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1 RADIAZIONI Le radiazioni ionizzanti sono quelle onde elettromagnetiche in grado di produrre coppie di ioni al loro passaggio nella materia (raggi X, raggi gamma, raggi corpuscolari). Le radiazioni non ionizzanti (onde radio, raggi infrarossi, raggi ultravioletti) non sono in grado di produrre ionizzazione, ma possono danneggiare i tessuti biologici che attraversano (riscaldamento, ustioni, etc.). RADIAZIONI IONIZZANTI Le radiazioni ionizzanti trovano largo impiego in medicina, dove sono utilizzate sia a scopo diagnostico sia a scopo terapeutico. Il passaggio delle radiazioni ionizzanti attraverso la materia vivente provoca sempre danni di tipo radiobiologico, per cui il loro impiego è giustificato, se i vantaggi sono superiori ai danni. 2 RADIAZIONI IONIZZANTI L entità del danno prodotto dipende da tipo di radiazione e dalla dose assorbita. Gli effetti biologici delle radiazioni possono essere distinti in effetti somatici (che coinvolgono gli individui irradiati) ed effetti genetici (che coinvolgono la loro discendenza). È bene prendere tutte le possibili precauzioni per evitare di essere irraggiati da radiazioni ionizzanti (ad esempio, usare schermi di piombo) 3

2 RAGGI X Sono radiazioni elettromagnetiche che si producono quando alcuni atomi sono colpiti da fasci di elettroni di elevata energia. L apparato per la produzione dei raggi X si chiama tubo di Coolidge 4 RAGGI X I raggi X sono radiazioni molto penetranti che attraversano con piccola attenuazione i tessuti molli, ma sono riflessi da corpi solidi (ossa, mezzi di contrasto, etc.). I = I o e µ d µ: coeff. di assorbimento d: spessore del materiale Si definisce lo spessore di dimezzamento (H.V.T. = half value thickness), cioè lo spessore per cui l intensità incidente è dimezzata. In medicina sono sono utilizzati per diagnostica (radioscopia, radiografia, T.A.C.) e terapia (irradiazione di cellule cancerose). 5 La radioattività consiste nell emissione di radiazioni α, β, γ da parte del nucleo atomico. Le radiazioni α sono composte da nuclei di He, le radiazioni β sono composte da elettroni e i raggi γ sono radiazioni elettromagnetiche di lunghezza d onda m. Tali radiazioni sono emesse dal nucleo atomico, che si trasforma (decade) in un altro nucleo atomico con diverse proprietà chimico-fisiche. 6 2

3 Ogni nucleo è costituito da protoni e neutroni legati da forze attrattive molto intense, dette forze nucleari. massa carica Protone kg C Neutrone kg 0 Un nucleo è indicato con il simbolo A X Z X = simbolo dell atomo A = numero di massa (protoni+neutroni) Z = numero atomico (protoni) 7 Si chiamano isotopi quei nuclei che hanno lo stesso numero atomico (Z), ma diverso numero di massa (A), cioè stesso numero di protoni e diverso numero di neutroni. Gli isotopi hanno identiche proprietà chimiche, ma proprietà fisiche molto diverse. Se un atomo è sostituito da un suo isotopo radioattivo, la molecola di cui fa parte mantiene inalterate le sue proprietà biochimiche e metaboliche. Il suo destino all interno dell organismo può essere seguito con rilevatori di radiazioni. Tale principio è alla base della medicina nucleare. 8 H protone Alcuni isotopi: Alcuni isotopi: 2 H deuterio 3 H trizio 2 2 C 6 carbonio stabile 4 4 C 6 carbonio radioattivo 9 3

4 In un decadimento radioattivo il nucleo emette alcune particelle (α o β) trasformandosi in un altro nucleo ed emettendo energia sotto forma di radiazione elettromagnetica (raggi γ). La particelle α sono nuclei di elio 4 He 2 Le particelle β sono elettroni (e ) o positroni (e + ) 0 Esempi di decadimento radioattivo Emissione α Emissione α 226 Ra Rn He Ra Rn He 2 Emissione β Emissione β 60 Co Ni 28 + β 60 Co Ni 28 + β Emissione β + Emissione β + 22 Na 22 Ne 0 + β + 22 Na 22 Ne 0 + β + La legge del decadimento radioattivo è N = N o e t τ nuclei radioattivi tempo (giorni) N = numero di nuclei sopravvissuti al tempo t N o = numero di nuclei iniziali τ = vita media 2 4

5 La emivita fisica di una sostanza radioattiva è il tempo necessario affinché siano decaduti la metà dei nuclei iniziali. La emivita biologica di una sostanza radioattiva è il tempo necessario affinché la metà dei nuclei iniziali siano eliminati dall organismo dai processi metabolici. La emivita efficace di una sostanza radioattiva è la combinazione di quella fisica e di quella biologica. T eff = T f + T b 3 Tempi di dimezzamento (giorni) fisico biologico 3 H corpo C 6 grasso ossa P 5 ossa Ca 20 ossa Fe 26 sangue Cu 29 fegato I 5 tiroide Una quantità di materiale radioattivo è rappresentata dalla sua attività numero di disintegrazioni attività = tempo trascorso Ci = disintegrazioni/s mci = disintegrazioni/s µci = disintegrazioni/s nci = 37 disintegrazioni/s Bq = disintegrazione/s 5 5

6 La dosimetria studia l assorbimento di radiazioni da parte dei tessuti biologici, anche in relazione ai danni che esse producono. Unità di misura: rad = 00 erg di energia assorbita da g di materia gray = Gy = 00 rad 6 Per valutare gli effetti prodotti si usa il rem. rem è la dose assorbita che produce gli stessi effetti biologici prodotti dall assorbimento di rad di raggi X (o raggi γ o raggi β). rem = 0.5 rad di neutroni rem = 0. rad di raggi α Per le persone professionalmente esposte, la legge stabilisce che la dose assorbita non superi la quantità di 5 rem/anno. 7 6

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