Radiazioni Ionizzanti

Generalità

22

Radiazione

Con il termine “radiazione” si intende descrivere una forma di trasferimento dell’energia nello spazio.

Radiazioni Ionizzanti

Radiazioni capaci di causare ionizzazione negli atomi del mezzo che attraversano

33

Radiazioni Ionizzanti

In base alla naturaElettromagnetiche: raggi x, raggi γCorpuscolate: raggi α, protoni, neutroni.

In base al meccanismo di ionizzazioneDirettamente ionizzantiIndirettamente ionizzanti

44

Radiazioni Corpuscolate:Particelle atomiche o subatomiche (alfa, elettroni e protoni) che trasportano energia in forma di energia cinetica di una massa in movimento.

Radiazioni ElettromagneticheL’energia è trasportata per mezzo di onde e.m. che percorrono lo spazio alla velocità della luce.

55

Isotopi

• Vengono definiti isotopi gli atomi con lo stesso numero di protoni ma diverso numero di neutroni.

• Gli isotopi possono essere stabili o instabili (radioattivi), in ogni caso, essendo forme dello stesso elemento, posseggono identiche caratteristiche chimiche.

• La stabilità dipende dal rapporto tra protoni e neutroni del nucleo dell’atomo.

• Gli isotopi instabili riacquistano stabilità mediante l’emissione di una particella carica dal nucleo (radioattività o decadimento radioattivo)

66

Il nucleo atomico

Modello del nucleo a nucleoni

Dato un cero elemento, numero atomico Z

Nucleo formato da Z protoni + N neutroni

A = Z + N numero di massa

Z caratterizza l’elemento

A caratterizza l’isotopo

Massa del neutrone circa 0.1% maggiore della massa del protone

77

Unità di misura

1 eV = energia acquistata da un elettrone nell’attraversare la differenza di potenziale di 1 Volt

1 eV = 1.6 x 10-19 J

1 keV = 103 eV

1 MeV = 106 eV

88

Radiazione elettro-magnetica

Onda elettromagnetica piana:

T periodo (s) n frequenza (Hz) n n = 1/T

lunghezza d’onda (m) c velocità di propagazione (m/s) nel vuoto: c = 3 x 108 m/s

l n = c

99

Spettro delle radiazioni elettromagnetiche

1010

Ionizzazione• La ionizzazione degli atomi della materia

irradiata è legata alla liberazione degli elettroni orbitali dai legami energetici con i rispettivi nuclei; le radiazioni ionizzanti devono quindi possedere energia sufficiente ad impartire agli elettroni del materiale irradiato energia cinetica sufficiente a metterli in movimento come elettroni veloci (ionizzazione primaria).

• Gli elettroni liberati hanno sufficiente energia cinetica per produrre, a loro volta, altre ionizzazioni (ionizzazione secondaria) perdendo progressivamente l’eccesso di energia cinetica fino a ritornare ad uno stato di quiescenza.

1111

Assorbimento di energia

= h

Ec

Wie = Wi + Ec

Assorbimento di un fotone

ionizzazione

Wi = h

Wj

Assorbimento di un fotone

eccitazione

= Wi – Wj

1212

Emissione di energia

Wi

Wj = Wi – Wj

Emissione di un fotone di

fluorescenza

Wi

Wj

Wx

Ec = (Wi – Wj) – Wx

EcEmissione di un elettrone Auger

1313

Interazione delle R.I. con la materia

• Le particelle alfa (nuclei di Elio), attraversando la materia con massa elevata e doppia carica elettrica positiva esercitano lungo il loro percorso una rilevante forza di attrazione sugli elettroni orbitali degli atomi.

• Questa attrazione può strappare via uno o più di questi elettroni (ionizzazione) con perdita di parte dell’energia della particella.

• A causa della loro massa le particelle alfa si muovono in modo relativamente lento e cedono tutta la loro energia in tragitti brevi, densi e rettilinei (radiazioni ad alto let).

