LE SCHERMATURE IN
RADIOPROTEZIONE
LIMITI DI DOSE E ZONE CONTROLLATE
All. III e IV del D.Lgs 230/95 modificato dal D.Lgs. 241/00
1. LIMITI DI DOSE PER LA POPOLAZIONE
1.1) IL LIMITE DI DOSE EFFICACE PER GLI INDIVIDUI DELLA
POPOLAZIONE E’ STABILITO IN 1mSv PER ANNO SOLARE.
1.2) “Fermo restando il rispetto del limite…”, sopra indicato,
“…devono essere altresì rispettati in un anno solare i seguenti
limiti…”
a) 15 mSv di DOSE EQUIVALENTE PER IL CRISTALLINO
b) 50 mSv di DOSE EQUIVALENTE PER LA PELLE
“…calcolato in media su 1cm2 qualsiasi di pelle,
indipendentemente dalla superficie esposta;…”
c) 50 mSv di DOSE EQUIVALENTE PER MANI,
AVAMBRACCI, PIEDI E CAVIGLIE
LIMITI DI DOSE E ZONE CONTROLLATE
2. CLASSIFICAZIONE DEI LAVORATORI
IL LIMITE DI DOSE EFFICACE PER I LAVORATORI ESPOSTI
E’ STABILITO IN 20mSv IN UN ANNO SOLARE.
2.1) LAVORATORI ESPOSTI (con età maggiore di 18 anni):
a) 150 mSv di DOSE EQUIVALENTE PER IL CRISTALLINO
b) 500 mSv di DOSE EQUIVALENTE PER LA PELLE
“…calcolato in media su 1cm2 qualsiasi di pelle,
indipendentemente dalla superficie esposta;…”
c) 500 mSv di DOSE EQUIVALENTE PER MANI,
AVAMBRACCI, PIEDI E CAVIGLIE
2.2) LAVORATORI NON ESPOSTI:
“…i soggetti sottoposti ad una esposizione che non sia
suscettibile di superare uno qualsiasi dei limiti fissati per le
persone del pubblico”
LIMITI DI DOSE E ZONE CONTROLLATE
3. CLASSIFICAZIONE DEI LAVORATORI ESPOSTI
3.1) CATEGORIA A: “…sono suscettibili di un’esposizione
superiore, in un anno solare, ad uno dei seguenti
valori:”
a) 6 mSv di DOSE EFFICACE
b) i 3/10 di uno qualsiasi dei limiti di DOSE EQUIVALENTE
fissati per il cristallino, per la pelle nonché per mani,
avambracci, caviglie e piedi.
3.2) CATEGORIA B: I LAVORATORI ESPOSTI NON
CLASSIFICATI IN CATEGORIA A
LIMITI DI DOSE E ZONE CONTROLLATE
4. CLASSIFICAZIONE E DELIMITAZIONE DELLE
AREE DI LAVORO
4.1) ZONA CONTROLLATA: “Ogni area di lavoro in cui, …, sussiste
per i lavoratori in essa operanti il rischio di superamento di uno
qualsiasi dei valori…” indicati al 2.1.
4.2) ZONA SORVEGLIATA: “Ogni area di lavoro in cui, …, sussiste
per i lavoratori in essa operanti il rischio di superamento di uno
