LE RADIAZIONI IONIZZANTI E LA LORO INTERAZIONE CON LA MATERIA

1. IRCCS – ISTITUTO ONCOLOGICO “GIOVANNI PAOLO II – BARIUNITA’ OPERATIVA COMPLESSA DI FISICA SANITARIA D.ssa Enza Carioggia LE RADIAZIONI IONIZZANTI E LA LORO INTERAZIONE CON LA MATERIA

2. le radiazioni ionizzanti con il termine radiazionesi indica qualsiasi fenomeno fisico che generi un trasporto di energia nello spazio

3. le radiazioni ionizzanti • Il termine “RADIAZIONE” viene utilizzato in fisca per descrivere: • Luce visibile di una lampadina • Onde radio • Luce ultravioletta • Emissione infrarossa di un corpo incandescente • Raggi X prodotti da un generatore • ecc…

4. le radiazioni ionizzanti In generale esso indica il trasferimento di energia da un punto ad un altro dello spazio senza ilmovimento di corpi macroscopici e senza il supporto di un mezzo materiale.

5. le radiazioni ionizzanti LE RADIAZIONI IONIZZANTI si muovono in linea retta nel vuoto, viaggiano sino all’infinito la velocità è prossima o uguale a quella della luce

6. le radiazioni ionizzanti LE RADIAZIONI IONIZZANTI Le radiazioni ionizzanti sono quelle radiazioni che possiedono un’energia sufficiente (100 eV) a ionizzare (cioè a rimuovere un elettrone dall’atomo di appartenenza) il mezzo che attraversano. Il risultato della ionizzazione è la scissione dell’atomo in due parti elettricamente cariche, dette per l’appunto ioni: la prima è costituita dall’elettrone rimosso (carico negativamente) e la seconda dall’atomo stesso privato dell’elettrone (carico positivamente).

7. I processi di emissione

8. i processi di emissione I più comuni processi di emissione sono: Radiazione elettromagnetica (Raggi x – Raggi gamma) Radioattività

9. l’atomo i processi di emissione elettrone (-) protone (+) neutrone dimensione approssimativa: un milione di miliardi di volte meno di un metro Il numero di protoni (carichi positivamente) é uguale al numero di elettroni (carichi negativamente), così che l'atomo é elettricamente neutro. numero totale di protoni = numero atomico (determina di quale elemento chimico si tratta)

10. i più comuni processi di emissione delle R.I. (1) i processi di emissione frenamentodi particelle cariche radiazione X elettrone veloce

11. i più comuni processi di emissione delle R.I. (1) i processi di emissione collisione tra elettroni radiazione X elettrone veloce

12. i processi di emissione i più comuni processi di emissione delle R.I. (1) i due processi precedenti rappresentano i fenomeni di base della emissione dei raggi X utilizzati nella radiodiagnostica tradizionale e nella radioterapia con raggi X mediante gli acceleratori di particelle i raggi X appartengono alla classe delle radiazioni elettromagnetiche

13. i processi di emissione radiazioni elettromagnetiche Sono onde elettromagnetiche prive sia di massa che di carica, che si propagano nello spazio alla velocità della luce. Sono generalmente classificate in base all’energia che possiedono o, equivalentemente alla lunghezza d’onda.

14. i processi di emissione LO SPETTRO ELETTROMAGNETICO

15. i processi di emissione i più comuni processi di emissione delle RI (2) la radioattività proprietà che hanno gli atomi di alcuni elementi di emettere spontaneamente radiazioni ionizzanti

16. i processi di emissione la radioattività particella a+ forme di disintegrazione: particella b - b + neutrone n radiazione g Gli isotopi costituenti la materia sono talvolta instabili, e tendono a trasformarsi spontaneamente emettendo particelle elementari (alfa, beta, neutroni), generalmente accompagnate da radiazione elettromagnetica.

17. i processi di emissione i più comuni processi di emissione delle RI (2) la radioattività Il processo di emissione radioattiva da parte di un atomo è chiamato disintegrazione o decadimento radioattivo mentre gli isotopi instabili sono detti radioisotopi. Ad ogni disintegrazione corrisponde la formazione del nucleo di un nuovo elemento!

18. i processi di emissione la radioattività Esistono sostanze radioattive naturali quali U-238, Th-228, Ra-226, Po-210, K-40 altre prodotte artificialmente (Co-60) mediante bombardamento neutronico di elementi non radioattivi come risultato del processo di fissione (Cs-137 e I-131)

19. la radioattività artificiale

20. i processi di emissione la radioattività artificiale Le reazioni nucleari Mediante una reazione nucleare è anche possibile rendere instabile (e quindi radioattivo) un nucleo inizialmente stabile: in questo caso si parla di radioisotopi artificiali per distinguerli da quelli naturali. particella carica nucleo instabile

21. i processi di emissione la radioattività artificiale modalità di origine: attivazione con neutroni neutrone nucleo instabile

