Schermaggio delle radiazioni Dott.ssa Alessandra Bernardini

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1 Schermaggio delle radiazioni Dott.ssa Alessandra Bernardini

2 Barriere rotettive Le barriere rotettive servono a ridurre la dose da radiazione al valore desiderato. Nella rogettazione delle schermature devono essere resi in considerazione diversi fattori: Modalità d uso della macchina radiogena (grafia, scoia Temo di utilizzo (carico di lavoro misurato in mamin/sett Direzione del fascio Energia del fascio Ambienti circostanti

3 Attenuazione della radiazione Dato un fascio di fotoni monocromatici che attraversa uno sessore dx, la frazione dn di fotoni assorbiti sarà: dd = μμ dd Dove µ è la robabilità che il singolo fotone interagisca con il mezzo e sia rimosso dal fascio iniziale. Integrando i due termini si ottiene la variazione del numero di fotoni in funzione dello sessore di materiale: N N 0 dd N x = μ dd N x = N 0 0 e μ x Il numero di fotoni del fascio iniziale è degradato esonenzialmente. 3

4 Coefficiente di attenuazione Il coefficiente di attenuazione µ diende dall energia del fotone incidente e dal tio di materiale attraversato. Può essere esresso in funzione della sezione d urto di interazione, tenendo conto della densità del mezzo: μ = ρ N a A σ Dove: σ = σ f + σ c + σ σ f = sez. d urto er assorbimento fotoelettrico. σ c = sez. d urto er interazione Comton. σ = sez. d urto er roduzione di coie. 4

5 Geometrie di irraggiamento L attenuazione esonenziale del fascio è una assunzione valida solo in condizioni in cui siano redominanti effetto fotoelettrico o creazioni di coie. Se il fascio, nell attraversare uno sessore, subisce anche interazione Comton allora viene degradato in energia ma non in intensità. Fotone Comton 5

6 Build u Per tener conto della radiazione diffusa, ma non assorbita, dal materiale bisogna aggiungere il fattore di build-u all esressione dell attenuazione del fascio: N x = B(E, x N 0 e μ x Il fattore di build-u è definito come: B E, x = ffffff iiiiiiiiiiii + ffffff CCCCCCC ffffff iiiiiiiiiiii Se alichiamo la formula esonenziale semlice, senza il fattore di buildu stiamo sottostimando il numero di fotoni nel fascio emergente. Se consideriamo tutti i fotoni diffusi er effetto Comton stiamo sovrastimando il fascio emergente erché non tutti i fotoni diffusi suerano la schermatura. 6

7 Condizioni di «buona geometria» Se il fascio è molto stretto (narrow beam o altamente collimato, si riesce ad eliminare quasi totalmente i fotoni Comton dal fascio in ingresso al rivelatore. collimatori B E, x = + ffffff CCCCCCC ffffff iiiiiiiiiiii rivelatore B E, x B E, x > (in condizioni di buona geometria (in condizioni di cattiva geometria Il fattore di build-u diende da: Energia e direzione di roagazione del fascio Profondità di enetrazione della radiazione nel mezzo Coefficiente di attenuazione del mezzo Geometria mezzo attenuatore rivelatore Funzione di risosta del rivelatore Il calcolo dei fattori di build-u non è banale e viene fatto attraverso formule emiriche o con simulazioni Monte Carlo 7

8 Limiti di dose I limiti di dose er la oolazione e er i lavoratori vengono indicati nel D.Lgv. 30/995 e succ. mod. int. e in articolare agli artt. 8 e 96 che richiamano gli allegati III e IV del D.Lgv. 40/000. Ricordiamo i limiti sueriore di dose er le ersone del ubblico e er la oolazione, di cui bisogna tener conto quando si rogettano delle barriere: Categoria Limite (msv/anno Pubblico Lavoratori esosti cat. B 6 Lavoratori esosti cat. A 0 In questi limiti sono da considerare anche le dosi rese er eventi anomali revedibili o malfunzionamenti. 8

