Stato dell’arte nella
radioprotezione
Giovanni E. GIGANTE,
Facoltà di Scienze MFN
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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dall’Esperimento di Fleischmann&Pons, Lunedì 20 aprile 2009
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I principi della radioprotezione
La 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 giustificata, 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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Tavola degli isotopi
Noti: 114 elementi
260 nuclidi stabili
Prodotti artificialmente
2600 nuclidi radioattivi
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12C
6 6
(98.9%)
protoni (z)
neutroni (n)
elettroni (z)
13C
6 7
(1.1%)
stabile
14C
6 8
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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sorgenti naturali di radiazioni
ionizzanti
Sorgente
(mSv)
Dose efficace annuale media
Range tipico
della popolazione mondiale
(mSv)
Esposizione esterna
Raggi cosmici
Radiazione gamma terrestre
0.4
0.5
0.3 – 1.0a
0.3 – 0.6b
Esposizione interna
Inalazione (principalmente radon)
Ingestione
TOTALE
1.2
0.3
2.4
0.2 – 10c
0.2 – 0.8d
1 – 10
a. Range tipico dal livello del mare fino ad alta quota
b. In funzione della composizione in radionuclidi del suolo e dei materiali da costruzione
c. In funzione dell’accumulo indoor di radon
d. In funzione della composizione in radionuclidi di cibi ed acqua potabile
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• Per tener conto della diversa pericolosità (potenzialità di indurre un danno ai tessuti biologici) delle
differenti tipologie di radiazioni incidenti, si introduce il cosiddetto fattore di ponderazione della radiazione, 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
Fotoni
tutte le energie
Elettroni e muoni
tutte le energie
Neutroni
< 10 keV
"
10 - 100 keV
"
100 keV - 2 MeV
"
2 - 20 MeV
"
> 20 MeV
Protoni (escluso rinculo) > 2 MeV
alfa, frammenti di fissione, nuclei pesanti
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wR
1
1
5
10
20
10
5
5
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 equivalente 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 radiosensibilità 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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