La radioattività può avere un origine sia artificiale che naturale.

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Camilla Beretta
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http://www.isprambiente.gov.it/it/temi/radioattivita-e-radiazioni/ radioattivita/radioattivita-naturale-e-artificiale La radioattività può avere un origine sia artificiale che naturale.

1 radioattivita/radioattivita-naturale-e-artificiale La radioattività può avere un origine sia artificiale che naturale. La radioattività artificiale è quella che si genera a seguito di attività umane: - produzione di energia nucleare, - apparecchiature mediche per diagnosi e cure, - apparecchiature industriali, - attività di ricerca, -, - attività legate alla produzione di materiale bellico. Tutte le attività sono rigorosamente regolate da 1 legislazioni nazionali.

2 Radioattività naturale è dovuta alla presenza di radiazioni provenienti dal cosmo, alle interazioni tra queste e l atmosfera e alla presenza di molti elementi radioattivi esistenti fin dalle origini della terra, che non si sono ancora trasformati completamente e ancora non hanno raggiunto lo stato di stabilità finale. Questi elementi sono presenti ovunque nell aria, nel suolo, nelle acque e perfino nel nostro corpo. Alcune determinate attività produttive che utilizzano materiali naturali possono dar luogo, durante i processi di lavorazione, a condizioni di esposizioni non trascurabili dei lavoratori o della popolazione, ad esempio per effetto del contenuto iniziale di radioattività naturale o per la produzione di residui nei quali alcuni elementi si concentrano. 2

3 it.wikipedia.org/wiki/raggi_cosmici RAGGI COSMICI - Particelle energetiche provenienti dallo spazio esterno, alle quali è esposta la Terra e qualunque altro corpo celeste, nonché i satelliti e gli astronauti. - Origine: il Sole, le altre stelle, fenomeni energetici come novae e supernovae, fino ad oggetti remoti come i quasar In media sulla superficie della terra: 1 particella μ / (cm 2 x minuto) 3

La maggior parte dei raggi cosmici che arrivano sulla Terra sono prodotti secondari di sciami formati nell'atmosfera dai raggi cosmici primari, con interazioni che tipicamente producono una cascata

4 La maggior parte dei raggi cosmici che arrivano sulla Terra sono prodotti secondari di sciami formati nell'atmosfera dai raggi cosmici primari, con interazioni che tipicamente producono una cascata di particelle secondarie a partire da una singola particella energetica. Nei casi in cui manchi lo schermo della atmosfera, come nei satelliti artificiali, l'elettronica di bordo deve essere irrobustita e schermata pena malfunzionamenti, e nel caso di missioni con equipaggio umano gli astronauti stessi sono sottoposti al bombardamento di raggi cosmici che possono avere 4 effetti ionizzanti sui tessuti biologici.

5 Studi indipendenti e contemporanei del poterono escludere l origine l terrestre della radiazione cosmica: - Domenico Pacini,, esperimenti fra il 1907 e il 1911, studiando nelle acque marine di Livorno e in quelle del lago di Bracciano, registrò la diminuzione della loro intensità all'aumentare della profondità. - Victor Franz Hess,, esperimenti fra il 1911 e il 1912, registrò l'aumento dell'intensità delle radiazioni con l'altezza per mezzo di un pallone aerostatico. Victor Hess vinse il Premio Nobel per la fisica nel 1936 per le sue ricerche nel campo della radiazione cosmica Pacini era morto da due anni e dunque non era eleggibile. 5

6 Cenni di Radioattività: gergo Esistono particolari nuclei (numero di massa A) denominati instabili che hanno un rapporto tra numero di protoni (numero atomico Z) e numero di neutroni (N = A-Z) troppo alto o troppo basso rispetto a quello dei nuclei stabili. Questi nuclei instabili si trasformano tramite processi di decadimento radioattivo, spesso anche con più passaggi successivi, fino a produrre nuovamente un nucleo stabile. Si distinguono tre categorie di decadimenti: α, β, γ. Si parla di radiazioni ionizzanti, nel senso che sono abbastanza energetiche da ionizzare gli atomi del mezzo con cui Interagiscono nell attraversarlo se èmateria vivente potrebbero così anche danneggiarla anche i circuiti integrati possono essere danneggiati! 6

7 7

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9 Energia di legame per nucleone per tutti i nuclei, tranne i più leggeri, 8 MeV / A fusione fissione 9

10 Una visualizzazione dei decadimenti 10

11 Esempio di decadimento alfa (α):( U Th He Z Z 2 A A - 4 Esempio di decadimento beta (β( ): ( n 14 6 C p N e + e + ν + e ) ν e Z Z + 1 A A Esempio di decadimento beta inverso (β( + ): ( p 12 7 N n C e + + e + + ν + e ) ν e Z Z - 1 A A 11

