INTERAZIONE RADIAZIONE-MATERIA e DOSIMETRIA

1. INTERAZIONE RADIAZIONE-MATERIAeDOSIMETRIA • Le radiazioni nucleari • Interazione tra radiazioni e materia • Effetti biologici della radiazione ionizzante • Dosimetria • Radioattività naturale • Radioprotezione

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  +

3. 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

4. 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)

5. 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

6. Effetti biologici delle radiazioni ionizzanti • MOLECOLE • eccitazione • ionizzazione • dissociazione • ATOMI • eccitazione • ionizzazione • CELLULE • blocco della divisione • effetti sul metabolismo • STRUTTURE SUB-CELLULARI • blocco biosintesi • effetti genetici • effetti funzioni nucleo • DNA • Rottura temporanea legami • Rottura permanente legami • ORGANI • effetti sulla crescita • effetti su funzioni nervose • effetti su risposta umorale

7. 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) iodio-131 (emivita 8 giorni) Kr-81m (emivita 13 secondi) Xenon-133 (emivita 5.3 giorni)

8. DOSIMETRIAmisura 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

9. DOSIMETRIAGrandezze 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)

10. 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 Organi Gonadi Midollo osseo Colon Polmone Stomaco Vescica Mammella Fegato Esofago Tiroide Cute superfici ossee altri tessuti (tot.) totale 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 QF fotoni, elettroni protoni neutroni (varie energie) particelle alfa, nuclei pesanti 1 5 5-20 20

11. Dall’emissione... • Sorgente radioattiva (Attività) • Materiale irraggiato (Esposizione) • Assorbimento (Dose) • Danno biologico (Dose equivalente e efficace) • ...all’assorbimento

12. Radioattività naturale Sorgenti extraterrestri (raggi cosmici)

13. 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, …

14. Elemento Carbonio Contenuto in peso in un corpo di 70 Kg 16 Kg (23%) Radioisotopo 6C 14 Potassio 0.140 Kg (0.02%) 19K 40 Torio Uranio 0.1 mg (1.4 10-7%) 0.1 mg (1.4 10-7%) 90Th 92U 232 238 Radioattività nel corpo umano Il corpo umano è una “sorgente radioattiva” di attività pari a circa 8000 Bq E’ possibile datare un composto organico in funzione dell’attività del radiosotopo C 14

15. Dose da radiazioni naturali e artificiali fondo naturale 1 mSv/anno raggi cosmici 0.26 mSv/anno gas radon 1.4 mSv/anno Dosi efficaci rilasciate in alcune tipiche applicazioni (in mSv/esame) RX TAC Testa 0,07 2 Torace 0,1 10 Addome 0,5 10 Pelvi 0,8 10 Nelle scintigrafie la dose efficace va da 1 a 4 mSv, per la PET la dose è circa 7 mSv.

16. Dose (Sv) < 0.25 0.25 – 1 1 – 2 2 – 3 4 – 7 > 8 Effetto 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 Limiti di dose annua Limiti di dose annua per radiazioni artificiali popolazione normale 1 mSv/anno lavoratori esposti 50 mSv/anno Danni per irraggiamento acuto(tempo inferiore all’ora)