndezze di campograndezze di campo

dadN

=Φfluenza di particelle (fluence)fluenza di particelle (fluence)== grandezgrandez--za scalare dove za scalare dove dN dN numero di particelle (o numero di particelle (o fotoni) che incidono sulla sfera di sezione fotoni) che incidono sulla sfera di sezione massima massima da da unità di misura SI: munità di misura SI: m--22

NddΦ 2 rateo o intensità di fluenza dirateo o intensità di fluenza di

dtdaNd

dtd

⋅=

Φ=ϕ

rateo o intensità di fluenza di rateo o intensità di fluenza di particelle (o flusso, flux) particelle (o flusso, flux) unità di misura SI: munità di misura SI: m--2 2 ss--11

Fonte: Pelliccioni M, Fondamenti fisici della radioprotezione, ed. Pirola

Ω⋅⋅=

Ω=

ddtdaNd

ddp

3ϕ radianza di particelle radianza di particelle (radiance) (radiance) unità di misura SI: munità di misura SI: m--2 2 ss--1 1 srsr--11

ICRU Report 33, 1980ICRU Report 33, 1980

DISTANZADISTANZA(per sorgenti puntiformi o ….quasi)(per sorgenti puntiformi o ….quasi)

120

20

0 )()( ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛Φ=Φ

xxxx

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100

La riduzione della fluenza è notevole La riduzione della fluenza è notevole specialmente alle brevi distanzespecialmente alle brevi distanze

distanza 5 10 50 100dose 100 25 1 0,25

effetto distanzaeffetto distanza

2

2

112 )()( ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

rrrIrI

SORGENTE 192Ir - 1TBq

0,00

0,10

10,00

1.000,00

100.000,00

distanza, mDos

e,

Gy/

min

sorgente puntiformesorgente puntiforme

Radionuclide Distanza (m)

Intensità di dose (mGy/min)

192192IrIrattività 1 TBq1 TBq

0,010,01 22.00022.0000,50,5 8,88,81,01,0 2,22,21010 0,0220,022

2 ⎠⎝ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10




esempiocalcolare l’intensità di fluenza diparticelle β e di fotoni γ alla distanzar=2 m (nel vuoto) da una sorgentepuntiforme di 60Co, attività A=37 MBq

esempio: calcolare l’intensità di fluenza di particelle β e di fotoni γ a 2 m (nel vuoto) da una sorgente puntiforme di 60Co, attività A=37 MBq

La sorgente di 60Co emette 1 β (ε=100%) e 2 γ per disintegrazione (ε=200%) e, pertanto, 37·106 β/s e 7,4·107 γ /s – tutte incidono sulla sfera di raggio r ogni

d

24 rA

SA

sfera πεεϕ ⋅

=⋅

=

( )( )

212

6

2 65,732004

110374

−−⋅=⋅

⋅⋅=

⋅= cms

rA β

ππεβϕ

secondo

( ) 2162

6

2 1047,124

210374

−−⋅⋅=⋅

⋅⋅=

⋅= ms

rA γ

ππεγϕ


Distribuzione spettrale della radianza di particelle Distribuzione spettrale della radianza di particelle

dEddtdaNd

dEdppE ⋅Ω⋅⋅

==4

=numero di particelle di una determinata energia cinetica =numero di particelle di una determinata energia cinetica che passa in un certo istante in un prefissato punto dello che passa in un certo istante in un prefissato punto dello spazio, propagandosi in una fissata direzione, per unità di spazio, propagandosi in una fissata direzione, per unità di superficie perpendicolare alla direzione del loro moto, per superficie perpendicolare alla direzione del loro moto, per unità di tempo, per unità di angolo solido e per unità di unità di tempo, per unità di angolo solido e per unità di energiaenergiaunità di misura SI = munità di misura SI = m--2 2 ss--1 1 srsr--1 1 JJ--11


∫∫∫Ω

Ω=Φ dpdEdt EET






EdRR )(=

Energia radiante, R(E) Energia radiante, R(E) ==energia delle particelle energia delle particelle (esclusa quella di quiete) emessa, trasferita o (esclusa quella di quiete) emessa, trasferita o ricevuta unità di misura SI = Jricevuta unità di misura SI = J

Distribuzione spettrale Distribuzione spettrale energia radianteenergia radiantedE

RE = energia radianteenergia radiante

dadR

=ΨFluenza di energia Fluenza di energia =somma delle energie =somma delle energie (escluse quiete) delle particelle che attra(escluse quiete) delle particelle che attra--versano la sfera, dove dR è l’energia raversano la sfera, dove dR è l’energia ra--diante incidente su una sfera infinitesima diante incidente su una sfera infinitesima di sezione massima da centrata nel punto di sezione massima da centrata nel punto di interesse unità di misura SI = J mdi interesse unità di misura SI = J m--22



dadtRd

dtd

⋅=

Ψ=

2

ψIntensità o densità di fluenza di Intensità o densità di fluenza di energia energia unità misura SI = J munità misura SI = J m--2 2 ss--1 1 oo WW mm--2 2

Ω⋅⋅=

Ω=

ddtdaRd

ddr

3ψ


radianza di energia radianza di energia unità misura SI = Wunità misura SI = W mm--2 2 srsr--1 1

∫∫∫Ω

Ω=ΨtE

E dEdtdEp,,ICRU Report 33, 1980ICRU Report 33, 1980


∫∫ Φ=Ψ=ΨE

E

E

E dEEdEE)(∫Φ=ΦE

EdEE)(

ФФ(E)(E) e e ΨΨ(E)(E) sono, rispettivamente, la sono, rispettivamente, la fluenza di particelfluenza di particel--lele e la e la fluenza di energiafluenza di energia relative a particelle di relative a particelle di energia energia cinetica cinetica ≤≤EE

∫∫ EE00

)(

Fonte: Pelliccioni M, Fondamenti fisici della radioprotezione

∫ E0

)(

valor medio energia delle particelle presentivalor medio energia delle particelle presenti

∫

∫

∫

∫

Ψ

Ψ=≠

Φ

Φ= ΨΦ

max

max

max

max

0

0

0

0E

E

E

E

E

E

E

E

dE

dEEE

dE

dEEE





ogy

Phys

ics,

200

5Fo

nte:

IAE

A, R

Adi

atio

n O

ncol

esempio: calcola l’intensità di fluenza di energia (gamma) a 2 m (nel vuoto) da una sorgente di 60Co di attività A=37 MBq.

la sorgente di 60Co ogni disintregrazione emette 1 γ da 1170 keV (ε=100%) e 1 γ da 1330 keV (ε=100%)

∑∫∫ ==Ψ=Ψ••

iii

E

E

E

E Er

AdEEdEE επ

ϕ 200 4

)(

( ) 212

62

12 8,133,117,124

10374

−−=

•

⋅⋅=+⋅

⋅==Ψ ∑ msTeVE

rA

i ii πε

π

scattering comptonscattering compton

irragg. annichilazioneirragg. annichilazione

X caratteristiciX caratteristicibremsstrahlungbremsstrahlung

PERDITE …RADIATIVEPERDITE …RADIATIVEhttp://physics.nist.govhttp://physics.nist.gov

Rapporto tra coefficiente di Rapporto tra coefficiente di attenuazioneattenuazione, , μμ,, coefficiente coefficiente trasferimento trasferimento di energiadi energia, , μμtrtr, e coefficiente di , e coefficiente di assorbimento di energiaassorbimento di energia, , μμenen, e processi , e processi di perdita radiativa che propagano energia all’esterno del mezzo di perdita radiativa che propagano energia all’esterno del mezzo assorbente assorbente Fonte: J.E.Martin, Physics for radiation protection, Wiley-Vch

μ=τ+σ+κμtr=μ-σ μen




DEPOSIZIONE DI ENERGIA DEPOSIZIONE DI ENERGIA IN PROFONDITA’IN PROFONDITA’