12 Esempio di decadimento gamma (γ):( 13 6 C * 13 6 C + γ Z Z A A Esempio di emissione di neutroni nelle reazioni di fissione: U Te+ Zr + 2( 1 n) Z Z1 + Z2 + 0 A A1 + A

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14 Legge del decadimento radioattivo: Il decadimento radioattivo è un processo statistico a probabilità costante (indipendente dal tempo). Il numero N(t) di nuclei radioattivi rimasti diminuisce nel tempo con legge esponenziale decrescente Se all istante t = 0 (che è l istante iniziale della misurazione) un campione di materia contiene N(0) nuclei radioattivi, ad un istante di tempo t successivo, il numero N(t) di nuclei superstiti sarà dato da N(t) = N(0) exp(-t/ t/τ) τ = vita media del nucleo. T 1/2 = periodo di dimezzamento T1 = τ ln(2) τ

15 15

16 Esempio: Cs-137 τ = 43.6 anni ; T 1/2 = 30.2 anni 16

17 Esempio: Se una certa zona è inquinata dal Cesio , Dopo circa 30 anni, l inquinamento si sarà ridotto a 1/2 del valore iniziale; Dopo circa altri 30 anni, cioè dopo 60 anni, la radioattività si ridurrà a 1/4 del valore iniziale; occorrono circa 200 anni perché la contaminazione scenda a 1/100 del valore originale! 17

18 Attività del campione radioattivo: La grandezza fisica che descrive l intensità con cui avvengono i decadimenti radioattivi, prende il nome di attività A del campione. dn( t) t 1 N( t) A ( t) = = N(0) exp( ) ( ) = dt L attività misura il numero di decadimenti che avvengono nell unit unità di tempo. l attività cresce all aumentare aumentare del numero di nuclei radioattivi presenti l attività diminuisce all aumentare aumentare della vita media τ del nuclide stesso. τ τ τ 18

19 Nel sistema S.I. l unità di misura dell attivit attività è il becquerel (Bq): 1 Bq è l attività di un campione radioattivo che subisce 1 decadimento / secondo (1 Hz) Vecchia unità pratica per l attività: Curie (1Ci) definita come l attività di 1g di radio Ra 222 Rn + 4 He 1 Ci = 3.70 x decadimenti / secondo = 37 GBq 19

20 Misura della quantità di radiazione assorbita da un corpo: Ci sono due grandezze fondamentali che descrivono l assorbimento di radiazione: 1) Dose assorbita D da un corpo di massa M: D = ΔE/M ΔE : quantità di energia rilasciata nel corpo M : massa del corpo ove viene rilasciata energia Nel sistema S.I. la dose assorbita si misura in gray (Gy). 1 Gy = 1 J / 1 kg la dose assorbita in un dato intervallo di tempo si misura in Gy/s o spesso anche in Gy/year. 20

21 Tuttavia, a parità di dose assorbita D, D se questa dose è dovuta a tipi di radiazioni diverse, allora i danni biologici potranno essere diversi. Si parla pertanto di Dose Equivalente. 2) Dose equivalente H = D x Fattore numerico Fattore numerico dipende dagli effetti che le diverse radiazioni hanno sugli organismi. Per definizione, Fattore numerico = 1 per la radiazione e. m. (raggi X e raggi γ) e risulta = 1 anche per gli elettroni; Fattore numerico = 20 per particelle α Nel sistema S.I. l unità di misura della dose equivalente è il sievert (Sv). La dose equivalente in un dato intervallo di tempo si misura in 21 Sv / s o anche in Sv / year.

22 Valori tipici delle grandezze fisiche D e H La dose equivalente H, H è la grandezza rilevante dal punto di vista degli effetti biologici. Il fondo naturale di radioattività varia da luogo a luogo ma ha come ordine di grandezza 1-2 msv/y /y. Esso è dovuto a diversi fattori: radioattività naturale - del suolo; - dei materiali da costruzione; - eventuale presenza di gas radon; - presenza di Nuclidi radioattivi nel corpo umano; (essenzialmente: 14 C e 40 K) - raggi cosmici. 22

23 Assorbimento di radiazioni nella diagnostica medica ordini di grandezza: Altre dosi equivalenti per attività quotidiane che implicano un aumento di esposizione ai raggi cosmici: Viaggio aereo 0,05 msv / h Permanenza ad alte quote 1-1,5 msv / y. 23

24 Il radon e l unico gas radioattivo a temperatura ambiente Isotopi del radon: 223 Rn 223 Rn 219 Rn 24

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26 26 Metodo efficace fino a 10 x T 1/ anni

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