LE SCHERMATURE IN RADIOPROTEZIONE

LIMITI DI DOSE E ZONE CONTROLLATE

1. LIMITI DI DOSE PER LA POPOLAZIONE

1.1)1.1) IL LIMITE DI DOSE EFFICACE PER GLI INDIVIDUI DELLA POPOLAZIONE E’ STABILITO IN 1mSv PER ANNO SOLARE.

1.2)1.2) “Fermo restando il rispetto del limite…”, sopra indicato, “…devono essere altresì rispettati in un anno solare i seguenti limiti…”a) 15 mSv di DOSE EQUIVALENTE PER IL CRISTALLINOb) 50 mSv di DOSE EQUIVALENTE PER LA PELLE “…calcolato in media su 1cm2 qualsiasi di pelle, indipendentemente dalla superficie esposta;…”c) 50 mSv di DOSE EQUIVALENTE PER MANI,

AVAMBRACCI, PIEDI E CAVIGLIE

All. III e IV del D.Lgs 230/95 modificato dal D.Lgs. 241/00

LIMITI DI DOSE E ZONE CONTROLLATE2. CLASSIFICAZIONE DEI LAVORATORI

IL LIMITE DI DOSE EFFICACE PER I LAVORATORI ESPOSTI E’ STABILITO IN 20mSv IN UN ANNO SOLARE.

2.1)2.1) LAVORATORI ESPOSTI (con età maggiore di 18 anni):a) 150 mSv di DOSE EQUIVALENTE PER IL CRISTALLINO b) 500 mSv di DOSE EQUIVALENTE PER LA PELLE

“…calcolato in media su 1cm2 qualsiasi di pelle, indipendentemente dalla superficie esposta;…”c) 500 mSv di DOSE EQUIVALENTE PER MANI,

AVAMBRACCI, PIEDI E CAVIGLIE

2.2)2.2) LAVORATORI NON ESPOSTI:“…i soggetti sottoposti ad una esposizione che non sia suscettibile di superare uno qualsiasi dei limiti fissati per le persone del pubblico”

LIMITI DI DOSE E ZONE CONTROLLATE

3. CLASSIFICAZIONE DEI LAVORATORI ESPOSTI

3.1)3.1) CATEGORIA A: “…sono suscettibili di un’esposizione superiore, in un anno solare, ad uno dei

seguenti valori:”a) 6 mSv di DOSE EFFICACEb) i 3/10 di uno qualsiasi dei limiti di DOSE EQUIVALENTE

fissati per il cristallino, per la pelle nonché per mani, avambracci, caviglie e piedi.

3.2)3.2) CATEGORIA B: I LAVORATORI ESPOSTI NON CLASSIFICATI IN CATEGORIA

A

LIMITI DI DOSE E ZONE CONTROLLATE

4. CLASSIFICAZIONE E DELIMITAZIONE DELLE AREE DI LAVORO

4.1)4.1) ZONA CONTROLLATA: “Ogni area di lavoro in cui, …, sussiste per i lavoratori in essa operanti il rischio di superamento di uno qualsiasi dei valori…” indicati al 2.1.

4.2)4.2) ZONA SORVEGLIATA: “Ogni area di lavoro in cui, …, sussiste per i lavoratori in essa operanti il rischio di superamento di uno dei limiti di dose fissati per le persone del pubblico…, ma che non debba essere classificata Zona Controllata…”

Con la nuova normativa (successiva al 1995) le classificazioni di aree e personale sono molto

meno interconnesse: ad esempio un lavoratore può superare il limite per le persone del

pubblico lavorando in più aree in nessuna delle quali, da sola, sussista il rischio di

superarlo

La classificazione supera il mero carattere di presa d’atto di una situazione rigida e acquista il significato,

più rispondente ad un criterio di prevenzione, di “attenzione” su di una particolare situazione