dei limiti di dose fissati per le persone del pubblico…, ma che non
debba essere classificata Zona Controllata…”
Con la nuova normativa (successiva al 1995) le
classificazioni di aree e personale sono molto
meno interconnesse: ad esempio un lavoratore
può superare il limite per le persone del
pubblico lavorando in più aree in nessuna
delle quali, da sola, sussista il rischio di
superarlo
La classificazione supera il mero carattere di presa
d’atto di una situazione rigida e acquista il significato,
più rispondente ad un criterio di prevenzione, di
“attenzione” su di una particolare situazione
DIMINUZIONE DELL’ESPOSIZIONE
ALLE RADIAZIONI IONIZZANTI
E’ POSSIBILE AGIRE SU TRE FATTORI
1. TEMPO DI ESPOSIZIONE
1. DISTANZA DALLA SORGENTE
1. INTERPOSIZIONE DI BARRIERE
(SCHERMATURE)
PROGETTAZIONE DI SCHERMATURE
1. SCEGLIERE I LIVELLI DI RADIAZIONE
CHE SI DESIDERA OTTENERE NEGLI
AMBIENTI PROTETTI
1. ANALIZZARE LE CARATTERISTICHE DEL
CAMPO DI RADIAZIONE
1. PROGETTARE LE BARRIERE
1. FARE DEGLI ACCORGIMENTI PER LE
SOLUZIONI DI CONTINUITA’
1. SCELTA DEI LIVELLI DI RADIAZIONE
NEGLI AMBIENTI PROTETTI
ANALISI DELLA DESTINAZIONE DEI LOCALI
DETERMINAZIONE DEI LIVELLI DI RATEO
D’ESPOSIZIONE O DI DOSE IN BASE AI LIMITI DI DOSE
1. PRINCIPIO DI OTTIMIZZAZIONE
2. FATTORE DI OCCUPAZIONE T
3. FATTORE DI SICUREZZA
PRINCIPIO DI OTTIMIZZAZIONE
“TUTTE LE DOSI dovute a esposizioni mediche per scopi
radiologici…,
ad
eccezione
delle
procedure
radioterapeutiche, DEVONO ESSERE MANTENUTE AL
LIVELLO
PIU’
BASSO
RAGIONEVOLMENTE
OTTENIBILE
E
COMPATIBILE
CON
IL
RAGGIUNGIMENTO
DELLA
INFORMAZIONE
DIAGNOSTICA RICHIESTA, tenendo conto di fattori
economici e sociali; il principio di ottimizzazione riguarda
la scelta delle attrezzature, la produzione adeguata di
un’informazione diagnostica appropriata …”
Art.4 D.Lgs. 187/00
FATTORE DI OCCUPAZIONE T
E’ UNA FRAZIONE DEL TEMPO DI UTILIZZAZIONE
DELLA SORGENTE, IN CUI L’AMBIENTE
CONSIDERATO E’ OCCUPATO DA PERSONE
FATTORE DI SICUREZZA
SI E’ SOLITI AUMENTARE LO SPESSORE DELLE
SCHERMATURE, O LA CAPACITA’ SCHERMANTE ,
PER FAR FRONTE ALLE APPROSSIMAZIONI
CHE SI INTRODUCONO NEI CALCOLI
2. ANALISI DELLE CARATTERISTICHE
DEL CAMPO DI RADIAZIONE