22. i processi di emissione isotopi radioattivi la radioattività artificiale modalità di origine: fissione nucleare U235 neutrone rottura del nucleo

23. i processi di emissione la radioattività nel tempo la disintegrazione dei nuclei radioattivi segue leggi statistiche

24. i processi di emissione unità di misura della radioattività Per quantificare l’intensità di un radioisotopo si utilizza il concetto di attività: l’attività di una sorgente radioattiva è definita come il numero di disintegrazioni che avvengono nell’unità di tempo in una data quantità di materiale. 1 Bq (Bequerel) = 1 dis/sec la attività si dimezza in un tempo caratteristico Tempo di dimezzamento ma non si estingue mai esempio : tecnezio-99  6 ore A seconda del tipo di isotopo, il T1/2 può variare da qualche secondo fino a diversi milioni di anni (U-235)…

25. la radioattività naturale

26. la radioattività naturale la radioattività è una normale componente dell'ambiente naturale e determina il maggior contributo alla esposizione della popolazione mondiale la dose media pro capite annua si aggira intorno a 2 mSv (millisievert)

27. la radioattività naturale componente di origine extraterrestre raggi cosmici contribuiscono per il 14% alla dose naturale totale carta piombo vetro

28. la radioattività naturale i raggi cosmici nello spazio 100 km 13 mSv / h 10 km 5 mSv / h 1 km 0.1 mSv / h carta piombo vetro 0.03 mSv / h

29. la radioattività naturale componente di origine terrestre - potassio radioattivo K-40 radon - le famiglie radioattive uranio torio si libera nel sottosuolo nelle formazioni geologiche di origine vulcanica e da qui per diffusione giunge in superficie ove si disperde nell’ambiente è presente in molti materiali da costruzione (granito, ceneri di carbone fossile, gessi fosfatici, tufi, ecc.)

30. la radioattività naturale dai gas radioattivi presenti nell’aria e dai materiali da costruzione (37%) dalla radioattività originata nel sottosuolo (19%) radioisotopi primordiali

31. la radioattività naturale Esposizione a Sorgenti Naturali Esposizione a Sorgenti Artificiali

32. la radioattività naturale

33. le interazioni con la materia le interazioni con la materia

34. le interazioni con la materia Le radiazioni scambiano energia in maniera differente a seconda che si tratti di particelle o di radiazione elettromagnetica

35. le interazioni con la materia Direttamente ionizzanti alfa:  beta:  particelle cariche (elettroni, protoni ecc.) Indirettamente ionizzanti • elettromagnetiche: X -  • neutroni e….altre particelle

36. la interazione delle particelle cariche le interazioni con la materia direttamente ionizzanti il passaggio di una particella attraverso un mezzo provoca la ionizzazione di un gran numero di atomi per attrazione o repulsione degli elettroni (ionizzazione primaria)

37. la interazione delle particelle cariche le interazioni con la materia ogni particella perde energia con gradualità, cedendola alle molecole incontrate sul percorso -ionizzazioni molecolari -eccitazioni molecolari -calore

38. la interazione con l’ambiente intracellulare le interazioni con la materia H•ione idrogeno OH•ione ossidrile l’urto avviene secondo leggi statistiche e non dipende dalla struttura e dalla funzione chimica delle molecole incontrate radiolisi dell’acqua H2O- H2O+ - +

39. le interazioni con la materia la probabilità di incontrare una molecola “vitale” e quindi di produrre un danno biologico dipende dalla rapidità con cui viene ceduta l’energia (LET) materia a ionizzazioni b ……nella interazione con la materia vivente

40. le interazioni con la materia molecola di DNA 3 nm particella b- particella a

41. le interazioni con la materia IL POTERE DI PENETRAZIONE NEI TESSUTI DALL’ESTERNO strato corneo derma a b- mm 600 800 200 400 0

42. le interazioni con la materia IL POTERE DI IONIZZAZIONE NELLE CELLULE strato corneo derma a mm 600 800 200 400 0

43. le interazioni con la materia la interazione dei fotoni

44. i raggi X e i raggi gamma le interazioni con la materia indirettamente ionizzanti Interagiscono con la materia solo quando entrano in collisione con una particella (elettrone) Nell’urto cedono tutta l’energia e scompaiono

45. le interazioni con la materia i fotoni spesso generano anche una radiazione secondaria (diffusa)

46. le interazioni con la materia radiazione secondaria

47. le interazioni con la materia IL POTERE DI PENETRAZIONE NELLA MATERIA

48. la dose la misura della dose

49. la dose UNITA’ DI MISURA: 1 gray (Gy) = 1 joule/kg 1 mGy= 1/1000 Gy 1 cGy = 1/100 Gy dose assorbita (D) tessuto esprime l’energia assorbita in media da una massa unitaria di tessuto

50. la dose TABELLA – Livelli di riferimento della dose per alcuni comuni esami radiologici su pazienti adulti.- NRPB 1992