RADIOATTIVITÀ

La radioattività è un fenomeno per il quale alcuni nuclei atomici (radionuclidi) a causa della loro instabilità decadono in una specie atomica di

maggiore stabilità a contenuto energetico inferiore.

Che cos’ è

Atomo

L’ atomo è la più piccola parte di ogni elemento

esistente in natura che ne conserva le

caratteristiche chimiche.

Per ogni atomo vengono identificate le relative grandezze:

A = Numero di massa: Numero di tutte le particelle che si trovano nel nucleo (Protoni – Neutroni)

Z = Numero atomico: Numero dei soli protoni che corrisponde in condizioni normali al numero di elettroni.

Atomo - Notazione

I decadimenti che un atomo compie quando cerca di raggiungere la stabilità sono:

Decadimento αDecadimento βDecadimento γ

Radiazione e decadimento

Radiazione e decadimento α

Le particelle α sono formate da due protoni e due neutroni (corrispondono a un nucleo di elio) e hanno una massa pari a circa 8000 masse elettroniche.

Il decadimento α interessa solo nuclei molto pesanti con numero di massa superiore a 209.

Le particelle α vengono emesse con energie comprese tra 4 e 8 MeV

Tali particelle interagiscono direttamente con la materia essendo dotate di carica elettrica

Hanno una bassa capacità di penetrazione. (Un foglio di carta può schermare tutte le particelle alfa emesse da sorgenti naturali)

A causa della loro enorme massa non subiscono deviazioni di percorso.

Radiazione e decadimento α

Radiazione e decadimento β

Le particelle β sono positroni o elettroni ad alta energia

Hanno massa pari a quella di un elettrone

I nuclei convertono un neutrone in eccesso in protone ed avviene un decadimento β-

Radiazione e decadimento β

Subiscono numerose deviazioni a causa della loro massa ridotta

Sono molto più penetranti delle particelle alfa

Le particelle γ sono una forma di

radiazione di tipo elettromagnetico.

Le particelle γ sono molto più

penetranti in quanto non

reagiscono con la materia.

Radiazione e decadimento γ

L’ energia delle radiazioni si misura in eV. Il danno prodotto sulle cellule dalla radiazione ionizzante è funzione della quantità di energia che

esse ricevono. Esso si misura in base all’energia assorbita per

unità di massa (DOSE Gray = Gy = J/kg).

Dose

Per effettuare le misure si è utilizzato un contatore Geiger GM-10 della Black Cat System. Esso rivela

le radiazioni ionizzanti che lo attraversano e ionizzano le molecole di gas che si trovano al suo interno. La raccolta di queste cariche, effettuata

applicando un campo elettrico nel rivelatore, genera un impulso elettrico, testimone dell’

avvenuta ionizzazione.

Strumentazione utilizzata

Apparecchiature utilizzate

Mac G4Mac G4 Computer usato per Computer usato per l’acquisizione datil’acquisizione dati

Irraggiatore IM6 Irraggiatore IM6 (tema)(tema)

Contenitore schermato Contenitore schermato a controllo remoto a controllo remoto contenente 5 sorgenti contenente 5 sorgenti radioattiveradioattive

Banco otticoBanco ottico Sistema di Sistema di distanziamento remoto distanziamento remoto regolante la distanza regolante la distanza sorgente-rivelatoresorgente-rivelatore

Lo stage può essere riassunto essenzialmente in 4 fasi:

1. Taratura dello strumento.2. Effetto del fattore distanza.3. Effetto del materiale schermante.4. Misure in campo.

Procedimento e metodologia

Inizialmente si è effettuata la taratura del contatore Geiger. Ciò è servito a relazionare l’ uscita del contatore (colpi al minuto) alla dose

assorbita in Gy (indicandoci il rischio che la cellula ha di subire danni)

Taratura dello strumento

Taratura dello strumento

μGy/h c/m

Co-60

117.140 14806

52.332 6950

29.319 3998

18.707 2712

13.008 1795

10.250 1409

5.075 627

2.621 340

1.698 235

1.185 145

μGy/h c/m

Cs-137

2006.825 101946

901.767 63449

505.202 41669

318.248 30354

223.471 21257

35.616 3927

17.566 1788

10.125 1051

6.715 694

4.628 462

μGy/h c/m

Am-241

20.318 7729

9.094 3504

5.623 1955

3.723 1308

2.739 869

y = 126.77x + 115.6

y = 390.11x - 164.51

y = 111.54x - 80.793

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

0 20 40 60 80 100 120 140

μGy/h

c/m Am-241

Co-60

Cs-137

Taratura dello strumento

Dal grafico si ricava la relazione tra i colpi al minuto rilevati dal contatore Geiger e la

rispettiva Dose in Gy.Essa varia a seconda dell’ energia della

sorgente.