•SORGENTI IN GENERE
•APPARECCHIATURE CONTENENTI SORGENTI
•MACCHINE RADIOGENE
BISOGNA IDENTIFICARE IL TIPO E L’INTENSITA’ DELLE
RADIAZIONI. LE CARATTERISTICHE PIU’ IMPORTANTI
SONO:
• LO SPETTRO ENERGETICO
• L’INTENSITA’ MEDIA
• LA DISTRIBUZIONE GEOMETRICA
3. PROGETTARE LE BARRIERE
VALUTAZIONE DEL TIPO, DELLA GEOMETRIA E
DELLO SPESSORE DEI MATERIALI DA UTILIZZARE
• ATTITUDINE DEL MATERIALE AD ASSORBIRE
RADIAZIONE
• ECONOMICITA’
• IL PESO
• LA ROBUSTEZZA STRUTTURALE
• PROBLEMI VARI, DI INGOMBRO, INFIAMMABILITA’
E EVAPORAZIONE (per schermi in paraffina o acqua)
4. SOLUZIONI DI CONTINUITA’
PER SORGENTI DI NOTEVOLE PERICOLOSITA’ E’
IMPORTANTE CONSIDERARE IL PROBLEMA
DELLA CONTINUITA’ DELLE SCHERMATURE:
• APERTURE PER ACCESSO
• FORI PER CAVI E/O TUBI
• EFFETTO CIELO
• PORTE SCHERMANTI
• LABIRINTI
EFFETTO CIELO ESEMPIO DI RADIAZIONE DIFFUSA
DIRETTA VERSO L’ALTO
LA RADIAZIONE VIENE
DIFFUSA DALL’ARIA IN
ZONE APPARENTEMENTE
PROTETTE DA SCHERMI
ESEMPIO DI ACCESSO A
“LABIRINTO”
I CAMPI DI RADIAZIONE
DIMINUISCONO PER RIFLESSIONI
SUCCESSIVE E DECRESCONO
ALLONTANANDOSI DALLE
SUPERFICI DIFFONDENTI
ZONA ESPOSTA ALLA
RADIAZIONE DIRETTA
TIPI DI SCHERMATURE
•SCHERMATURE PRIMARIE:
ATTE AD ATTENUARE IL
FASCIO UTILE
•SCHERMATURE SECONDARIE: QUELLE PER LA PROTEZIONE
DALLE RADIAZIONI DIVERSE DAL FASCIO UTILE
RADIAZIONI ATTORNO AD UNA SORGENTE DISTINTE IN:
•PRIMARIA:
DIRETTAMENTE DALLA SORGENTE
•UTILE:
DA DIAFRAMMA O DA LIMITATORE DI SORGENTE
•DISPERSA:
NON UTILE MA PARASSITA E SECONDARIA
•PARASSITA:
DALL’INVOLUCRO IN DIREZIONE DIVERSA DA
•SECONDARIA:
•DIFFUSA:
QUELLA DEL FASCIO UTILE
DALL’INTERAZIONE PRIMARIA-MATERIA
DEVIATA DALLA DIREZIONE PRIMARIA A CAUSA
DELL’INTERAZIONE CON LA MATERIA (BARRIERE)
1. SCHERMATURE DI PARTICELLE CARICHE
EFFETTI DA CONSIDERARE
•PERDITA DI ENERGIA PER IONIZZAZIONE
E PER ECCITAZIONE
•PRODUZIONE DI RADIAZIONI SECONDARIE
PENETRANTI
•DIFFUSIONE COULOMBIANA (raramente)
1.1 PARTICELLE CARICHE PESANTI
•PERDITA DI ENERGIA CONTINUA
•PROFONDITA’ DI PENETRAZIONE (RANGE)
SCHERMO DI SPESSORE MAGGIORE DEL
MASSIMO RANGE DELLE PARTICELLE
1.2 ELETTRONI
PERDITA DI ENERGIA PER:
•IONIZZAZIONE
•IRRAGGIAMENTO
PRODUZIONE DI FOTONI
 dE 