CONDIZIONI DI EQUILIBRIOCONDIZIONI DI EQUILIBRIO

•• equilibrio di radiazione: equilibrio di radiazione: l’energia radiante entrante in un punto è pari all’energia radiante uscente (difficile da realizzare)

•• equilibrio particelle cariche: equilibrio particelle cariche: numero di particelle cariche che entrano in un punto è pari al numero di quelle che escono – si realizza quando l’elemento di volume di interesse è immerso in una porzione di materia di dimensioni non inferiori al percorso massimo dei secondari carichi messi in moto, purché la fluenza di energia dei primari non vari apprezzabilmente

grandezze radiometrichegrandezze radiometrichegrandezze radiometrichegrandezze radiometriche

dmdQX =

dove:dove: dQ dQ è il valore assoluto della carica totale degli ioni è il valore assoluto della carica totale degli ioni di un solo segno prodotti in aria quando tutti gli elettronidi un solo segno prodotti in aria quando tutti gli elettroni

esposizioneesposizionedtdXX =

•

di un solo segno prodotti in aria quando tutti gli elettroni di un solo segno prodotti in aria quando tutti gli elettroni (positivi o negativi) liberati dai (positivi o negativi) liberati dai fotoni fotoni nell’elemento di nell’elemento di volume di massa volume di massa dmdm sono completamente fermati sono completamente fermati in in ariaaria unità di misura SI: C.kgunità di misura SI: C.kg--11 (ro(roëëntgen, R, 1R = 2,58 ntgen, R, 1R = 2,58 1010--44 C kgC kg--11=3,33 10=3,33 10--1010 C cmC cm--33 a NTP, a NTP, ρρ=1,293 g/m=1,293 g/m--33) ) •• NB: NB: per la sua misura occorre per la sua misura occorre sempre avere almeno sempre avere almeno l’equilibrio delle particelle carichel’equilibrio delle particelle cariche (ciò si realizza solo per (ciò si realizza solo per fotonifotoni con con E<3 MeV)E<3 MeV)






dmdQX =

In condizioni di equilibrio delle particelle cariche In condizioni di equilibrio delle particelle cariche (ciò si realizza solo per fotoni di E<3 MeV)(ciò si realizza solo per fotoni di E<3 MeV)

esposizioneesposizione

aria

en

ariaWeX ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛Ψ=

ρμ

(ciò si realizza solo per fotoni di E<3 MeV) (ciò si realizza solo per fotoni di E<3 MeV)


eW

hXariaaria

en 1⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛Φ=

ρμν

dove: dove: μμenen//ρρ =coefficiente di assorbimento di energia massico =coefficiente di assorbimento di energia massico dell’aria; dell’aria; WWariaaria =energia necessaria in media per produrre uno ione =energia necessaria in media per produrre uno ione in aria (~34 eV); in aria (~34 eV); ΨΨ e e ϕϕ =fluenza di energia e di fotoni, =fluenza di energia e di fotoni, rispettivamente. rispettivamente.

esposizioneesposizione


dmdEK tr=

KermaKermakinetic energy released to matter (molto kinetic energy released to matter (molto più generale rispetto all’esposizione) più generale rispetto all’esposizione)

grandezza scalaregrandezza scalare

ICRP Public. 74, 1996ICRP Public. 74, 1996 Fonte: Pelliccioni M, Fondamenti fisici della radioprotezione, ed. Pirola

grandezza scalare grandezza scalare dove dove dEdEtrtr è la somma delle energie è la somma delle energie cinetiche iniziali di tutte le particelle cinetiche iniziali di tutte le particelle cariche ionizzanti messe in moto in un cariche ionizzanti messe in moto in un elemento di volumeelemento di volume dmdm dalle radiazioni dalle radiazioni indirettamente indirettamente ionizzanti ionizzanti unità di misura: gray, 1Gy=1 J kgunità di misura: gray, 1Gy=1 J kg--11





dmdEK tr=kermakerma

neutronitrtr

m EK Φ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=Ψ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

μμ en

WeX ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛Ψ=

ρμ

in condizioni di equilibrio delle particelle carichein condizioni di equilibrio delle particelle cariche

ICRP Public. 74, 1996ICRP Public. 74, 1996 Fonte: Pelliccioni M, Fondamenti fisici della radioprotezione, ed. Pirola

neutronimm

m ⎟⎠

⎜⎝

⎟⎠

⎜⎝ ρρ

( )( ) XX

geWX

eWX

eWK aria

ariaen

traria

ariaen

ariatrariaaria 5,114

)1(1

//

≈−

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛==

μμ

ρμρμ

ariaariaW ⎟⎠

⎜⎝ ρ

dove dove g è la frazione di energia irraggiata dagli elettroni secondari in ariag è la frazione di energia irraggiata dagli elettroni secondari in aria


VdmdD

V

ερ

ε 1lim0→

==dose assorbitadose assorbita


dove: dove: D =dose assorbita; D =dose assorbita; εε valor medio dell’energia impartita valor medio dell’energia impartita alla materia in un volume infinitesimo di massa dm (non alla materia in un volume infinitesimo di massa dm (non è la derivata di è la derivata di ε ε rispetto alla massa)rispetto alla massa)

EEii m EEuu

dose assorbita, Ddose assorbita, Dmmdose assorbita, Ddose assorbita, Dmm

EEQEEdDD oioutin −+− ∑εεε li1li

grandezza scalare grandezza scalare dove dove ddεε è l’energia media impartitaè l’energia media impartitadalla radiazione ionizzante dalla radiazione ionizzante all’elemento di volume di massaall’elemento di volume di massa dmdmICRU Report 33, 1980ICRU Report 33, 1980

unità misura: unità misura: gray, Gy gray, Gy 1Gy =1 J/kg =100 rad ≈6 keV/1Gy =1 J/kg =100 rad ≈6 keV/μμmm33

mmVmdmDDose oioutin

Vmmm ≈≈==== ∑→→ ρ 00

limlim

εε impartita (impartita (EEcinetica particelle cariche messe in motocinetica particelle cariche messe in moto) ) εε impartita netta (impartita netta (EEcinetica particelle carichecinetica particelle cariche -- EEfotoni frenamento fotoni frenamento ))εε assorbita (assorbita (EEdepositata nel volumedepositata nel volume) )




In condizioni di In condizioni di equilibrioequilibrio delle particelle cariche delle particelle cariche


dmdDm

ε=dose assorbita nel dose assorbita nel mezzo, mmezzo, m

per fotoni di per fotoni di 0,1< E <3 MeV0,1< E <3 MeV (predomina eff.compton) (predomina eff.compton)

( )( )

( )( ) ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛== X

eWDD aria

ariaen

menaria

ariaen

menm ρμ

ρμρμρμ

//

//

( )( ) X

AZAZ

eWD

aria

mariam /

/≈

Relazione tra dose e esposizione

Nota l’esposizione si può calcolare la doseD[Gy] = f . X [Ckg-1]

f=fattore conversione (dipende dal mezzo)

L’energia assorbita in 1 g di aria esposta a 1 [Ckg-

1] di raggi X è 0.869 [Gy]; f(aria) = 0.869 fatt.conversione (([[GGyy]] / [[CCkkgg--11]]))

Energia fotoni acqua osso muscolo

10 keV 0.91 3.5 0.93

100 keV 0.95 1.5 0.95

Esempio: una camera a ionizzazione di volu-me V=5 cm3 in 1 minuto raccoglie una carica Q=6 10-11 C; calcolare l’esposizione in C/(kg.h) e in R/h, e la dose assorbita in aria e nel tessuto, in mGy/h (in condizioni di equilibrio)

Ricorda: 1 R =2,58 10-4 C/kg; ρaria=1,293 g/m-3 a NTP; μen/ρ =0,028 g/cm2 in aria e 0,030 g/cm2 in tessutoμen/ρ 0,028 g/cm in aria e 0,030 g/cm in tessuto

