INTERAZIONE RADIAZIONE-MATERIA
e
DOSIMETRIA
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Le radiazioni nucleari
Interazione tra radiazioni e materia
Effetti biologici della radiazione ionizzante
Dosimetria
Radioattività naturale
Radioprotezione
Liceo scientifico “Don Bosco”
Interazione radiazione – materia e dosimetria
pag. 1
Radiazione nucleare

+

+
+

+

Liceo scientifico “Don Bosco”
+
Poco penetrante, si ferma con
un foglio di carta
+
+
Poco penetrante, si ferma con
un foglio di alluminio
Molto penetrante, ha effetto
ionizzante
Interazione radiazione – materia e dosimetria
pag. 2
Radiazione nucleare
Poco penetrante, si ferma con
un foglio di carta
Poco penetrante, si ferma con
un foglio di alluminio
Molto penetrante, ha effetto
ionizzante
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Interazione radiazione – materia e dosimetria
pag. 3
INTERAZIONE RADIAZIONE-MATERIA
Quando una radiazione raggiunge un atomo è poco probabile
una interazione con il nucleo mentre è più probabile una
interazione con gli elettroni
L’esito dell’interazione tra elettrone e radiazione dipende
dall’energia che vincola l’elettrone al nucleo e dall’energia
della radiazione incidente.
I possibili esiti sono due.
1. l’elettrone ritorna sull’orbitale
iniziale (eccitazione)
2. l’elettrone è espulso
dall’atomo (ionizzazione)
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Interazione radiazione – materia e dosimetria
pag. 4
INTERAZIONE RADIAZIONE-MATERIA
La IONIZZAZIONE modifica le proprietà e i
legami elettrici dell’atomo: le molecole
(che nascono dalla condivisione
elettronica di più atomi) si dissociano e
di conseguenza si possono modificare
anche le strutture molecolari più
complesse.
La radiazione che determina ionizzazione è
detta RADIAZIONE IONIZZANTE
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Interazione radiazione – materia e dosimetria
pag. 5
Effetti biologici delle radiazioni ionizzanti
ATOMI
• eccitazione
• ionizzazione
MOLECOLE
• eccitazione
• ionizzazione
• dissociazione
STRUTTURE SUB-CELLULARI
• blocco biosintesi
• effetti genetici
• effetti funzioni nucleo
CELLULE
• blocco della
divisione
• effetti sul
metabolismo
DNA
• Rottura temporanea legami
• Rottura permanente legami
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ORGANI
• effetti sulla crescita
• effetti su funzioni nervose
• effetti su risposta umorale
Interazione radiazione – materia e dosimetria
pag. 6
Misura dell’attività radioattiva
Attività radioattiva = n. decadimenti/s (“velocità” di decadimento)
Unità di misura SI: Becquerel
1 Bq = 1 dec/s
1 Cu = 3.7 x 1010 dec/s
Tempo di dimezzamento (emivita) = tempo necessario affinchè
l’attività radioattiva di un campione si dimezzi; è anche il tempo
dopo il quale metà dei nuclei del campione è decaduta.
Anche se è completamente casuale il momento in cui un dato
atomo decade, è possibile predire con buona approssimazione
il tempo di dimezzamento di un grande numero di atomi. (es.
pop-corn)
Esempi: Tecnezio-99m (emivita 6 ore)
Kr-81m (emivita 13 secondi)
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iodio-131 (emivita 8 giorni)
Xenon-133 (emivita 5.3 giorni)
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pag. 7
DOSIMETRIA
misura dell’effetto biologico della
radiazione ionizzante
L’assorbimento delle radiazioni nella materia è un processo
molto vario e complesso.
I parametri più importanti sono:
• tipo e energia della radiazione incidente
• natura del materiale
• tempo di esposizione alla radiazione
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Interazione radiazione – materia e dosimetria
pag. 8
DOSIMETRIA
Grandezze fisiche di riferimento
Dose assorbita = energia assorbita per unità di massa
Unità di misura = Gray, rad
Dose equivalente assorbita = energia assorbita che
tiene conto dei reali effetti sull’organismo
Unità di misura = Sv (Sievert)
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pag. 9
Grandezze fisiche di riferimento
Per tener conto del tipo di organo irradiato e del tipo di radiazione
si considerano anche fattori moltiplicativi: si ottiene così la
dose efficace
QF
fotoni, elettroni
protoni
neutroni (varie energie)
particelle alfa, nuclei pesanti
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1
5
5-20
20
w
0.20
0.12
0.12
0.12
0.12
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.01
0.01
0.05
1.00
Organi
Gonadi
Midollo osseo
Colon
Polmone
Stomaco
Vescica
Mammella
Fegato
Esofago
Tiroide
Cute
superfici ossee
altri tessuti (tot.)
totale
Interazione radiazione – materia e dosimetria
pag. 10
Dall’emissione...
1. Sorgente radioattiva
(Attività)
2. Materiale irraggiato
(Esposizione)
3. Assorbimento (Dose)
4.
Danno biologico
(Dose equivalente e
efficace)
...all’assorbimento
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pag. 11
Radioattività naturale
Sorgenti extraterrestri
(raggi cosmici)
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pag. 12
Radioattività naturale
Sorgenti terrestri
(radionuclidi naturali)
Per esempio famiglie
radioattive naturali
sono
238U, 235U, 232Th, 40K, 87Rb
Elementi radioattivi
naturali si trovano
nell’atmosfera, nel
sottosuolo, nelle
acque, …
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pag. 13
Radioattività nel corpo umano
Il corpo umano è una “sorgente radioattiva”
di attività pari a circa 8000 Bq
Elemento
Contenuto in peso
in un corpo di 70 Kg
Radioisotopo
Carbonio
16 Kg (23%)
146C
Potassio
0.140 Kg (0.02%)
40
Torio
0.1 mg (1.4 10-7%)
232
90Th
Uranio
0.1 mg (1.4 10-7%)
238
92U
19K
E’ possibile datare un composto organico in funzione
dell’attività del radiosotopo C 14
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pag. 14
Dose da radiazioni naturali e artificiali
fondo naturale
raggi cosmici
gas radon
1 mSv/anno
0.26 mSv/anno
1.4 mSv/anno
Dosi efficaci rilasciate in alcune tipiche
applicazioni (in mSv/esame)
Testa
Torace
Addome
Pelvi
RX
0,07
0,1
0,5
0,8
TAC
2
10
10
10
Nelle scintigrafie la dose efficace va da 1 a 4
mSv, per la PET la dose è circa 7 mSv.
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Limiti di dose annua
Limiti di dose annua per radiazioni artificiali
popolazione normale
lavoratori esposti
1 mSv/anno
50 mSv/anno
Danni per irraggiamento acuto
Dose (Sv)
< 0.25
0.25 – 1
1–2
2–3
4–7
>8
Effetto
(tempo inferiore all’ora)
nessuno
lievi alterazioni sangue, raddoppio rischio leucemia e
anomalie genetiche
notevoli alterazioni sangue, nausea, emorragie intestinali,
forte rischio leucemia e anomalie genetiche
gravi emorragie, shock, stato di prostrazione
morte nel 30-60% dei casi
morte nel 100% dei casi
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pag. 16