 dx  rad
EZ
 dE 

 
 dx ion 800
UTILIZZO DI MATERIALI LEGGERI (A BASSO Z) PER
DIMINUIRE LA PROBABILITA’ DI IRRAGGIAMENTO.
I FOTONI PRODOTTI ( e spettro teorici) SONO
SCHERMATI DA UN SECONDO STRATO OPPORTUNO
2. SCHERMATURE PER FOTONI
I FOTONI NON IONIZZANO DIRETTAMENTE LA
MATERIA MA INTERAGISCONO CON ESSA
ATTRAVERSO TRE EFFETTI:
1. FOTOELETTRICO
2. COMPTON
3. PRODUZIONE DI COPPIA
QUESTI EFFETTI PRODUCONO SECONDARI
CARICHI CHE IONIZZANO E FOTONI DIFFUSI IN
VARIE DIREZIONI.
2.1 FASCI DI FOTONI IN BUONA GEOMETRIA
IPOTESI INIZIALI:
•FASCIO MONOENERGETICO
•PROBABILITA’ DI INCIDENZA SUL RIVELATORE NULLA
PER UN FOTONE DIFFUSO
•ASSORBIMENTO ESPONENZIALE
STRATO EMIVALENTE
SEV
 N ( x)  N 0 e  x

 s1 / 2
 N 0 2  N 0e
s  ln 2 
 1/ 2
2.2 FOTONI IN CATTIVA GEOMETRIA
CASO PIU’ ATTINENTE ALLA REALTA’ IN QUANTO LO
STESSO PAZIENTE RAPPRESENTA UN MEZZO DIFFUSIVO
FATTORE DI ACCUMULAZIONE (BUILD UP)= B
I FOTONI INTERAGENTI
CON LA MATERIA NON
VENGONO RIMOSSI
DAL FASCIO
IL COEFFICIENTE DI BUILD UP E’ PROPRIO IL
RAPPORTO TRA LA CURVA DI ASSORBIMENTO REALE
E QUELLA DEL MODELLO ESPONENZIALE
In termini di esposizione
X  X 0 B( a)e
 a
• X0 ESPOSIZIONE SENZA SCHERMATURE
•  COEFFICIENTE DI ATTENUAZIONE TOTALE ALL’ENERGIA
INCIDENTE E0
• a LO SPESSORE DELLO SCHERMO
LA CORREZIONE INTRODOTTA E’ MAX
QUANDO L’E.C. DOMINA SULL’E.F. E SULLA P.P.
Schermi multistrato :
a1
•I
fattori B sono di solito calcolati per radiazione
monoenergetica e dopo il primo strato non è più vero
•l’ordine degli strati condiziona l’effetto.
•si ricorre a formule semiempiriche:
a2
Se Z1 ~ Z2 (Z1-Z2<= si sceglie B dello Zmagg
B=Bmax((a1+a2))
Se Z1<<Z2 si usa B del secondo mezzo e si trascura il
primo
Se Z2>>Z1 :
B dipende dal valore dell’energia dei fotoni primari rispetto al
valore per il quale  è minimo:
per materiali pesanti questo valore è circa 3 MeV.
Se E< 3 MeV B=Bz1(1a1).Bz2(2a2)
Se E> 3 MeV B=Bz1(1a1).Bz2(2a2)min
In tutti I casi è sempre possible calcolare I fattori numericamente
MATERIALI UTILIZZATI PER
SCHERMATURE DI RADIAZIONE EM
LA SEZIONE D’URTO PER EFFETTO FOTOELETTRICO HA
UNA FORTE DIPENDENZA DAL NUMER ATOMICO (Z45)
MATERIALI PIU’ EFFICIENTI HANNO:
• ALTO Z
• ALTA DENSITA’
1. PIOMBO: SCARSA RESISTENZA MECCANICA, BASSO
PUNTO DI FUSIONE, ALTA TOSSICITA’ E COSTO.
2. FERRO O ACCIAIO: MEDIO Z, MEDIO COSTO,
ROBUSTEZZA STRUTTURALE, FACILE LAVORAZIONE
MECCANICA.
3. CALCESTRUZZO: PER ACCELERATORI, IMPIANTI IN CUI
SI UTILIZZA IL Co60. EVENTUALMENTE CARICATO: CON
MATERIALI INERTI DI DENSITA’ E/O Z MEDIO PIU’ ALTO
(BARITE, ILMENITE, TRUCIOLI DI FERRO,…)
3. SCHERMATURE PER NEUTRONI
RICORDIAMO
PROCESSI PIU’ RILEVANTI PER L’ASSORBIMENTO DI FASCI
DI NEUTRONI NELL’INTERAZIONE CON LA MATERIA IN
FUNZIONE DELL’ENERGIA:
1. E2MeV: DIFFUSIONE ELASTICA SU NUCLEI LEGGERI
RAPIDO RALLENTAMENTO (fino ad E termiche)
CATTURA E ASSORBIMENTO
2. 2MeV<E<10MeV: DIFFUSIONE ELASTICA ED ANELASTICA
DEGRADAZIONE DELLO SPETTRO DI
ENERGIA DEI NEUTRONI PRESENTI
