LE SCHERMATURE IN RADIOPROTEZIONE

1. LE SCHERMATURE IN RADIOPROTEZIONE

2. LIMITI DI DOSE E ZONE CONTROLLATE All. III e IV del D.Lgs 230/95 modificato dal D.Lgs. 241/00 • 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

3. LIMITI DI DOSE E ZONE CONTROLLATE • 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”

4. LIMITI DI DOSE E ZONE CONTROLLATE • 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

5. LIMITI DI DOSE E ZONE CONTROLLATE • 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…”

6. 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

7. DIMINUZIONE DELL’ESPOSIZIONE ALLE RADIAZIONI IONIZZANTI • E’ POSSIBILE AGIRE SU TRE FATTORI • TEMPO DI ESPOSIZIONE • DISTANZA DALLA SORGENTE • INTERPOSIZIONE DI BARRIERE (SCHERMATURE)

8. PROGETTAZIONE DI SCHERMATURE • SCEGLIERE I LIVELLI DI RADIAZIONE CHE SI DESIDERA OTTENERE NEGLI AMBIENTI PROTETTI • ANALIZZARE LE CARATTERISTICHE DEL CAMPO DI RADIAZIONE • PROGETTARE LE BARRIERE • FARE DEGLI ACCORGIMENTI PER LE SOLUZIONI DI CONTINUITA’

9. 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 • PRINCIPIO DI OTTIMIZZAZIONE • FATTORE DI OCCUPAZIONE T • FATTORE DI SICUREZZA

10. PRINCIPIO DI OTTIMIZZAZIONE “TUTTE LE DOSIdovute 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

11. 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

12. 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

13. 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)

14. 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

15. 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

16. 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 QUELLA DEL FASCIO UTILE • SECONDARIA: DALL’INTERAZIONE PRIMARIA-MATERIA • DIFFUSA: DEVIATA DALLA DIREZIONE PRIMARIA A CAUSA DELL’INTERAZIONE CON LA MATERIA (BARRIERE)

17. SCHERMATURE DI PARTICELLE CARICHE • EFFETTI DA CONSIDERARE • PERDITA DI ENERGIA PER IONIZZAZIONE • E PER ECCITAZIONE • PRODUZIONE DI RADIAZIONI SECONDARIE PENETRANTI • DIFFUSIONE COULOMBIANA (raramente)

18. 1.1 PARTICELLE CARICHE PESANTI • PERDITA DI ENERGIA CONTINUA • PROFONDITA’ DI PENETRAZIONE (RANGE) SCHERMO DI SPESSORE MAGGIORE DEL MASSIMO RANGE DELLE PARTICELLE

19. PERDITA DI ENERGIA PER: • IONIZZAZIONE • IRRAGGIAMENTO PRODUZIONE DI FOTONI 1.2 ELETTRONI 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

20. 2. SCHERMATURE PER FOTONI • I FOTONI NON IONIZZANO DIRETTAMENTE LA • MATERIA MA INTERAGISCONO CON ESSA • ATTRAVERSO TRE EFFETTI: • FOTOELETTRICO • COMPTON • PRODUZIONE DI COPPIA • QUESTI EFFETTI PRODUCONO SECONDARI • CARICHI CHE IONIZZANO E FOTONI DIFFUSI IN • VARIE DIREZIONI.

21. 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

22. 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

23. In termini di esposizione IL COEFFICIENTE DI BUILD UP E’ PROPRIO IL RAPPORTO TRA LA CURVA DI ASSORBIMENTO REALE E QUELLA DEL MODELLO ESPONENZIALE • 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.

24. 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: • Se Z1 ~ Z2 (Z1-Z2<= si sceglie B dello Zmagg • B=Bmax(m(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

25. 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’ • PIOMBO: SCARSA RESISTENZA MECCANICA, BASSO PUNTO DI FUSIONE, ALTA TOSSICITA’ E COSTO. • FERRO O ACCIAIO: MEDIO Z, MEDIO COSTO, ROBUSTEZZA STRUTTURALE, FACILE LAVORAZIONE MECCANICA. • 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,…)

26. RICORDIAMO • PROCESSI PIU’ RILEVANTI PER L’ASSORBIMENTO DI FASCI • DI NEUTRONI NELL’INTERAZIONE CON LA MATERIA IN • FUNZIONE DELL’ENERGIA: • E2MeV: DIFFUSIONE ELASTICA SU NUCLEI LEGGERI • RAPIDO RALLENTAMENTO (fino ad E termiche) • CATTURA E ASSORBIMENTO • 2MeV<E<10MeV: DIFFUSIONE ELASTICA ED ANELASTICA • DEGRADAZIONE DELLO SPETTRO DI • ENERGIA DEI NEUTRONI PRESENTI • E>10MeV: REAZIONI NUCLEARI MOLTIPLICAZIONI DI • NEUTRONI PRESENTI E PROCESSI IN CASCATA • SCHERMATURE PER NEUTRONI

27. In termini di flusso  BUONA GEOMETRIA MODELLO DI ASSORBIMENTO ESPONENZIALE IN CUI A t= SEZIONE D’URTO TOTALE CATTIVA GEOMETRIA FATTORE DI BUILD UP APPROX NON BUONA E B DIFFICILE DA CALCOLARE …. ma ora ci sono programmi Montecarlo

28. 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

29. MATERIALI UTILIZZATI PER SCHERMATURE DI NEUTRONI • 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 • CALCESTRUZZO: PUO’ CONTENERE FINO AL 67% IN PESO DI IDROGENO

30. CALCOLO DELLE SCHERMATURE ESISTONO VARI MODELLI PER IL CALCOLO DELLE SCHERMATURE. SI BASANO SU UNA SERIE DI PARAMETRI: • 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) • DISTANZA DELLA BARRIERA PROTETTIVA DALLA • SORGENTE DI RADIAZIONE • LIVELLO DI IRRADIAZIONE RICHIESTO A VALLE DELLA • BARRIERA

31. TABELLE NUMERICHE DEI FATTORI DI USO RACCOMANDATI DALLA ICRP

32. TABELLE NUMERICHE DEI FATTORI DI OCCUPAZIONE RACCOMANDATI DALLA ICRP

33. 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 ESEMPIO DI CALCOLO DI UNA BARRIERA PRIMARIA PER UN APPARATO A RAGGI X

34. = MASSIMA INTENSITA’ DI ESPOSIZIONE PERMESSA OLTRE LA BARRIERA PRIMARIA = MISURA ESPOSIZIONE CHE SI HA IN MEDIA IN UNA SETTIMANA A UNA DISTANZA FISSA K

35. ESEMPIO DI CALCOLO DI UNA BARRIERA SECONDARIA PER UN APPARATO A RAGGI X • RADIAZIONE • DI FUGA • DIFFUSA

36. FATTORE DI TRASMISSIONE DELLA BARRIERA SECONDARIA = 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 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

37. 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 • UGUALE AL 0.1%: • LEGGE DEL QUADRATO DELLA DISTANZA (d ds) CALCOLO DELLO SPESSORE DI UNA BARRIERA SECONDARIA PER LA RADIAZIONE DIFFUSA

39. 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