( ) 14

146

11

2,21058,2

11056,560105293,1

106 −−

−−−

−

=⋅

⋅⋅=⋅⋅

⋅== RhhkgCt

VQXρ

hmGyXe

WD ariaa /1,192,200869,0 =⋅==

( )( ) hmGyDD aria

ariaen

tessentess /5,201,19

028,0030,0

//

===ρμρμ




Fluence to Dose Fluence to Dose

sche

l B, S

chur

icht

V, S

tene

r J, T

he

sics

of r

adia

tion

prot

ectio

n, N

ucle

ar

hnol

ogy

Pub

lishi

ng, A

sfor

d, 1

996

)(EC

Dor

sph

ysTe

ch

)(ECD ⋅= ϕ

Esempio: calcolare la dose assorbita in tessuto, a 1 m da una sorgente puntiforme di 60Co la cui attività è A=37 MBq

La sorgente di 60Co emette 2 γ per disintegrazione (ε=200%) e, pertanto, 7,4E7 γ /s

24 rA

SA

sfera πεεϕ ⋅

=⋅

=

( )111

2

6

2 2,213600101004

21037)(4

)( −−•

⋅=⋅

⋅⋅=

⋅=⋅= hGyEC

rAECD μ

ππεϕ

)(ECD ⋅= ϕ

C(E)=1E-11 Gy*cmqfattore di conversione Dose Vs Fluenza (da figura precedente)

BRAGGBRAGG--GRAY cavity e equilibrio elettronico GRAY cavity e equilibrio elettronico




kerma, dose, esposizione

La dose in superficie incrementa fino a raggiungere il La dose in superficie incrementa fino a raggiungere il kerma, purché i fotoni primari non siano attenuati (esiste kerma, purché i fotoni primari non siano attenuati (esiste una regione di equilibrio elettronico) una regione di equilibrio elettronico) –– non reale non reale --

kerma, dose, esposizione

La dose in superficie incrementa fino a raggiungere e La dose in superficie incrementa fino a raggiungere e superare il kerma se attenzuazione primari è signisuperare il kerma se attenzuazione primari è signi--ficativa (non esiste una regione di equilibrio elettronico) ficativa (non esiste una regione di equilibrio elettronico)

dose

phot

on d

ept d




electron dept dose curveelectron dept dose curve

GRANDEZZE AI… CONFINIGRANDEZZE AI… CONFINI

osim

etric

he XX

DD KK

( )( )aen

Ttr

a

T

KK

ρμρμ

//

=( )( ) acoll

Tcoll

a

T

SS

DD

,

,

//ρρ

=

andamento delle principali grandezze radiometriche per fotoni primari di andamento delle principali grandezze radiometriche per fotoni primari di energia energia ~~MeV in aria/tessuto MeV in aria/tessuto

ARIA, aARIA, a TESSUTO, TTESSUTO, T profondità

gran

dezz

e d

ФФγγ

ФФel.secondariel.secondari


Si misura Si misura in un gas in un gas per derivare per derivare la dose in un la dose in un mezzo mezzo qualsiasi mqualsiasi m

TEORIA DELLA CAVITÀTEORIA DELLA CAVITÀ

qualsiasi, m qualsiasi, m


gasm Df

D 1=

gasgasm

m DSD/

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

ρdim. camera e pareti dim. camera e pareti <<<< percorso sec. carichi percorso sec. carichi

gasgasm

enm DD

/⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

ρμ

dim. camera e pareti dim. camera e pareti >>>> sec. percorso carichi sec. percorso carichi




dose media all’organo, Ddose media all’organo, DTTdose media all’organo, Ddose media all’organo, DTT

ICRP 74 & ICRU

i potenziali effetti biologici (deterministici o stocastici) i potenziali effetti biologici (deterministici o stocastici) sono proporzionali alla dose sono proporzionali alla dose (media) (media) assorbita assorbita dall’ordall’or--gano gano T, T, DDTT; dove: ; dove: DD è la dose assorbita dall’organo di è la dose assorbita dall’organo di massa massa mmTT

dVzyxDzyx∫ ),,(),,(ρ

unità misura: unità misura: gray, Gy gray, Gy 1Gy =1 J/kg =100 rad ≈6 keV/1Gy =1 J/kg =100 rad ≈6 keV/μμmm33

EEii mT EEuues.: ovaie: 10 ges.: ovaie: 10 g

corpo intero: 70 kgcorpo intero: 70 kg

T

ui

mTT

TT m

EEdmDmdVzyx

dVzyxDzyxD

T

−≈== ∫∫

∫ 1),,(

),,(),,(

ρ

ρ

datio

ns o

f IC

RP

effetti stocasticieffetti stocastici

Font

e: IC

RP 1

991,

199

0 Re

com

men

d

ΔΔ = )(dldEL

ADRONIADRONI4500 MeV CARBON

(PSI – Villigen)

FondazioneCNAO

fonte: R.Orecchia, Napoli, 2003




radiation quality factorradiation quality factorradiation quality factorradiation quality factor

Radiation quality factor considers absorbed energy distribution at microscopic level; it takes into account the differences between radiations; generally (ICRP) radiation quality factor is a function of LET in water

p.0.1.2. dell’Allegato IV del DLgs 230/95 e smi (e ICRP60, 1991)

L (keV·μm-1) Q(L)

< 10 1

10-100 0,32·L- 2,2

> 100 300/√L.

Fattore di qualità, Q, e LET

20

25

30

35

radiation quality factorradiation quality factorradiation quality factorradiation quality factor

0

5

10

15

1 10 100 1000

LET non ristretto, keV/um

p.0.1.2. dell’Allegato IV del DLgs 230/95 e smi (e ICRP 2007)

wR and average quality factorwR and average quality factor

average quality factor: average value of quality factor in a tissue point when absorbed dose is imparted by particles with different not restricted LET, L:

∫∞1

p.0.1.2. dell’Allegato IV del DLgs 230/95 e smi

∫==0

)(1 dLDLQD

Qw LR

where DLdL absorbed dose at 10 mm deep in LET interval L e L+dL, in waterwater, Q(L) is quality factor in that point.




Dose equivalente, HTDose equivalente, HT

Ogni Ogni radiazione ha una efficacia biologica radiazione ha una efficacia biologica specifica specifica HHTT è definita per gli effetti stocasticiè definita per gli effetti stocastici

RTRTR DwH ,, =

∑ DH

unità di misura:unità di misura: sievert, Sv sievert, Sv 1Sv = 1J/kg1Sv = 1J/kg = = 100 rem100 rem1 rem = 100erg/g1 rem = 100erg/g

non è una grandezza fisica, ma radioprotezionisticanon è una grandezza fisica, ma radioprotezionistica

∑=R

RTRT DwH ,

fattori di pesoWEIGHTING FACTORS, wR

fattori di pesoWEIGHTING FACTORS, wRd.lgs 230/95 e ICRP60, 1991

Photons, all energies 1Electrons and muons, all energies 1Neutrons depending on energy, E: Neutrons depending on energy, E:

E <10 keV 510 keV ≤ E ≤100 keV 10100 keV < E ≤2 MeV 202 MeV < E ≤20 MeV 10E> 20 MeV 5

Protons, E >2 MeV 5Alpha, fission framgments, heavy nuclei 20

nuovi fattori di pesoWEIGHTING FACTORS, wR

nuovi fattori di pesoWEIGHTING FACTORS, wR

ICRP 103, 2007

Photons 1Electrons and muons 1Protons anche charged pions 2Alpha particles, fission frangements, heavy ions 20 Neutrons: a continuus curve as a

function of neutron energy




6])][2[ln( 2

175MeVE

neutronsR ew

⋅−

⋅+=d.lgs 230/95

ICRP60, 1991

ICRP 103, 2007

funzione continua (non a gradini)

wwRR(neutroni): ICRP 103 e ICRP 60(neutroni): ICRP 103 e ICRP 60




Esempio: calcolare la dose equivalente complessivamente ricevuta dai polmoni, se la dose assorbita totale, D=10 mGy, è così ripartita: 4 mGy da radiazione gamma, 3 mGy da beta e 2 mGy da neutoni termici e 1 mGy da neutroni da 500 keV (e il rovescio).