3. E>10MeV: REAZIONI NUCLEARI  MOLTIPLICAZIONI DI
NEUTRONI PRESENTI E PROCESSI IN CASCATA
BUONA GEOMETRIA  MODELLO DI ASSORBIMENTO
ESPONENZIALE IN CUI A t= SEZIONE D’URTO TOTALE
In termini di flusso n
 n 0 exp  t s
CATTIVA GEOMETRIA  FATTORE DI BUILD UP
n  n 0 B exp  t s
APPROX NON BUONA E B DIFFICILE DA CALCOLARE
…. ma ora ci sono programmi Montecarlo
TEORIA DELLA SEZIONE D’URTO DI RIMOZIONE
NELLA LEGGE ESPONENZIALE SI INTRODUCE
UNA SEZIONE D’URTO MACROSCOPICA DETTA:
SEZIONE D’URTO DI RIMOZIONE (rem)
rem ESPRIME LA PROBABILITA’ CHE UN NEUTRONE SUBISCA
INTERAZIONI TALI (IN NUMERO E TIPO) DA NON ESSERE PIU’
CONSIDERATO AI FINI DELLA DOSE DOPO LO SCHERMO
PROBABILITA’ DI RIMOZIONE DAL FASCIO
PROBLEMA: QUANDO QUESTO E’ VERAMENTE POSSIBILE?
INFORMAZIONI MIGLIORI  OTTENUTE CON
VALUTAZIONI ANALITICHE: METODO MONTECARLO
MATERIALI UTILIZZATI PER
SCHERMATURE DI NEUTRONI
1. MATERIALI IDROGENATI: RALLENTANO I NEUTRONI PER
DIFFUSIONE ELASTICA. ASSOCIATI CON MATERIALI AD
ELEVATA SEZIONE D’URTO DI CATTURA PER NEUTRONI
TERMICI (BORO, PARAFFINA, POLIETILENE, ACQUA)
•
•
•
PARAFFINA: INFIAMMABILE, BASSO P.TO DI FUSIONE,
DETERIORAMENTO DA RADIAIZONE
POLIETILENE: COSTOSO, BUONE CARATTERISTICHE
MECCANICHE
ACQUA: PERDITE PER EVAPORAZIONE E INFILTRAZIONE
AL CRESCERE DELL’ENERGIA E’ IMPORTANTE LA
PRESENZA NEL MATERIALE SCHERMANTE DI ELEMENTI
MEDI O PESANTI
2. CALCESTRUZZO: PUO’ CONTENERE FINO AL 67% IN PESO
DI IDROGENO
CALCOLO DELLE SCHERMATURE
ESISTONO VARI MODELLI PER IL CALCOLO
DELLE SCHERMATURE. SI BASANO SU UNA
SERIE DI PARAMETRI:
1.
2.
3.
4.
TIPO DI BARRIERA PROTETTIVA ( primaria /secondaria)
CARICO DI LAVORO (W), espresso in mAmin/sett
FATTORE DI USO DELLA BARRIERA (U)
FATTORE DI OCCUPAZIONE DEGLI AMBIENTI A VALLE
BARRIERA (T)
5. DISTANZA DELLA BARRIERA PROTETTIVA DALLA
SORGENTE DI RADIAZIONE
6. LIVELLO DI IRRADIAZIONE RICHIESTO A VALLE DELLA
BARRIERA
TABELLE NUMERICHE DEI FATTORI DI USO
RACCOMANDATI DALLA ICRP
TIPO D’USO
U
ESEMPI
TOTALE
1
Pavimento (per gli impianti
di radiologia dentaria),
pareti, soffitto della sala
RX esposti al fascio diretto
PARZIALE
1/4
Porte e pareti non esposti
direttamente, pavimento dei
stanze di radiologia
dentaria.
OCCASIONALE
1/16
Soffitto delle sale non
esposto direttamente
TABELLE NUMERICHE DEI FATTORI DI
OCCUPAZIONE RACCOMANDATI DALLA ICRP
TIPO DI
OCCUPAZIONE
TOTALE
PARZIALE
OCCASIONALE
T
ESEMPI
1
Sale comandi, uffici,
corridoi e sale d’attesa
abbastanza grandi, camere
oscure, locali di abitazione
1/4
1/16
Corridoi di transito,
magazzini, servizi igienici
per personale esposto
Ripostigli, scale, ascensori
automatici, servizi igienici
utilizzati da personale non
esposto, strade e marciapiedi
ESEMPIO DI CALCOLO DI UNA BARRIERA
PRIMARIA PER UN APPARATO A RAGGI X
CARICO DI LAVORO W [mAmin/sett]
RAPPRESENTA LA CARICA CHE
PASSA IN MEDIA NEL TUBO IN
UNA SETTIMANA.
PIU’ GRANDE E’ W
MAGGIORE E’ L’ESPOSIZIONE
LO SPESSORE DELLE BARRIERE
DIPENDE DAL CARICO DI LAVORO
 X 


