Rischi da radiazioni ionizzanti e
norme di radioprotezione
Breve sintesi per il Laboratorio di Fisica
da: Radiation Protection, Marco Silari and Marilena
Streit-Bianchi, CERN (2007)
Percezione del rischio
Quantificazione del rischio (1)
Quantificazione del rischio (2)
Rischio di lesioni da alcune attività
Quantità dosimetriche (1)
• Attività: numero di disintegrazioni/secondo A, si misura in
– 1 Bq (becquerel) = 1 dis./s
– 1 Ci (curie) = 3.7×1010 Bq (attività di 1 g di Ra)
• Dose assorbita: energia depositata per unità di massa,
D = dE/dm, si misura in
– 1 Gy (gray) = 1 J/kg
– 1 rad = 0.01 Gy
• Il rapporto Dose assorbita/Attività non è costante ma
dipende da:
–
–
–
–
–
Tempo di esposizione: Dose  Tempo
Distanza dalla sorgente di radiazione: Dose  1/(Distanza)2
Presenza di schermi
“Qualità” della radiazione (tipo, energia): v. dose efficace H
Tipo di tessuto o materiale irradiato
Radiotossicità
• 4.2 Gy = 4.2 J/kg aumentano la temperatura di un
litro d’acqua di appena 10-3 ºC, tuttavia …
– una dose di 1 Gy (riferita all’intero corpo) ricevuta in
breve tempo causa una grave malattia da radiazione, e
una di 4 Gy causa la morte nel 50% delle persone
esposte
• La radiotossicità dipende dal radionuclide e dalle
modalità di irradiazione: ad es. una sorgente di
241Am (emettitore α) con attività di 1 kBq, se
ingerita, produce una dose efficace di 27 mSv,
maggiore del limite annuo per un lavoratore
professionalmente esposto (v. più avanti la
definizione di dose efficace H e dei limiti)
Effetti biologici della radiazione
1) Effetti deterministici (reazioni del tessuto)
2) Effetti stocastici (incerti e a lungo termine)
Fotoni ed elettroni hanno un basso LET (linear
energy transfer) < 10 keV/µm, si trova che gli effetti
deterministici dipendono in modo semplice dalla
dose assorbita D;
quando sono in gioco particelle ad alto LET come
neutroni, protoni, α, etc. è necessario ‘pesare’ la
quantità fisica ‘dose assorbita’ D con il fattore RBE
(radio biological effectiveness)
RBE
• RBE per un tipo di particella = rapporto tra la dose
assorbita di raggi X (fotoni) e la dose assorbita di particelle
in questione a parità di effetto biologico (ad es.
sopravvivenza delle cellule = 10%)
• RBE = 1 per fotoni, elettroni e muoni, RBE >1 per altre
particelle
Quantità dosimetriche (2)
• Dose equivalente: correlata alla dose assorbita D, tiene conto
degli effetti biologici: H = Q·D, si misura in
– 1 Sv (sievert) = 1 J/kg
– 1 rem = 0.01 Sv
• Il fattore di qualità Q (spesso indicato con wR ‘radiation
weighting factor’) dipende dal tipo di radiazione e in alcuni casi
dall’energia dei quanti di radiazione:
Quantità dosimetriche (3)
• Esposizione: grandezza ausiliaria X facilmente misurabile con una camera
a ionizzazione, data dal numero di cariche create per unità di massa (di
solito, aria secca a pressione e temperatura standard); X si misura in
– 1 R (roentgen) = 2.58×10-4 C/kg
• Il tasso (rateo) di esposizione dX/dt è strettamente correlato alla attività A
della sorgente e alla distanza d dalla sorgente (in assenza di schermatura):
– dX/dt = ΓA/d2
dove la costante Γ dipende debolmente dalla sorgente:
Sorgente
Γ (Sv·h-1·Bq-1·m2)
Na-22
3.0×10-13
Co-57
3.3×10-13
Co-60
3.3×10-13
Cs-137
0.9×10-13
Rn-222
2.1×10-13
La dose assorbita nel tessuto molle per radiazione X, γ è
proporzionale all’esposizione: 9.3×10-3 Gy/R
Assorbimento/attenuazione (1)
• Particelle α e β
perdono energia
gradualmente nel
materiale, fino al
completo arresto
• Raggi X, raggi γ e
neutroni sono
attenuati in
intensità dal
materiale
Assorbimento/attenuazione (2)
•
Carta Plastica Pb
Cemento
• Le sorgenti beta vengono schermate di solito con
plexiglass, quelle gamma con piombo
Sorgenti naturali di radiazioni
Dose da sorgenti naturali e artificiali
Dose media da sorgenti naturali: 2.4 mSv/anno (varia da un luogo a un
altro entro un fattore 3; circa la metà è dovuta a inalazione di Radon)
Dose equivalente da raggi cosmici
Dose equivalente annua per equipaggi di voli commerciali = 3 mSv
Dose equiv. per un volo A/R Ginevra – Los Angeles = 0.1 mSv
Dosi da esami radiografici
Rischi da esposizione a radiazioni
• Rischio addizionale = tasso di incidenza della malattia in
una popolazione esposta – tasso di incidenza in una
popolazione non esposta
Organi più sensibili ad alte dosi ricevute in tempi brevi:
- Sistema nervoso
- Intestino, polmoni
- Midollo spinale
- Occhio (opacità dopo 0.25 Sv, cataratta dopo 2-10 Sv)
Limiti annui di dose (CERN)
Organo
Limite annuo
Limite annuo
per i lavoratori
professionalmente
esposti
per i lavoratori non
esposti e i visitatori
Intero corpo
20 mSv
1 mSv
Cristallino
150 mSv
Pelle, mani e
piedi
500 mSv
Principio ‘ALARA’: le dosi individuali e il numero di persone esposte
devono essere mantenute As Low As Reasonably Achievable