∑= RTRT tDwtH )()( ,∑R

RTRT ,

ricorda: wR(γ)=wR(β)=1; wR(nterm)=5; wR(n500keV)=20

mSvDwHR

RTRT 37201521314, =⋅+⋅+⋅+⋅== ∑mSvDwH

RRTRT 98204531211, =⋅+⋅+⋅+⋅== ∑

Organo o tessuto stima rischio (*) (casi 10-2 Sv-1)

Fatt. pond. ($) wT

Gonadi 0,92 0,20 Midollo osseo emopoiet. 0,83 0,12 Colon 0,82 0,12 Polmone, vie toraciche 0,64 0,12 Stomaco 0,8 0,12 Vescica 0,24 0,05 Mammella 0 29 0 05Mammella 0,29 0,05Fegato 0,13 0,05 Esofago 0,19 0,05 Tiroide 0,12 0,05 Pelle 0,03 0,01 Superficie ossea 0,06 0,01 Altri organi e tessuti 0,47 0.05 TOTALE COMPLESSIVO 5,6 1,00

ogni ogni organo ha una radiosensibilità propria propria E è definito per gli effetti stocasticiE è definito per gli effetti stocastici

dose efficace, dose efficace, EE

∑∑ ∑ == TTRTRT HwDwwE ,

unità misura:unità misura: sievert, Sv sievert, Sv 1Sv = 1J/kg 1Sv = 1J/kg -- 1Sv=100 1Sv=100 remrem(d.lgs 230/95 e ICRP 60)(d.lgs 230/95 e ICRP 60)

1=∑T

Tw

non è una grandezza fisica, ma radioprotezionistica non è una grandezza fisica, ma radioprotezionistica ed inoltre non è misurabileed inoltre non è misurabile

TT R




Fonte: ICRP60, 1991 e d.lgs 230/95 smi

E, E, dose efficace dose efficace (presente e futuro)(presente e futuro)

∑ ∑∑ ==T R

RTRTT

TT DwwHwE ,

, g

unità misura: sievert, Sv unità misura: sievert, Sv 1Sv = 1J/kg 1Sv = 1J/kg -- 1Sv=100 rem1Sv=100 rem

∑ ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +=

T

FT

MT

THHwE

2Fonte: ICRP 103, 2007

CR

P 10

3, 2

007

Font

e: IC

∑ ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +=

T

FT

MT

THHwE

2

Fattori ponderazione, Fattori ponderazione, wwTT , ICRP , ICRP 103, 2007103, 2007




Organo o tessuto Fatt. pond. wT ICRP60

Fatt. pond. wT NEW

Gonadi 0,20 0,08Midollo osseo emopoiet. 0,12 0,12 Colon 0,12 0,12 Polmone, vie toraciche 0,12 0,12 Stomaco 0,12 0,12 Vescica 0,05 0,04Mammella 0,05 0,12Fegato 0,05 0,04Esofago 0 05 0 04

Organi e tessuti rimanenti: •• ICRP 60:ICRP 60: muscolo, cervello intestino te-nue, reni, cistifellea, milza, timo, utero, surrene, vie aeree

Fattori ponderazione, Fattori ponderazione, wwTT ICRP60 e ICRP103ICRP60 e ICRP103

Esofago 0,05 0,04Tiroide 0,05 0,04 Pelle 0,01 0,01 Superficie ossea 0,01 0,01 Cervello org.riman. 0,01Rene org.riman. 0,01Ghiandole salivari org.riman. 0,01Organi e tessuti rimanenti 0.05 0.12TOTALE COMPLESSIVO 1,00 1,00

extratoraciche•• ICRP 103:ICRP 103: Tessuto adiposo, surrene, tes-suto connettivo vie aeree extratoraciche, cisti-fellea, pareti del cuo-re, linfonodi, mu scolo, pancreas, prostata, pareti inte-stino tenue, milza, timo e utero

Rischi nell’uso dimateriale radioattivo

Rischi nell’uso dimateriale radioattivo

Irradiazione esterna Contaminazione

esterna: pelle, ecc. interna, attraverso:

Ingestione Inalazione Ferite Perfusione cutanea

J.Barò, OSSMA, Unv. Barcellona, 10/99

contaminazione interna: modellimodelliFase non-sistemica: prima del trasferimento al

sangueVie di ingressoModello del tratto gastro-intestinaleM d ll d l t tt i t iModello del tratto respiratorio

Fase sistemica: dal sangue verso gli organi di elezione Modelli per le terre alcaline (Sr, Ra, U)Modelli per Th, Np, Pu, Am, CmModello generale (da ICRP 68)




imen

ti

linfonodi

tessuti subcutanei

pellepolmone

ferita

ingestione

esalazioneinalazione

mod

ello

a c

ompa

rt

fluidi extracellulari organi di

deposizione

renefegato

pelle

Trat

to G

-I

feci

sudore

adsorbbile

urina

CONTAMINAZIONE INTERNA CONTAMINAZIONE INTERNA

•• modello a compartimenti modello a compartimenti •• dinamica del 1dinamica del 1°° ordine ordine

1 compartimento 2 compartimentoλbiol λ…

( ) tntntnn radbiolradbiol Δ⋅⋅+=Δ⋅⋅+Δ⋅⋅=Δ− λλλλ

biolrad

biolradeff TT

TTT+

=

( ) )(0

0)()( ttradbioletntn −+−⋅= λλ

modello del tratto modello del tratto gastrointestinalegastrointestinale

MODELLO A MODELLO A COMPARTIMENTICOMPARTIMENTI

da IAEA, 2004

)(0

0)()( ttradetntn −−⋅= λ )( 0ttbiole −−λ( ) )(0

0)()( ttradbioletntn −+−⋅= λλ




Adat

tato

da:

Fab

bret

to M

, 200

1

Dose impegnata, Dose impegnata, E(t)E(t)es., es., LivtinenkoLivtinenko

es famigliarees famigliare

∫∑+

=tt

t TT T dHwtE 0

0

)()( ττ

t è il tempo (anni) su cui avviene l'integrazione: 50 anniper adulti e 70 anni per bambini; t0 =istante introduzione

es., famigliarees., famigliare

es., fumatorees., fumatore

imen

ti

linfonodi

tessuti subcutanei

pellepolmone

ferita

ingestione


INGESTIONEINGESTIONE

f1 =frazione trasferita dall’intestino tenue direttamente ai fluidi

mod

ello

a c

ompa

rt


deposizione

renefegato

pelle

Trat

to G

-I

feci

sudore

adsorbbile

urina

fextracellulari

imen

ti

linfonodi

tessuti subcutanei

pellepolmone

ferita

ingestione


INALAZIONEINALAZIONE

•clearance polmonare, T l h l

mod

ello

a c

ompa

rt


deposizione

renefegato

pelle

Trat

to G

-I

feci

sudore

adsorbbile

urina

T1/2 nel parench. polm. • F, fast: <10 giorni • M, medium • S, slow, >100 g.

