Stato dell’arte nella radioprotezione

Stato dell’arte nella radioprotezione

Giovanni E. GIGANTE,

Facoltà di Scienze MFN

La Fusione Fredda e sue implicazioni a 20 anni dall’Esperimento di Fleischmann&Pons, Lunedì 20 aprile 2009

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RADIAZIONI IONIZZANTI

Direttamente ionizzanti

Indirettamente ionizzanti

Interazioni della radiazione con la materia

•Danno biologico (dose, dose efficace)

•Schermatura (attenuazione)

•Rivelazione (analisi qualitativa e quantitativa)


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I principi della radioprotezioneLa circostanza che nessuna esposizione alle radiazioni ionizzanti, per quanto modesta, possa essere considerata completamente sicura, ha spinto l'ICRP (International Commission on Radiation Protection), istituzione internazionale cui viene riconosciuto un ruolo di assoluta preminenza nel campo della radioprotezione, a raccomandare, a partire dagli anni ’70, un sistema di protezione radiologica basato su tre fondamentali principi:

– giustificazione della pratica;– ottimizzazione della protezione;– limitazione delle dosi individuali.


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Principio di giustificazione• Secondo il quale ogni attività con radiazioni ionizzanti deve essere giu-

stificata, ovvero il beneficio collettivo ottenuto dall'uso delle radiazioni ionizzanti deve essere superiore al detrimento sanitario dovuto al loro utilizzo.“Le esposizioni mediche devono mostrare di essere sufficientemente efficaci mediante la valutazione dei potenziali vantaggi da esse prodotti, inclusi i benefici diretti per la salute della persona e della collettività, rispetto al danno che l'esposizione potrebbe causare, tenendo conto dell'efficacia, dei vantaggi e dei rischi di tecniche alternative disponibili, che non comportano un'esposizione alle radiazioni ionizzanti ovvero ne comportano una minore” ed ancora “tutte le esposizioni mediche individuali devono essere giustificate preliminarmente, tenendo conto degli obiettivi specifici dell'esposizione e delle caratteristiche della persona interessata” (DLgs 187/00).

• Passando dalla dichiarazione di principio all’attuazione pratica, si osserva che:

– nei paesi avanzati più del 20 % delle esposizioni mediche effettuate non sono necessarie (UNSCEAR 2000) e molte indagini radiologiche sono ripetute inutilmente.


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Principio di ottimizzazione • Secondo il quale l'esposizione alle radiazioni

ionizzanti deve essere mantenuta a livelli più bassi possibili compatibilmente con le condizioni economiche e sociali (principio ALARA, as low as reasonably achievable).“Le esposizioni debbono essere mantenute al livello più basso ragionevolmente ottenibile, tenuto conto dei fattori economici e sociali” (DLgs 187/00). Dubbi applicativi, per es. derivano dalle seguenti considerazioni:


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Principio di limitazione delle dosi individuali

• Secondo cui fatti salvi i precedenti principi sono fissati limiti di dose per i lavoratori e la popolazione, che non devono essere superati nell'esercizio di attività con radiazioni ionizzanti. Tale principio non si applica alle esposizioni mediche.“La somma delle dosi derivanti da tutte le pratiche non deve superare i limiti di dose stabiliti per i lavoratori esposti, gli apprendisti, gli studenti e gli individui della popolazione.” (d.lgs 230/95).

• Per i pazienti sono definiti i Livelli Diagnostici di Riferimento, che sono livelli di dose nelle pratiche radiodiagnostiche mediche o, nel caso della medicina nucleare diagnostica, livelli di radioattività, per esami tipici per gruppi di pazienti di corporatura standard e per tipi di attrezzatura. Tali livelli non dovrebbero essere superati per procedimenti standard, in condizioni di applicazioni corrette e normali riguardo all'intervento diagnostico e tecnico.


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Fig.1 Composizione della dose efficace media mondiale

Thoron Applicazioni mediche

Altro

Radiazione

cosmica

Gamma

R.N. interni al corpo

Radon


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Tavola degli isotopiNoti: 114 elementi 260 nuclidi stabiliProdotti artificialmente 2600 nuclidi radioattivi


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12C (98.9%)66

protoni (z)neutroni (n)

elettroni (z)

13C (1.1%)76

14C86

stabile radioattivo


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Abbondanze isotopiche in natura• Le abbondanze degli elementi e degli isotopi in natura

dipendono dalla nucleosintesi del sistema solare.• Le abbondanze naturali dei vari isotopi in natura sono

quasi costanti su tutta la terra.• Le piccole differenza o variazioni possono essere

utilizzate per ricostruire processi naturali o antropogenici.• Differenze nelle abbondanze isotopiche in differenti

sostanze, o fasi differenti della stessa sostanza, sono caratteristiche della loro origine: isotopi come traccianti.

• Cambiamenti nella composizione isotopica avvengono in quasi tutti I processi fisici e chimico-fisici (frazionamento): isotopi come markers.