Effetto del fattore distanza.

Nella seconda fase dello stage si è misurato l’ effetto della distanza sorgente-rivelatore

sulla radiazione.

Effetto del fattore distanza

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

Distanza (m)

Mis

ura

(c/

m)

Am-241 11100Mbq

Co-60 287Mbq

Co-60 3700Mbq

Cs-137 3700Mbq

Cs-137 698Mbq

Dalla valutazione di come il fattore distanza influisce sulla radioattività, emerge che essa è inversamente proporzionale ai quadrati della distanza. Ciò risulta

essere utile poiché allontanarsi da una sorgente radioattiva riduce notevolmente la dose assorbita.

Effetto del fattore distanza

In questa fase dello stage, con questa serie di misure, si è analizzato l’ effetto di vari tipi di

schermature sulla radiazione ionizzante.

Effetto del materiale schermante

Schermature CobaltoCobalto - Rame

Spessore (mm) Media (c/m) Val. effettivo (c/m) σ

0 14357 14301 222

1 13912 13856 211

2 13496 13440 236

3 12972 12916 304

7 11503 11447 241

11 10091 10035 176

19 7803 7747 250

27 6016 5960 178

35 4628 4572 196

43 3515 3459 160

51 2144 2088 157

60 1590 1534 94

Cobalto - Piombo

Spessore (mm) Media (c/m) Val. effettivo (c/m) σ

0 14357 14301 222

1 13520 13464 222

4 11664 11608 267

7 10092 10036 257

11 8331 8275 247

15 6859 6803 169

19 5558 5502 192

23 4541 4485 164

Schermature Cobalto

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

0 10 20 30 40 50 60 70

Spessore (mm)

Schermatura Rame

Schermatura Piombo

Effetto del materiale schermante

Da questa serie di misure emerge che per una stessa energia della radiazione

ionizzante, a seconda della densità di materiale schermante si ottengono delle

attenuazioni differenti.

Misure in campo

In questa fase dello stage si sono effettuate delle misure in campo per misurare il fondo ambientale.

Misure in campo

Misure in campo

Dalle misure in campo emerge che il fondo ambientale è sempre costante, fatta eccezione

per alcuni materiali come il tufo, che in ogni caso non presentano rischi per la salute.

Danni su tessuti organici

Gli effetti delle radiazioni sui tessuti organici si possono dividere in stocastici e deterministici.

Gli effetti stocastici sono degli effetti che variano da persona a persona e che vengono contratti a seguito si assunzione di piccole dosi.

Gli effetti deterministici sono degli effetti che avvengono in seguito ad assunzioni di dosi massicce.

Il fondo ambientale non comporta nessuno di questi effetti. La dose ambientale è infatti dell’ ordine di 10-9 rispetto alla minima dose pericolosa.

Tempo dall'irradiazione

Sindrome cerebrale

Sindrome gastrointestinale

Sindrome ematologica

> 50 Gy 5-20 Gy 2-5 Gy

Primo giorno Nausea Vomito Diarrea Cefalea Eritema

Disorientazione

Nausea Vomito Diarrea

Nausea Vomito Diarrea

Seconda settimana Agitazione Atassia

Sonnolenza Coma

Convulsioni Shock Morte

Vomito Diarrea

Cachessia Prostrazione

Morte

Terza e quarta settimana Malessere Astenia

Anoressia Vomito Febbre Nausea

Emorragia Depilazione Recupero

Effetti deterministici

Si ringrazia:1. Il Direttore professore Mario Calvetti2. I Tutori Maurizio Chiti, Astrik Gorghinian,

Giuseppe Carinci3. Il SIS

Ringraziamenti