• f1=trasf. al tratto GI




∫+

=tt

tTTc dHtH

0

0

)()(, ττ integrale della dose che sarà ricevutasarà ricevutada un individuo a seguito di introdu-zione di uno o più radionuclidi nel

d.lgs 230/95 e smi

dose dose impegnata, impegnata, HHcc o Eo Ecc,,per contaminazione internaper contaminazione interna

∫+tt

dEtE0

)()( ττ corpo umano

tt è il tempo (anni) su cui avviene l'integrazione; di solito: 50 anni50 anniper gli adulti e 70 anni70 anni per i bambini; tt00 =istante dell’introduzione

∫=t

c dEtE0

)()( ττ

AghdEEtt

tcc )()(

0

0

≈= ∫+

ττ

A A =attività introdotta nel corpo, =attività introdotta nel corpo, Bq; Bq; h(g) h(g) =coeff. conversione di =coeff. conversione di dose efficace per unità di attività dose efficace per unità di attività introdotta, Sv Bqintrodotta, Sv Bq--11

dose dose impegnata, impegnata, HHcc o Eo Ecc,,per contaminazione internaper contaminazione interna

tt0

∫+

AghdEEt

t )()(0

≈= ∫ ττ

A A =attività introdotta nel corpo, Bq; =attività introdotta nel corpo, Bq; h(g) h(g) =coeff. =coeff. conversione di dose efficace per unità di attività conversione di dose efficace per unità di attività introdotta, Sv Bqintrodotta, Sv Bq--11 ICRP 103

Londra 24Londra 24--novnov--2006 avvelenamento di 2006 avvelenamento di Litvinenko AlexanderLitvinenko Alexander, con, con 210210PoPo

Tempo Tempo dimezzamentodimezzamento: : fisicofisico, T, T1/21/2: 138,4 g : 138,4 g -- biologicobiologico, , ~50 ~50 giornigiorniTTeffeff, , effettivoeffettivo, ~37 , ~37 giornigiorni

RadiazioniRadiazioni emesseemesse: : alfaalfa αα: 5 305: 5 305 MeVMeV 100%100%alfaalfa, , αα: 5,305 : 5,305 MeVMeV, 100% , 100% gamma, gamma, γγ: 803 : 803 keVkeV, 0,0011%) , 0,0011%)

OrigineOrigine //produzioneproduzione: : naturalenaturale: : 210210Bi (Bi (ββ--), fam. ), fam. 238238U U artificialeartificiale: : 209209Bi(n,Bi(n,γγ))210210Bi(Bi(ββ--) )

eliminazioneeliminazione carichecariche elettrostaticheelettrostatiche –– fumofumo sigarettasigarettaAttivitàAttività specificaspecifica: 1,66E14 : 1,66E14 BqBq/g = 4,49E3 /g = 4,49E3 CiCi/g /g




Londra 24Londra 24--novnov--2006 avvelenamento di 2006 avvelenamento di Litvinenko AlexanderLitvinenko Alexander, con, con 210210PoPo

organi critici (10%): fegato, reni, milza, corpo interoorgani critici (10%): fegato, reni, milza, corpo interoescrezione: 90% (feci/urine = 3/1) escrezione: 90% (feci/urine = 3/1) Costanti di irraggiamento esterno /internoCostanti di irraggiamento esterno /interno

Irraggiamento esterno, Irraggiamento esterno, ΓΓ =1,422E=1,422E--18 Sv*m18 Sv*m22/Bq/h /Bq/h Ingestione h(g):Ingestione h(g):Ingestione, h(g): Ingestione, h(g):

lavoratore: 5,14Elavoratore: 5,14E--7 Sv/Bq 7 Sv/Bq popolazione adulta: 1,2Epopolazione adulta: 1,2E--6 Sv/Bq 6 Sv/Bq minori, 2minori, 2--7anni: 4,4E7anni: 4,4E--6 Sv/Bq 6 Sv/Bq

Rateo di dose esterna (1g, 1m) = 0,236 mSv/hRateo di dose esterna (1g, 1m) = 0,236 mSv/hDose (adulto popolaz., ingest., 1g) = 1,99E11 mSvDose (adulto popolaz., ingest., 1g) = 1,99E11 mSvDose (adulto popolaz., ingest., 1Dose (adulto popolaz., ingest., 1μμg) = 199.000 mSv g) = 199.000 mSv

possibili danni delle radiazionipossibili danni delle radiazioni

ConclusionConclusion

The estimated risks of health effects The estimated risks of health effects attributable to radiation exposure are:attributable to radiation exposure are:

~~100100% for early clinical effects at D>% for early clinical effects at D>~~1Gy 1Gy

~ ~ 0.050.05 %/%/mSvmSv for antenatal effectsfor antenatal effects

~~ 0.0050.005 %/%/mSvmSv for cancerfor cancer

~~ 0.00080.0008 %/%/mSvmSv for hereditable effects.for hereditable effects.Fonte: A. Gonzales, Sievert lecture, Madrid 2004

∑∫ ==∞

iiTiT

TTT HNdH

dHdNHS ,

0

ICRP 60, 1990

dose dose collettivacollettiva e popolazione e popolazione

∑∫∞

ENdEdNES

dove: dove: SSTT = equivalente di dose collettiva, Sv; = equivalente di dose collettiva, Sv; SSEE = dose = dose efficace collettiva, Sv; efficace collettiva, Sv; (dN/dH(dN/dHTT)dH)dHTT = numero di individui = numero di individui che ricevono un equivalente che ricevono un equivalente di dose tra di dose tra (H(HTT e He HTT+dH+dHTT); ); (dN/dE)dE(dN/dE)dE = n.ro individui che ricevono una dose tra= n.ro individui che ricevono una dose tra (E (E e E+dE); e E+dE); NNii = n.ro di individui che ricevono la dose = n.ro di individui che ricevono la dose media media HHT,iT,i o Eo Eii

∑∫ ==i

iiE ENdEdE

ES0




ICRP 60, 1990

dose dose collettivacollettiva e popolazione e popolazione

⎞⎛E

∑∫ ==∞

iiiE ENdE

dEdNES

0

dove: dove: SSEE = dose efficace collettiva, Sv; = dose efficace collettiva, Sv; (dN/dE)dE(dN/dE)dE = = n.ro individui che ricevono una dose tran.ro individui che ricevono una dose tra (E e E+dE); (E e E+dE); EE11 –– EE22 = intervallo di dose efficace considerato (non = intervallo di dose efficace considerato (non infinito); infinito); ∆∆T = intervallo di tempo (non infinito) T = intervallo di tempo (non infinito)

( ) ∫Δ

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=Δ

2

1

,, 21

E

E T

dEdEdNETEES

ICRP 103, 2007

rischio rischio ≈≈ EE··detrimentodetrimento…usare con cautela (non sul singolo individuo)…usare con cautela (non sul singolo individuo)

LEVELS OF CONCERNLEVELS OF CONCERN

Level of concern individual effective dose per year individual effective dose per year

HighHigh More than 100 mSvMore than 100 mSvRaisedRaised More than a few tens millisievertMore than a few tens millisievertRaisedRaised More than a few tens millisievertMore than a few tens millisievertLow Low 1 1 –– 10 mSv10 mSvVery lowVery low Less than 1 mSv Less than 1 mSv NoneNone Less than 0,01 mSv Less than 0,01 mSv

referred to global average annual natural background referred to global average annual natural background effective dose from all sources is 2.4 mSv/y from all sources effective dose from all sources is 2.4 mSv/y from all sources

(UNSCEAR 2000) (UNSCEAR 2000)




AbsorbedAbsorbedDose Dose (Gy)(Gy)

wwRR wwTTEquivalentEquivalentDose (Sv)Dose (Sv)

conver. factors, conver. factors, h(g) o h(g) o ΓΓ(Sv Bq(Sv Bq--11))

EffectiveEffectiveDose Dose (Sv)(Sv)

ActivityActivity(Bq)(Bq)

FlFl

…too complicated?…too complicated?

conversionconversionfactorsfactors

(Sv cm(Sv cm22))

FluenceFluence(cm(cm--22))

Equivalent dose, Equivalent dose, HHTT,, and Effective dose, and Effective dose, E,E,can’t be measured directly!!!can’t be measured directly!!!