DIMINUZIONE DELL’ESPOSIZIONE ALLE RADIAZIONI IONIZZANTI

E’ POSSIBILE AGIRE SU TRE FATTORI

1. TEMPO DI ESPOSIZIONE

1. DISTANZA DALLA SORGENTE

1. INTERPOSIZIONE DI BARRIERE (SCHERMATURE)

PROGETTAZIONE DI SCHERMATURE

1. SCEGLIERE I LIVELLI DI RADIAZIONE CHE SI DESIDERA OTTENERE NEGLI AMBIENTI PROTETTI

1. ANALIZZARE LE CARATTERISTICHE DEL CAMPO DI RADIAZIONE

1. PROGETTARE LE BARRIERE

1. FARE DEGLI ACCORGIMENTI PER LE SOLUZIONI DI CONTINUITA’

1. SCELTA DEI LIVELLI DI RADIAZIONE NEGLI AMBIENTI PROTETTI

ANALISI DELLA DESTINAZIONE DEI LOCALI

DETERMINAZIONE DEI LIVELLI DI RATEO D’ESPOSIZIONE O DI DOSE IN BASE AI LIMITI DI DOSE

1. PRINCIPIO DI OTTIMIZZAZIONE2. FATTORE DI OCCUPAZIONE T3. FATTORE DI SICUREZZA

PRINCIPIO DI OTTIMIZZAZIONE

“TUTTE LE DOSI dovute a esposizioni mediche per scopiradiologici…, ad eccezione delle procedure radioterapeutiche, DEVONO ESSERE MANTENUTE AL LIVELLO PIU’ BASSO RAGIONEVOLMENTE OTTENIBILE E COMPATIBILE CON IL RAGGIUNGIMENTO DELLA INFORMAZIONE DIAGNOSTICA RICHIESTA, tenendo conto di fattori economici e sociali; il principio di ottimizzazione riguarda la scelta delle attrezzature, la produzione adeguata di un’informazione diagnostica appropriata …”

Art.4 D.Lgs. 187/00

FATTORE DI OCCUPAZIONE T

FATTORE DI SICUREZZA

E’ UNA FRAZIONE DEL TEMPO DI UTILIZZAZIONE DELLA SORGENTE, IN CUI L’AMBIENTE CONSIDERATO E’ OCCUPATO DA PERSONE

SI E’ SOLITI AUMENTARE LO SPESSORE DELLE SCHERMATURE, O LA CAPACITA’ SCHERMANTE ,PER FAR FRONTE ALLE APPROSSIMAZIONI CHE SI INTRODUCONO NEI CALCOLI

2. ANALISI DELLE CARATTERISTICHE DEL CAMPO DI RADIAZIONE

•SORGENTI IN GENERE•APPARECCHIATURE CONTENENTI SORGENTI •MACCHINE RADIOGENE

BISOGNA IDENTIFICARE IL TIPO E L’INTENSITA’ DELLE RADIAZIONI. LE CARATTERISTICHE PIU’ IMPORTANTI SONO:

• LO SPETTRO ENERGETICO• L’INTENSITA’ MEDIA• LA DISTRIBUZIONE GEOMETRICA

3. PROGETTARE LE BARRIERE

VALUTAZIONE DEL TIPO, DELLA GEOMETRIA E DELLO SPESSORE DEI MATERIALI DA UTILIZZARE

• ATTITUDINE DEL MATERIALE AD ASSORBIRE RADIAZIONE• ECONOMICITA’ • IL PESO• LA ROBUSTEZZA STRUTTURALE• PROBLEMI VARI, DI INGOMBRO, INFIAMMABILITA’ E EVAPORAZIONE (per schermi in paraffina o acqua)

4. SOLUZIONI DI CONTINUITA’

PER SORGENTI DI NOTEVOLE PERICOLOSITA’ E’ IMPORTANTE CONSIDERARE IL PROBLEMA

DELLA CONTINUITA’ DELLE SCHERMATURE:

• APERTURE PER ACCESSO• FORI PER CAVI E/O TUBI• EFFETTO CIELO

• PORTE SCHERMANTI• LABIRINTI

EFFETTO CIELO ESEMPIO DI RADIAZIONE DIFFUSA

DIRETTA VERSO L’ALTO LA RADIAZIONE VIENEDIFFUSA DALL’ARIA IN

ZONE APPARENTEMENTE PROTETTE DA SCHERMI

ESEMPIO DI ACCESSO A “LABIRINTO”

ZONA ESPOSTA ALLA RADIAZIONE DIRETTA

I CAMPI DI RADIAZIONEDIMINUISCONO PER RIFLESSIONI

SUCCESSIVE E DECRESCONOALLONTANANDOSI DALLE

SUPERFICI DIFFONDENTI

TIPI DI SCHERMATURE

•SCHERMATURE PRIMARIE: ATTE AD ATTENUARE IL FASCIO UTILE

•SCHERMATURE SECONDARIE: QUELLE PER LA PROTEZIONE DALLE RADIAZIONI DIVERSE DAL FASCIO UTILE

RADIAZIONI ATTORNO AD UNA SORGENTE DISTINTE IN:•PRIMARIA: DIRETTAMENTE DALLA SORGENTE•UTILE: DA DIAFRAMMA O DA LIMITATORE DI SORGENTE•DISPERSA: NON UTILE MA PARASSITA E SECONDARIA•PARASSITA: DALL’INVOLUCRO IN DIREZIONE DIVERSA DA

QUELLA DEL FASCIO UTILE•SECONDARIA: DALL’INTERAZIONE PRIMARIA-MATERIA•DIFFUSA: DEVIATA DALLA DIREZIONE PRIMARIA A CAUSA

DELL’INTERAZIONE CON LA MATERIA (BARRIERE)

1. SCHERMATURE DI PARTICELLE CARICHE

EFFETTI DA CONSIDERARE

•PERDITA DI ENERGIA PER IONIZZAZIONE E PER ECCITAZIONE

•PRODUZIONE DI RADIAZIONI SECONDARIE PENETRANTI

•DIFFUSIONE COULOMBIANA (raramente)

1.1 PARTICELLE CARICHE PESANTI

•PERDITA DI ENERGIA CONTINUA

•PROFONDITA’ DI PENETRAZIONE (RANGE)

SCHERMO DI SPESSORE MAGGIORE DEL MASSIMO RANGE DELLE PARTICELLE

1.2 ELETTRONI

PERDITA DI ENERGIA PER:•IONIZZAZIONE•IRRAGGIAMENTO PRODUZIONE DI FOTONI

800

ZE

dxdE

dxdE

ionrad

⋅≅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

UTILIZZO DI MATERIALI LEGGERI (A BASSO Z) PERDIMINUIRE LA PROBABILITA’ DI IRRAGGIAMENTO.I FOTONI PRODOTTI ( e spettro teorici) SONOSCHERMATI DA UN SECONDO STRATO OPPORTUNO

2. SCHERMATURE PER FOTONI

I FOTONI NON IONIZZANO DIRETTAMENTE LA MATERIA MA INTERAGISCONO CON ESSA ATTRAVERSO TRE EFFETTI:

1. FOTOELETTRICO2. COMPTON3. PRODUZIONE DI COPPIA

QUESTI EFFETTI PRODUCONO SECONDARI CARICHI CHE IONIZZANO E FOTONI DIFFUSI IN VARIE DIREZIONI.