• Percorso massimo di una particella alfa:– Pochi cm in aria– Pochi m nel tessuto vivente (non superano lo strato

corneo dell’epidermide)

1414

Interazione delle particelle alfa con la materia

• La radiazione alfa non rappresenta un rischio per contaminazione esterna (tutta la radiazione è assorbita dallo strato corneo)

• L’inalazione e l’ingestione di un alfa-emettitore rappresenta un serio pericolo (es. gas radon)

1515

Interazione delle R.I. con la materia

• Le particelle beta, (elettroni) a causa della loro piccola massa e della carica elettrica negativa, vengono continuamente deviate nel loro percorso dagli elettroni degli atomi che attraversano.

• Il percorso delle particelle beta è tortuoso all’interno della materia.

1616

Interazione delle radiazioni elettromagnetiche con la materia

• Le radiazioni di natura elettromagnetica (raggi x, raggi gamma) hanno basso Let e bassa intensità di ionizzazione per cui penetrano profondamente nella materia vivente.

• La loro pericolosità è sia per irradiazione esterna, sia per contaminazione interna.

1717

Interazione delle particelle beta con la materia

• Le particelle beta hanno un comportamento intermedio tra le alfa e le elettromagnetiche, penetrando per una lunghezza intermedia all’interno della materia.

• Risultano pericolose per contaminazione esterna sulla cute (radiodermite) ed interna o incorporazione in organi specifici (es. radioiodio per la tiroide)

1818

Capacità di penetrazione

Principali grandezze ed unità dosimetriche

2020

Attività radioattiva

Attività radioattiva = n. decadimenti/s( “velocità di decadimento”)

Unità di misura SI:

becquerel 1 Bq = 1/s

1 Bq = 1 decadimento al secondo unità troppo piccola

Unità pratica: curie: attività di 1g di radio (decadimento : 234Ra 230Rn, =1620 anni)

1 Cu = 3.7 1010 Bq

2121

Dose assorbita (D)

Energia media assorbita nell’unità di massaD = E/m

D = dose assorbitaE = energia ceduta dalla radiazionem = massaL’unità di misura della dose assorbita è il Gray

1 Gray = 1 Joule/Kg = 100 radAi fini radoprotezionistici la dose assorbita (D) indica la

dose media in un tessuto o in un organo

2222

Dose equivalente (H)

Dose assorbita media in un tessuto od in un organo T ponderata in base al tipo ed alla

qualità della radiazioneHt = D x Wr

D = dose assorbitaWr = fattore di ponderazione della radiazione L’unità di misura della dose assorbita è il Sievert

1 Sievert = 1 Joule/Kg = 100 rem

2323

Fattori di peso per le radiazioni

Tipo di radiazione valore di Wr

Raggi x, raggi ,partcelle

1

Neutroni termici (< 10kev)

5

Neutroni non termici,particelle

20

2424

Dose efficace (E)

Somma delle dosi equivalenti ponderate nei tessuti e negli organi

E = Ht x Wt

Ht = dose equivalente media all’organo o tessuto t

Wt = fattore di ponderazione per l’organo o tessuto t

L’unità di misura della dose efficace è il Sievert

2525

TESSUTO OORGANO

FATTORE DI PESOWt

Gonadi 0,2Polmoni, Colon,Midollo osseo

0,12

Tiroide, mammella 0,05Pelle 0,01

Fattori di peso per organi e tessuti

2626

Dose Impegnata

Dose ricevuta da un organo o da un tessuto in un determinato periodo di tempo, in seguito

all’introduzione di radionuclidi

E’ determinata dal tipo di radiazione emessa e dal tempo di dimezzamento (T1/2 effettivo) di uno specifico isotopo.

2727

Dall’irraggiatore all’irraggiato: sintesi

Dall’emissione...

...all’assorbimento

Sorgente radioattivaAttività becquerel, curie

Materiale irraggiatoEsposizione C/kg, röntgen

Assorbimento Dose assorbita gray, rad

Danno biologicoDose equivalente/efficace

sievert, rem

2828

Gli effetti biologici dipendono da...

2929

Radiazioni naturali e artificiali