•• le grandezze operative (Hle grandezze operative (Hoperoper) sono definite ) sono definite per per poter effettuare misure perché quelle poter effettuare misure perché quelle

protezionistiche (Hprotezionistiche (Hprotprot) non sono misurabili ) non sono misurabili •• La loro definizione tiene conto del fatto che le La loro definizione tiene conto del fatto che le

misure di radioprotezione hanno differentimisure di radioprotezione hanno differenti

grandezze oper(azionali)grandezze oper(azionali)

misure di radioprotezione hanno differenti misure di radioprotezione hanno differenti scopi nel caso di monitoraggio:scopi nel caso di monitoraggio:

•• personale (internapersonale (interna--esterna) esterna) •• ambientale: verifica dei ambientale: verifica dei

livelli di dose e/o di livelli di dose e/o di contaminazione negli ambienti di contaminazione negli ambienti di lavoro o nelle aree proibite all'accesso.lavoro o nelle aree proibite all'accesso.

1≤oper

prot

HH

er(a

zion

ali)

er(a

zion

ali)

gran

dezz

e op

egr

ande

zze

ope




grandezze oper(azionali)grandezze oper(azionali)

Absorption of Radiation Absorption of Radiation in the Human Bodyin the Human Body

100

50

xim

al d

ose

xim

al d

ose

00 55 1010 1515 2020 2525 303010

20

perc

enta

ge o

f max

perc

enta

ge o

f max

depth in the body, cmdepth in the body, cm

Therapeutic XTherapeutic X--rays ~200 kVrays ~200 kVDiagnostic Diagnostic XX--rays ~ 100 kVrays ~ 100 kV

30 MeV electrons30 MeV electrons

15 MeV photons15 MeV photons

geometrie di irraggiamentogeometrie di irraggiamento

Fonte: ICRP 74, 1992




geometrie di irraggiamentogeometrie di irraggiamento

•• ICRU SphereICRU Sphere is a 30is a 30--cm diameter cm diameter tissuetissue--equivalent sphere with a density equivalent sphere with a density


of 1 gcmof 1 gcm--3 and a mass composition of: 3 and a mass composition of: 76,2% oxigen, 11,1% carbon, 10,1% 76,2% oxigen, 11,1% carbon, 10,1% hidrogen and 2,6% nitrogen (i.e. lucite). hidrogen and 2,6% nitrogen (i.e. lucite).

•• Field Field expanded:expanded: fluence and its directional and energy distribution fluence and its directional and energy distribution have the same values throughout the volume of interest as in the have the same values throughout the volume of interest as in the actual field at the point of refetrence; actual field at the point of refetrence;

•• Field Field alligned:alligned: fluence and its energy distribution are the same as in the fluence and its energy distribution are the same as in the expanded field, but the fluence is unidirectional;expanded field, but the fluence is unidirectional;

H*(d),H*(d), ambient dose equivalent, at a point in a ambient dose equivalent, at a point in a radiation field, is the dose equivalent that would radiation field, is the dose equivalent that would be produced by the corresponding expanded be produced by the corresponding expanded and alligned field, in the ICRU sphere at a dept, and alligned field, in the ICRU sphere at a dept, dd on the radius opposing the direction of the on the radius opposing the direction of the

equivalente di dose equivalente di dose ambientale, H*(d)ambientale, H*(d)

d,d, on the radius opposing the direction of the on the radius opposing the direction of the alligned field. alligned field. Unit: J kgUnit: J kg--11, Sv , Sv

•• 0,07 mm :stima 0,07 mm :stima a prof.pelle (shallow dose) a prof.pelle (shallow dose) •• 3 mm :stima a3 mm :stima a prof. cristallinoprof. cristallino•• 10 mm :stima 10 mm :stima organi profondi organi profondi


H’(d,H’(d,αα)), directional dose equivalent, at a point in a , directional dose equivalent, at a point in a radiation field, is the dose equivalent that would be radiation field, is the dose equivalent that would be produced by the corresponding expanded field, in the produced by the corresponding expanded field, in the ICRU sphere at a dept, ICRU sphere at a dept, d,d, on the radius in a specified on the radius in a specified

equivalente di dose equivalente di dose direzionale, H’(d,direzionale, H’(d,αα))

direction, direction, αα. . When When αα=0, H’(d,=0, H’(d,αα)=H’(d)=H*(d). )=H’(d)=H*(d). Unit: J kgUnit: J kg--11, Sv , Sv

•• 0,07 mm :stima 0,07 mm :stima a prof.pelle (shallow dose) a prof.pelle (shallow dose) •• 3 mm :stima a3 mm :stima a profondità cristallinoprofondità cristallino•• 10 mm :stima 10 mm :stima organi profondiorgani profondi ICRU Report 51, 1993ICRU Report 51, 1993




HHpp(d)(d), personal dose equivalent, is the dose equivalent , personal dose equivalent, is the dose equivalent in soft tissue, at an appropriate depth, d, below a in soft tissue, at an appropriate depth, d, below a specified point on the bodyspecified point on the body. Hp(d) . Hp(d) is recommeded is recommeded because is appropriate both for strongly and weakly because is appropriate both for strongly and weakly

equivalente di dose equivalente di dose personale, Hpersonale, Hpp(d)(d)

pp p g y ypp p g y ypenetrating radiations, depending of the value of penetrating radiations, depending of the value of d. d. Unit: J kgUnit: J kg--11, Sv , Sv

0,07 mm :stima 0,07 mm :stima a prof.pelle (shallow dose) a prof.pelle (shallow dose) 3 mm :stima a3 mm :stima a profondità cristallinoprofondità cristallino10 mm :stima 10 mm :stima organi profondiorgani profondi



1≤oper

prot

HH

grandezze radioprotezionistrichegrandezze radioprotezionistriche

dose dose efficace, efficace, equivalente equivalente

wwTTHHTT/E/E


di dose di dose e e fluenza fluenza di di neutronineutroni




E/H*(10)E/H*(10) per i neutroni: per i neutroni: •• non sempre vale: E/H*(10)>1non sempre vale: E/H*(10)>1•• EEnn > 40 MeV: la dose è in profondità > 40 MeV: la dose è in profondità

dose efficace dose efficace e equivalente di dose e equivalente di dose

per i neutroni per i neutroni

•• EEnn < 40 MeV: w< 40 MeV: wRR ≠ Q(L)≠ Q(L)•• A bordo degli aerei (>8.000 m) la relazione non valeA bordo degli aerei (>8.000 m) la relazione non vale•• wwRR (ICRP77) sono errati dal punto di vista fisico, in (ICRP77) sono errati dal punto di vista fisico, in quanto alle alte energie protoni e adroni si comportano quanto alle alte energie protoni e adroni si comportano come i neutronicome i neutroni•• dose superficiale non è importante per i neutroni dose superficiale non è importante per i neutroni

Fonte: M.Pelliccioni, Conv. AIRP, Torino 21Fonte: M.Pelliccioni, Conv. AIRP, Torino 21--ottott--20052005

ξξ=E/K=E/KaaFonte: ICRP 74, 1992

ξξ= = ξξ (E,proiez)E,proiez)

dose efficace e kerma in aria dose efficace e kerma in aria (fotoni)(fotoni)

E=E=ξξKKaa

ysic

s of

radi

atio

n pr

otec

tion,

199

6

dose e fluenza di fotoni dose e fluenza di fotoni

Font

e: D

orsc

hel B

, Sch

uric

ht V

, Ste

ner J

, The

phy




dose efficace relativodose efficace relativoFonte: ICRP 74, 1992

dose efficace e fluenza di neutronidose efficace e fluenza di neutroni


Neutron fluence VS dose coeff.Neutron fluence VS dose coeff.