2.1 FASCI DI FOTONI IN BUONA GEOMETRIAIPOTESI INIZIALI:

•FASCIO MONOENERGETICO•PROBABILITA’ DI INCIDENZA SUL RIVELATORE NULLA PER UN FOTONE DIFFUSO•ASSORBIMENTO ESPONENZIALE

STRATO EMIVALENTE

SEV

⎪⎩

⎪⎨

⎧

==

=−

−

μ

μ

μ

2ln

2

)(

2/1

00

0

2/1

s

eNN

eNxNs

x

2.2 FOTONI IN CATTIVA GEOMETRIA

CASO PIU’ ATTINENTE ALLA REALTA’ IN QUANTO LO STESSO PAZIENTE RAPPRESENTA UN MEZZO DIFFUSIVO

FATTORE DI ACCUMULAZIONE (BUILD UP)= B

I FOTONI INTERAGENTI CON LA MATERIA NON VENGONO RIMOSSI DAL FASCIO

IL COEFFICIENTE DI BUILD UP E’ PROPRIO IL RAPPORTO TRA LA CURVA DI ASSORBIMENTO

REALE E QUELLA DEL MODELLO ESPONENZIALE

aeaBXX μμ −= )(0

In termini di esposizione

• X0 ESPOSIZIONE SENZA SCHERMATURE

• μ COEFFICIENTE DI ATTENUAZIONE TOTALE ALL’ENERGIA INCIDENTE E0

• a LO SPESSORE DELLO SCHERMO

LA CORREZIONE INTRODOTTA E’ MAX QUANDO L’E.C. DOMINA SULL’E.F. E SULLA P.P.

Schermi multistrato :

a1 a2

• I fattori B sono di solito calcolati per radiazione monoenergetica e dopo il primo strato non è più vero•l’ordine degli strati condiziona l’effetto.•si ricorre a formule semiempiriche:

Se Z1 ~ Z2 (Z1-Z2<= si sceglie B dello Zmagg B=Bmax(μ(a1+a2))

Se Z1<<Z2 si usa B del secondo mezzo e si trascura il primo

Se Z2>>Z1 :

B dipende dal valore dell’energia dei fotoni primari rispetto al valore per il quale μ è minimo:

per materiali pesanti questo valore è circa 3 MeV.

Se E< 3 MeV B=Bz1(μ1a1).Bz2(μ2a2)Se E> 3 MeV B=Bz1(μ1a1).Bz2(μ2a2)min

In tutti I casi è sempre possible calcolare I fattori numericamente

MATERIALI UTILIZZATI PER SCHERMATURE DI RADIAZIONE EM

LA SEZIONE D’URTO PER EFFETTO FOTOELETTRICO HA UNA FORTE DIPENDENZA DAL NUMER ATOMICO (Z45)

MATERIALI PIU’ EFFICIENTI HANNO:• ALTO Z

• ALTA DENSITA’

1. PIOMBO: SCARSA RESISTENZA MECCANICA, BASSO PUNTO DI FUSIONE, ALTA TOSSICITA’ E COSTO.

2. FERRO O ACCIAIO: MEDIO Z, MEDIO COSTO, ROBUSTEZZA STRUTTURALE, FACILE LAVORAZIONE MECCANICA.

3. CALCESTRUZZO: PER ACCELERATORI, IMPIANTI IN CUI SI UTILIZZA IL Co60. EVENTUALMENTE CARICATOCARICATO: CON MATERIALI INERTI DI DENSITA’ E/O Z MEDIO PIU’ ALTO (BARITE, ILMENITE, TRUCIOLI DI FERRO,…)

3. SCHERMATURE PER NEUTRONI

PROCESSI PIU’ RILEVANTI PER L’ASSORBIMENTO DI FASCI DI NEUTRONI NELL’INTERAZIONE CON LA MATERIA IN FUNZIONE DELL’ENERGIA:

1. E2MeV: DIFFUSIONE ELASTICA SU NUCLEI LEGGERI RAPIDO RALLENTAMENTO (fino ad E termiche)CATTURA E ASSORBIMENTO

2. 2MeV<E<10MeV: DIFFUSIONE ELASTICA ED ANELASTICA DEGRADAZIONE DELLO SPETTRO DI ENERGIA DEI NEUTRONI PRESENTI

1. E>10MeV: REAZIONI NUCLEARI MOLTIPLICAZIONI DI NEUTRONI PRESENTI E PROCESSI IN CASCATA

RICORDIAMO

BUONA GEOMETRIA MODELLO DI ASSORBIMENTO ESPONENZIALE IN CUI A μt= SEZIONE D’URTO TOTALE

CATTIVA GEOMETRIA FATTORE DI BUILD UP

( )ϕ ϕn n t s= −0 exp ΣIn termini di flusso

( )ϕ ϕn n tB s= −0 exp Σ

APPROX NON BUONA E B DIFFICILE DA CALCOLARE…. ma ora ci sono programmi Montecarlo

TEORIA DELLA SEZIONE D’URTO DI RIMOZIONE

NELLA LEGGE ESPONENZIALE SI INTRODUCE UNA SEZIONE D’URTO MACROSCOPICA DETTA:

SEZIONE D’URTO DI RIMOZIONE (rem)

rem ESPRIME LA PROBABILITA’ CHE UN NEUTRONE SUBISCA INTERAZIONI TALI (IN NUMERO E TIPO) DA NON ESSERE PIU’ CONSIDERATO AI FINI DELLA DOSE DOPO LO SCHERMO

PROBABILITA’ DI RIMOZIONE DAL FASCIO

PROBLEMA: QUANDO QUESTO E’ VERAMENTE POSSIBILE?

INFORMAZIONI MIGLIORI OTTENUTE CON VALUTAZIONI ANALITICHE: METODO MONTECARLO

MATERIALI UTILIZZATI PER SCHERMATURE DI NEUTRONI

1. MATERIALI IDROGENATI: RALLENTANO I NEUTRONI PER DIFFUSIONE ELASTICA. ASSOCIATI CON MATERIALI AD ELEVATA SEZIONE D’URTO DI CATTURA PER NEUTRONI TERMICI (BORO, PARAFFINA, POLIETILENE, ACQUA)

• PARAFFINA: INFIAMMABILE, BASSO P.TO DI FUSIONE, DETERIORAMENTO DA RADIAIZONE

• POLIETILENE: COSTOSO, BUONE CARATTERISTICHE MECCANICHE

• ACQUA: PERDITE PER EVAPORAZIONE E INFILTRAZIONE

AL CRESCERE DELL’ENERGIA E’ IMPORTANTE LA PRESENZA NEL MATERIALE SCHERMANTE DI ELEMENTI MEDI O PESANTI

2. CALCESTRUZZO: PUO’ CONTENERE FINO AL 67% IN PESO DI IDROGENO

CALCOLO DELLE SCHERMATURE

ESISTONO VARI MODELLI PER IL CALCOLO DELLE SCHERMATURE. SI BASANO SU UNA SERIE DI PARAMETRI:

1. TIPO DI BARRIERA PROTETTIVA ( primaria /secondaria)2. CARICO DI LAVORO (W), espresso in mAmin/sett3. FATTORE DI USO DELLA BARRIERA (U)4. FATTORE DI OCCUPAZIONE DEGLI AMBIENTI A VALLE

BARRIERA (T)5. DISTANZA DELLA BARRIERA PROTETTIVA DALLA

SORGENTE DI RADIAZIONE6. LIVELLO DI IRRADIAZIONE RICHIESTO A VALLE DELLA

BARRIERA

TABELLE NUMERICHE DEI FATTORI DI USO RACCOMANDATI DALLA ICRP

TIPO D’USO U ESEMPI

TOTALE 1 Pavimento (per gli impianti di radiologia dentaria), pareti, soffitto della sala RX esposti al fascio diretto

PARZIALE 1/4 Porte e pareti non esposti direttamente, pavimento dei stanze di radiologia dentaria.