 t  max
B
K
W U  T
2
d

MASSIMA INTENSITA’ DI
 X  ESPOSIZIONE
PERMESSA

=
 t  max OLTRE LA BARRIERA
W U  T =
PRIMARIA
MISURA ESPOSIZIONE
CHE SI HA IN MEDIA IN
UNA SETTIMANA A UNA
DISTANZA FISSA
1
1
Ckg sett Ckg  m
unità 

mA  min
mA  min
m2  sett
2
ESEMPIO DI CALCOLO DI UNA BARRIERA
SECONDARIA PER UN APPARATO A RAGGI X
RADIAZIONE
• DI FUGA
• DIFFUSA
CALCOLO DELLO SPESSORE DI UNA BARRIERA
SECONDARIA PER LA RADIAZIONE DI FUGA
L’ICRP RACCOMANDA DI UTILIZZARE UNA CUFFIA DI
SPESSORE TALE DA RIDURRE L’ESPOSIZIONE A 1m DAL TUBO
FATTORE DI
TRASMISSIONE
DELLA BARRIERA
SECONDARIA
=
 X 


d 2
 t  max
 X 


T t
 t  fuga
• FATTORE DI TRASMISSIONE IN FUNZIONE DEL NUMERO DI
STRATI EMIVALENTI (SEV)
• SEV(cm) DI CALCESTRUZZO O (mm) DI PIOMBO IN FUNZIONE
DELL’ENERGIA DEI FOTONI
N.B.: SUPPONENDO UN ATTENUAZIONE DI TIPO ESPONENZIALE
VALIDA CERTAMENTE NEL CASO DI UN TUBO RX
CALCOLO DELLO SPESSORE DI UNA BARRIERA
SECONDARIA PER LA RADIAZIONE DIFFUSA
• FATTORE DI UTILIZZO U=1
• CORPO DIFFONDENTE A d=0.5m DALLA SORGENTE
WUT/d2 = WT/0.52 = 4WT
• INTENSITA’ DI ESPOSIZIONE AD 1m DAL FANTOCCIO SIA
W T
UGUALE AL 0.1%: 4  W  T 1


2
ds
1000 250  d s2
•LEGGE DEL QUADRATO DELLA DISTANZA (d ds)
 X 


 t  max
B  Bs 
W T
250  d s2
CONFRONTO TRA SPESSORE DELLE DUE BARRIERE
(PER RADIAZIONE DI FUGA E DIFFUSA)
• SE DIFFERISCONO PER UN NUMERO MINORE DI TRE STRATI
EMIVALENTI (CALCOLATI AD ENERGIA RAD. PRIMARIA)
SI AGGIUNGE UN SEV ALLO SPESSORE MAGGIORE
• SE DIFFERISCONO PER PIU’ DI TRE STRATI EMIVALENTI
SI UTILIZZA LO SPESSORE MAGGIORE