Neutron E /H*(10)Neutron E /H*(10)

Font

e: E

. Fan

tuzz

i, To

, 200

5

1≤oper

prot

HH

Neutron E /H*(10)Neutron E /H*(10)sottostima

HH

oper

prot ⇒> 1

Font

e: M

. Pel

licci

oni,

To, 2

005

sovrastimaHH

oper

prot ⇒≤ 1

DDTT e fluenza di neutronie fluenza di neutroni

Fonte: ICRP 74 – ICRU 57, 1995




DDgonadsgonads AP/PA e fluenza di neutroniAP/PA e fluenza di neutroni

Fonte: ICRP 74 – ICRU 57, 1995

E (AP) e fluenza di particelleE (AP) e fluenza di particelle

Fonte: Pelliccioni M, Rad.Prot.Dosim, 88 (4) 2000

E (AP) e fluenza di particelleE (AP) e fluenza di particelle





enza

di p

arti

celle

enza

di p

arti

celle

E (I

SO)

e fl

ueE

(ISO

) e

flue


enza

di p

arti

celle

enza

di p

arti

celle

H*(

10)

e fl

ueH

*(10

) e

flue


Esempio: usando i grafici precedenti, calcolare l’intensità di dose efficace, E (mSv/h), per irraggiamento PA, in presenza di intensità di fluenza (1E3 part./s /cm2) di fotoni da 2 MeV, di neutroni termici e di neutroni da 1 GeV

tPAECPAE jj j

•

=∑= ϕ3

1),()(

j

hSvtECPAE /3636001010)()( 311 μϕγγγ === −•

hSvtECPAE termntermntermn /252360010107)()( 311... μϕ =⋅== −

•

hSvtECPAE GeVnGeVnGeVn /360036001010)()( 39)1()1()1( μϕ === −

•

hmSvPAE TOT /9,36,3252,0036,0)( ≈++=




Grandezza di riferimento

Controllo ambientale

Controllo individuale

Tipo di radiazione

Dose efficace (corpo intero) kerma in aria

Equivalente di dose ambientale H*(d) in particolare

Equivalente di dose personale Hp(10)

Fortemente penetranti (fotoni, elettroni,

caratteristiche dellecaratteristiche dellegrandezze operative di radioprotezionegrandezze operative di radioprotezione

in particolare H*(10)

Hp(10) elettroni, neutroni)

Dose equivalente - pelle - cristallino kerma in aria dose in aria dose in tessuto

Equivalente di dose direzionale H’(d,α) in particolare H’(0,07,α) H’(3,α)

Equivalente di dose personale Hp(0,07) Hp(3)

diversamente penetranti (fotoni, beta, elettroni, neutroni)

da: Brambilla, Pavia 2001

livelli di riferimento per lalivelli di riferimento per laradioprotezioneradioprotezione

se si devono prendere decisionise si devono prendere decisionitroppe informazioni troppe informazioni possono confonderepossono confondere

livello di interventolivello di interventolivello di indagine livello di indagine livello di registrazionelivello di registrazionelivello di zero…livello di zero…

• Lreg è 1/10 del limite, • Comporta la registrazione del dato radiometrico e la eventuale valutazione della dose individuale;

Livello di registrazioneLivello di registrazione

• I valori <Lreg sono considerati poco significativi, ai fini della valutazione della dose individuale e possono non essere registrati

annoisuraFrequenzaMLimitegL

/101Re ⋅=




•• LindLind, , è 3/10 del valore limite, è 3/10 del valore limite, •• il superamento è ritenuto il superamento è ritenuto sufficientemente significativo da meritare sufficientemente significativo da meritare

Livello di indagineLivello di indagine

una indagine sulle cause e sulle una indagine sulle cause e sulle conseguenzeconseguenze

annoisuraFrequenzaMLimiteLind

/103

⋅=

•• LintLint è il valore del limite, è il valore del limite, •• il superamento è il superamento è condizione di un interventocondizione di un intervento, , inteso come un insieme di azioni inteso come un insieme di azioni ––precedute da precedute da i d ii d i i l i ii l i i

livello di interventolivello di intervento

indagineindagine-- tese a riportare la situazione sotto tese a riportare la situazione sotto controllo e/o ad adottare provvedimenti, controllo e/o ad adottare provvedimenti, •• al termine è al termine è steso un verbalesteso un verbale da parte dell’EQ da parte dell’EQ

annoisuraFrequenzaMLimiteL

/int =

Livello di riferimento di dose efficaceLivello di riferimento di dose efficace

FrequenzaisicaGrandezzaFperativaGrandezzaO =

LO di dose efficace per i lavoratori esposti (*) in microsievert, freq. mensile (**) L.Intervento L.Indagine L.Registrazione Dose efficace, E 1670 500 167 Dose equivalente alle estremità 41700 12500 4170 Dose equivalente alla pelle 41700 12500 4170 Dose equivalente al cristallino 12500 37500 1250 Note: (*) per i lavoratori non esposti i livelli vanno ridotti in proporzione con riferimento ai limiti di dose; (**) per la frequenza trimestrale i valori di riferimento sono 3 volte quelli riportati in tabella




LOD’s rifetriti a un campione contenente vari radioisotopi contemporaneamente (aria, corpo, superfici, scarichi, materia, ecc.) si calcolano:

con molti radioisotopi…con molti radioisotopi…

dove Quantityj is è il risultato della misura (attività specifica) riferita al j-mo radionuclide LODj, è il LOD riferito alla misura effettuata ed la j-mo, in unità omogenee

• Sono riferiti a grandezze fisiche misurabili • La loro osservanza assicura il rispetto dei limiti primari di dose • Sono calcolati tenendo conto di vari fattori,

Livello operativo derivato, Livello operativo derivato, LOD LOD

adottando valori cautelativi: • frequenza della misurazione, generalmente riferita all’anno • altri aspetti legati all’esposizione individuale:

tempo di esposizione, risospensione, respirazione, consumo di cibo, ecc..

limite secondariolimite secondariolimite annuale di introduzione, LAI limite annuale di introduzione, LAI -- ALIALI

∑ ≤⋅=⋅⋅

≤⋅

TTT

T

SvghAttivHwAttiv

SvHAttiv

02,0)(

5,0

,50

,50deterministici

stocastici

dove • Attiv. è l’attività incorporata –in Bq• HT50,T -in Sv/Bq- è l’impegno di equivalente dose nel tessuto

o organo T per unità di attività incorporata del nuclide • h(g) è coeff. dose efficace per attività introdotta, ex All.IV

T

Il Il + + restrittivorestrittivo fra le “Attiv.” rappresenta l’fra le “Attiv.” rappresenta l’ALIALI

1≤∑i i

i

ALIAtt




Livello operativo derivato, LODLivello operativo derivato, LODdi concentrazione in aria, DACdi concentrazione in aria, DAC

∫ =≤⋅anno

inalghEALIdttBtC

1

0 )()()(

11 EEALI

dove • h(g) di inalazione (dipende dalle condizioni) • C(t) è concentrazione in aria del nuclide, in Bq/m3

• B(t), B è volume di aria respirata per unità di tempo, in m3/min. (generalmente 0,02 m3/min)

• DAC è il LOD di concentrazione in aria, Bq/m3

333 104,2

1)(02,060102

1)(

−⋅⋅

=⋅⋅⋅

=⋅

= mBqghE

ghE

BTempoALIDAC

inal

LOD concentrazione in ariaLOD concentrazione in ariaper per gas nobiligas nobili

∫

∫

≤

≤

• anno

crist

anno

T

SvdttCH

SvdttCH

15,0)(

5,0)(

1

0

1

0,50

deterministici

dove • Dsomm è il coefficiente di dose efficace per unità di concentrazione in aria, Sv·g-1/Bq·m-3, Allegato IV, tab.7

∑ ∫∫ ≤=⋅T

anno

somm

anno

TT SvdttCDdttCHw 02,0)()(1

0

1

0,50stocastici

Il Il + + restrittivorestrittivo tra i C(t) rappresenta il tra i C(t) rappresenta il DACDAC

LOD di concentrazione in ariaLOD di concentrazione in ariaper per gas nobiligas nobili

il il DAC DAC per sommersione in atmosfera per sommersione in atmosfera formata da gas nobili è: formata da gas nobili è:

•• + + restrittivo tra i C(t)restrittivo tra i C(t)ll di 2000ll di 2000•• rapportato alle ore annue di permanenza, 2000 rapportato alle ore annue di permanenza, 2000

dove • C(t) è concentrazione in aria del nuclide che deriva dalle formule precedenti, in Bq/m3; DAC è LOD di concentrazione in aria, Bq/m3

∫=⋅ −anno

esommersion dttCmBqDAC1

0

3 )(2000

1)(




LOD contaminazioneLOD contaminazionesuperfici lavoro, superfici lavoro, DLDLsupsup

4sup

sup

10

20005,0

−=

⋅=

⋅=

DACDL

DSv

DTempoLimite

DLpellepelle

pelleirragg. pelle

inalazione sup RFz

Dove: DLsup è limite derivato contaminazione superficiale, Bq/cm2 ; Dpelle è rateo dose equivalente/attività per pelle, Sv·s·Bq-1·cm2; RF è fattore di risospensione in aria, m-1, gener. 10-6-10-5

Il Il + + restrittivorestrittivo tra i DLtra i DLsupsup rappresenta il rappresenta il DL superficialeDL superficiale

Fonte, Pelliccioni, Fondamenti fisici della radioprotezione, 1993, II ed.