OCCASIONALE 1/16 Soffitto delle sale non esposto direttamente

TIPO DI OCCUPAZIONE

T ESEMPI

TOTALE 1

Sale comandi, uffici, corridoi e sale d’attesa

abbastanza grandi, camere oscure, locali di abitazione

PARZIALE 1/4

Corridoi di transito, magazzini, servizi igienici

per personale esposto

OCCASIONALE 1/16

Ripostigli, scale, ascensori automatici, servizi igienici utilizzati da personale non

esposto, strade e marciapiedi

TABELLE NUMERICHE DEI FATTORI DI OCCUPAZIONE RACCOMANDATI DALLA ICRP

ESEMPIO DI CALCOLO DI UNA BARRIERA PRIMARIA PER UN APPARATO A RAGGI X

CARICO DI LAVORO W [mAmin/sett] RAPPRESENTA LA CARICA CHE PASSA IN MEDIA NEL TUBO IN UNA SETTIMANA.

PIU’ GRANDE E’ W

MAGGIORE E’ L’ESPOSIZIONE

LO SPESSORE DELLE BARRIEREDIPENDE DAL CARICO DI LAVORO

B

Xt

W U Td

=

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

⋅ ⋅

ΔΔ max

2

ΔΔX

t⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

max

MASSIMA INTENSITA’ DI ESPOSIZIONE PERMESSA

OLTRE LA BARRIERA PRIMARIA

=

W U T⋅ ⋅ =MISURA ESPOSIZIONE CHE SI HA IN MEDIA IN

UNA SETTIMANA A UNADISTANZA FISSA

unitàCkg settmAm sett

Ckg m

mA= ⋅

⋅

=⋅

⋅

− −1

2

1 2

min min

€

{K

ESEMPIO DI CALCOLO DI UNA BARRIERA SECONDARIA PER UN APPARATO A RAGGI X

RADIAZIONE • DI FUGA• DIFFUSA

CALCOLO DELLO SPESSORE DI UNA BARRIERA SECONDARIA PER LA RADIAZIONE DI FUGA

L’ICRP RACCOMANDA DI UTILIZZARE UNA CUFFIA DI SPESSORE TALE DA RIDURRE L’ESPOSIZIONE A 1m DAL TUBO

ΔΔΔΔ

Xt

d

Xt

T tfuga

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟ ⋅

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟ ⋅ ⋅

max

2

FATTORE DI TRASMISSIONE

DELLA BARRIERA

SECONDARIA

=

• FATTORE DI TRASMISSIONE IN FUNZIONE DEL NUMERO DI STRATI EMIVALENTI (SEV)• SEV(cm) DI CALCESTRUZZO O (mm) DI PIOMBO IN FUNZIONE DELL’ENERGIA DEI FOTONI

N.B.: SUPPONENDO UN ATTENUAZIONE DI TIPO ESPONENZIALE VALIDA CERTAMENTE NEL CASO DI UN TUBO RX

CALCOLO DELLO SPESSORE DI UNA BARRIERA SECONDARIA PER LA RADIAZIONE DIFFUSA

B B

Xt

W Td

s

s

⇒ =

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

⋅⋅

ΔΔ max

250 2

• FATTORE DI UTILIZZO U=1• CORPO DIFFONDENTE A d=0.5m DALLA SORGENTE

WUT/d2 = WT/0.52 = 4WT

• INTENSITA’ DI ESPOSIZIONE AD 1m DAL FANTOCCIO SIA UGUALE AL 0.1%:

•LEGGE DEL QUADRATO DELLA DISTANZA (d ds)

4 1

1000 2502 2

⋅ ⋅⋅ =

⋅⋅

W Td

W Tds s

CONFRONTO TRA SPESSORE DELLE DUE BARRIERE(PER RADIAZIONE DI FUGA E DIFFUSA)

• SE DIFFERISCONO PER UN NUMERO MINORE DI TRE STRATI EMIVALENTI (CALCOLATI AD ENERGIA RAD. PRIMARIA)

SI AGGIUNGE UN SEV ALLO SPESSORE MAGGIORE

• SE DIFFERISCONO PER PIU’ DI TRE STRATI EMIVALENTI

SI UTILIZZA LO SPESSORE MAGGIORE