• Per gli isotopi radioattivi una segnatura addizionale è il tempo.


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RADIONUCLIDI IN NATURA• radionuclidi primordiali - I radionuclidi prodotti al

tempo della formazione del sistema solare sono sopravvissuti fino a oggi solo le la loro vita media è dell’ordine dell’età della terra (miliardi di anni);

• radionuclidi cosmogenici - Radionuclidi a vita media più breve sono prodotti naturalmente per bombardamento dell’atmosfera da parte dei raggi cosmici e la loro abbondanza è (quasi) all’equilibrio;

• radionuclidi antropogenici - Radionuclidi a vita media breve (in misura minore anche lunga) sono prodotti artificialmente per vari scopi (produzione di energia, armamenti, controlli industriali, diagnostica e terapia medica, etc).


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Dose media dovuta alle sorgenti naturali di radiazioni

ionizzanti

Sorgente Dose efficace annuale media Range tipico (mSv) della popolazione mondiale

(mSv)Esposizione esternaRaggi cosmici 0.4 0.3 – 1.0a

Radiazione gamma terrestre 0.5 0.3 – 0.6b

Esposizione internaInalazione (principalmente radon) 1.2 0.2 – 10c

Ingestione 0.3 0.2 – 0.8d

TOTALE 2.4 1 – 10

a. Range tipico dal livello del mare fino ad alta quotab. In funzione della composizione in radionuclidi del suolo e dei materiali da costruzionec. In funzione dell’accumulo indoor di radond. In funzione della composizione in radionuclidi di cibi ed acqua potabile


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• Per tener conto della diversa pericolosità (potenziali-tà di indurre un danno ai tessuti biologici) delle differenti tipologie di radiazioni incidenti, si introdu-ce il cosiddetto fattore di ponderazione della radia-zione, wR. Si tratta di un parametro che tiene conto della differente pericolosità delle varie radiazioni - a parità di dose assorbita - rispetto alla radiazione di riferimento (fotoni), cui viene assegnato per definizione un wR uguale a 1. Il prodotto della dose assorbita in tessuto, D, per il fattore di ponderazione, wR prende il nome di dose equivalente, H (Sievert)

H= wR D (Sievert - Sv)

• La dose equivalente si misura in Sievert (Sv), e rappresenta la grandezza usata nell’ambito della legislazione italiana (d.lgvo 241/00) e degli standard protezionistici per definire i valori limite, nel caso di esposizioni omogenee del corpo.


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fattore di ponderazione wR

• Radiazione Energia wR• Fotoni tutte le energie 1• Elettroni e muoni tutte le energie 1• Neutroni < 10 keV 5• " 10 - 100 keV 10• " 100 keV - 2 MeV 20• " 2 - 20 MeV 10• " > 20 MeV 5• Protoni (escluso rinculo) > 2 MeV 5• alfa, frammenti di fissione, nuclei pesanti 20


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• Per tener conto della diversa radiosensibilità dei diversi organi e tessuti del corpo umano per gli effetti stocastici, si introduce la dose equivale-nte efficace, E, somma delle dosi equivalenti efficaci nei diversi organi e tessuti, HT, ciascuno moltiplicato per un fattore di ponderazione, wT, che tiene appunto conto della diversa radiosen-sibilità degli organi irraggiati.

• Questa grandezza è stata definita per tenere conto del diverso effetto sui vari tessuti o organi della radiazione, tramite un fattore che tiene conto della risposta di ciascun organo (o tessuto) alla determinata radiazione mediante la formula:

E = ∑ wT HT = ∑ wT ∑ wR DT,R


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Fattori di ponderazione (wT) dei vari tessuti o organi

• Organo o tessuto Fattore di ponderazione

• Gonadi 0,20• Midollo osseo (rosso) 0,12• Colon 0,12• Polmone (vie respiratorie toraciche) 0,12• Stomaco 0,12• Vescica 0,05• Mammelle 0,05• Fegato 0,05• Esofago 0,05• Tiroide 0,05• Pelle 0,01• Superficie ossea 0,01• Rimanenti organi o tessuti 0,05


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Sorgenti artificiali e sorgenti naturali modificate da tecnologia

Le varie sorgenti di radiazioni artificiali o naturali modificate da tecnologia cui l’uomo è abitualmente esposto comprendono:

– sorgenti impiegate in medicina:diagnostica e terapia– sorgenti da ricadute di bombe atomiche (fallout)– sorgenti associate con la produzione di energia nucleare

(estrazione e trattamento del combustibile, rilasci delle centrali, riprocessamento del combustibile, rifiuti)

– sorgenti in alcuni prodotti di consumo (orologi luminescenti, talune protesi dentarie, taluni vetri per lenti, taluni sistemi antistatici, parafulmini radioattivi etc.)

– sorgenti naturali modificate da tecnologia: materiali da costruzione; viaggi in aereo ad alta quota; combustione del carbon fossile

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