LOD contaminazione LOD contaminazione pelle, pelle, DLDLsksk

sksksk

pellepelle

pellesk

AttghSv

AttTempoghEDL

DkSv

DkTempoLimite

DL

⋅⋅=

⋅⋅=

⋅=

⋅=

)(200002,0

)(

20005,0irragg. esterna pelle

ingestione(*) contam.

sksk gpg )()(

dove • DLsk è LOD contaminazione della pelle, Bq/cm2

• Dkpelle è rateo dose equivalente pelle/attività, Sv·s·Bq-1·cm2

• Attsk è frazione dell’attività ingerita rispetto a quella costantemente presente su pelle, cm-2

(*)Non idoneo per composti con adsorbimento percutaneo

Il Il + + restrittivorestrittivo tra i DLtra i DLsksk rappresenta il rappresenta il DL per pelleDL per pelle

Tipo di superficie contaminata

Livelli di contaminazione che non dovrebbero essere superati (Bq.cm-2)

Superfici negli ambienti di lavoro, apparecchia-

ture, oggetti, etc.

Estensione della contaminazione, m2

Categ I

Categ II

Categoria III

Categ IV

CategV

ZONE CONTROLLATE < 1 > 1

3 0,3

30 3 30 300 3000

ZONE SORVEGLIATE < 1 > 1

1,5 0,15

15 1,5

15

150

1500

0,3 0,3 Alfa altri 30 300 Corpo umano 0,3 3

Aree di libero accesso, 0 3 0 3 3 30 300indumenti personali 0,3 0,3 3 30 300

Categoria Radionuclidi I Ac-227, Th-228, Th-230, Th-232, Th-nat, Pa-231, U-232, U-234, U-

236, alfa emettitori con Z maggiore 92 II Sm-147, Pb-210, Th-227, U-235, U-238, U-imp, U-nat, U-arr, Pu-241 III Altri nuclidi eccetto quelli delle classi IV e V IV C-14, S-35, Mn-54, Co-57, Zn-65, Ga-67, Se-75, Br-77, Sr-85, Tc-

99m, Cd-105, I-123, I-125, Cs-129, Hg-197 V H-3, Cr-51, Fe-55, Ni-63, Cs-131. NOTE ALLA TABELLA: Si adotta questa tabella indicata dal National Radiological Protection Board perché fa riferimento specifico ai singoli isotopi; la tabella è tratta da Wrixson e Linsley, 82.

Fonte: Wrixson AD, et al, NRPB-DL2, e DL-2supl., 1979 e 1982




Considerazioni: • ingestione: poco probabile se si usano le protezioni • la via di esposizione limitante è l’irradiazione

LOD contaminazioneLOD contaminazionesuperfici e pellesuperfici e pelle

pesterna della pelle per la maggior parte dei nuclidi, esclusi alfa emittenti e: H3, I125, ecc.

• questi calcoli possono risultare oltremodo restrittivi, per nuclidi a bassa tossicità, come avviene in numerosi laboratori di ricerca

Fonte, Pelliccioni, Fondamenti fisici della radioprotezione, 1993, II ed.

LOD per la popolazioneLOD per la popolazionees. contaminazione di ciboes. contaminazione di cibo

n

Jnj Consumo

ALILOD =,

ddove • ALIj è il limite di introduzione annuale per i membri

del pubblico del radionuclide j • Consumo è la quantità media di cibo di tipo n

consumata annualmente da parte del gruppo criticodi interesse, g/anno

• LODj,n LOD di attività specifica presente nel cibo, Bq·g-1

Considerazioni finali: • le assunzioni –di solito- sono sufficientemente

cautelative da garantire il rispetto dei limiti primari

Livello operativo derivatoLivello operativo derivatoLODLOD

dei limiti primari • più semplice è il modello e più affidabili

sono i livelli operativi derivati, in quanto necessitano di meno ipotesi

• nell’uso dei LOD è importante conoscere le assunzioni su cui si basano i calcoli




radioecologiaradioecologia

servono modelli ambientali per descrivere il trasporto di materiale radioattivo (diluizione e diffusione) Le discipline coinvolte sono p

Metereologia Idrologia Radioecologia

Modelli a compartimenti per rappresentare le matrici ambientali (piante, animali, suolo, ecc.)

Fonte: Pelliccioni M, Fondamenti fisici della radioprotezione, 1993


Rilascio gassoso,Rilascio gassoso, l’esposizione dell’uomo deriva da:

Irradiazione diretta da nube radioattiva I l i di tt di di tti itàInalazione diretta di radioattività Inalazione di materiale risospeso irradiazione esterna da radioattività depositata al suolo, ecc. Ingestione attraverso le catene alimentari

radioecologiaradioecologiarilascio gassosorilascio gassoso

ARIA

Irradiazione diretta dalla nube

raccolto e piante

Inalazione

DeposizioneIngestione

Materieradioattive

Suolo/H2O

animali

Deposizione

InalazioneIngestione

Irradiazione

Fonte: Pelliccioni M, 1993, Fondamenti fisici della radioprotezione

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Dipendenza dalla quota della Dipendenza dalla quota della diffusione atmosfericadiffusione atmosferica

Antonelli A, ESAS-EQ Pavia 2004

Diffusione da una sorgente Diffusione da una sorgente puntiforme puntiforme (camino) (camino)

• C = Concentrazione, Bq/m3

• Q = termine sorgente Bq/shh

Fonte: AIEA, safety series 57, 1982

Q termine sorgente, Bq/s• u = velocità vento, m/s • σ = parametri di dispersione

legate alle cond. atmosfer. xxzz

yy

ecosistema forestaleecosistema forestale

Schema della Schema della circolazione dei circolazione dei radioisotopi nei radioisotopi nei compartimenti compartimenti ambientali.ambientali.Principali vie di Principali vie di trasferimento di trasferimento di nutrienti e nutrienti e radioisotopi tra alcuni radioisotopi tra alcuni comparti di un comparti di un ecosistema forestaleecosistema forestale

Antonelli A, ESAS-EQ Pavia 2004





Rilascio in corpi idrici,Rilascio in corpi idrici, per l’uomo per l’uomo l’esposizione deriva da: l’esposizione deriva da:

Irradiazione diretta dall’acqua Irradiazione diretta dall’acqua Ingestione di acqua contaminataIngestione di acqua contaminataIngestione di acqua contaminata Ingestione di acqua contaminata Inalazione di materiale risospeso dal corpo Inalazione di materiale risospeso dal corpo idrico idrico Irradiazione esterna da radioattività Irradiazione esterna da radioattività depositata al suolo, ecc. depositata al suolo, ecc. Ingestione attraverso le catene alimentari Ingestione attraverso le catene alimentari (acqua, vegetali, carne, pesce, ecc.) (acqua, vegetali, carne, pesce, ecc.)

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elio girolettielio girolettiUniversità degli Studi di Pavia

grandezze in radioprotezione Stmp [Compatibility M… · Elio GIROLETTI - Università degli Studi...

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