9 Norme di buona tecnica Per il calcolo delle barriere la normativa rimanda a «norme di buona tecnica» non meglio secificate. I rinciali organismi nazionali e internazionali che emanano norme tecniche er la rotezione dalle radiazioni ionizzanti sono: CEI (Comitato Elettrotecnico Italiano UNI (Ente Nazionale Italiano di Unificazione Questi organismi sono associati ad organismi internazionali quali: IEC (International Elecrtotechnical Commission ISO (International Organiztion for Standardization Attualmente er la valutazioni delle schermature attorno alle macchine radiogene vengono utilizzate le ubblicazioni NCRP n.49 e n.5 aggiornate dalla n.44 e n.47. Altre ubblicazioni di riferimento sono quelle della IAEA (International Atomic Energy Agency e dell ICRP (International Commission on Radiological Protection. 9

10 Fascio rimario e comonente diffusa e di fuga A seconda che si voglia schermare il fascio rimario o le comonenti secondarie di fuga e di radiazione diffusa, si utilizzano formule diverse. Il fascio rimario raresenta la fonte di rischio maggiore del tubo a RX. Radiazione di fuga Fascio rimario Radiazione diffusa Area : schermatura dal fascio rimario Area : schermatura dal fascio diffuso e di fuga d : distanza fuoco-area d F : distanza fuoco- image recetor (il fascio rimario ha area F d s : distanza diffusore-area (radiazione diffusa d L : distanza cuffia-area (leakage 0

11 Punti di calcolo delle barriere Obiettivi di rogetto: Area controllata: 0,4 mgy/settimana* Area non controllata: 0,0 mgy/settimana *le norme italiane sono iù restrittive delle indicazioni euroee Distanza dalla sorgente Piano sorastante 0,50 m I Piano dell imianto Imianto Rx S 0,30 m I I: Punto di calcolo er aree occuate Si considera la distanza della sorgente dagli organi sensibili della ersona Area occuata I Piano sottostante,70 m

12 Barriere rimarie Per calcolare lo sessore delle barriere è necessario rima individuare il unto P di interesse. A questo unto si calcola il ERMA in aria alla distanza d in assenza di schermatura: (0: kerma in aria nel unto P in assenza di schermatura : kerma in aria sul fascio rimario a m dal fuoco U : fattore d uso N : numero di azienti / settimana : distanza fuoco-unto di interesse d (0 = U d N

13 Calcolo della schermatura Fissato il kerma in aria di rogetto nel unto di interesse e conoscendo il kerma in assenza di barriera nello stesso unto, si calcola il fattore di trasmissione B(x: B ( x = ( x (0 = P T U d N B( x P T = d U N B(x: fattore di trasmissione (è dato dal raorto fra il kerma in aria dietro la barriera di sessore x e il kerma in aria nello stesso unto senza barriera d : distanza del unto di interesse dalla sorgente : kerma in aria medio a m dalla sorgente in assenza di schermatura N : numero di azienti esaminati er settimana nella sala radiografica P : dose di rogetto nel unto di interesse (kerma in aria in mgy/settimana U : fattore d uso del fascio nella direzione della arete rimaria considerata T : fattore d occuazione dell area di interesse

14 Calcolo di (fascio rimario Per il fascio rimario il valore di viene fornito in mgy/mamin a m dal fuoco del tubo RX in funzione alla tensione alicata (kv. Il valore di si ricava dai grafici e viene chiamato w (erché viene fornito er unità di carico di lavoro e diende: dalla forma d onda del generatore; dal materiale dell anodo; dalla filtrazione del fascio; dall angolatura dell anodo Il grafico B. fornisce i valori di w : er un mammografo con anodo al Mo e filtrazione al Mo; er un generatore trifase - imulsi con anodo al W e filtro di Al

15 Grafico e valori I valori di w in mgy/mamin er unità di carico di lavoro (W ossono ricavarsi dalle formule olinomiali: Mammografo Mo/Mo: w =, , kkk Generatore trifase - imulsi Tungsteno/alluminio: w =,,664 0 kkk +,7 0 3 kkk 3, kkk 3 Il valore (mgy/aziente er il carico effettivo viene quindi calcolato Dove: con la seguente formula: (kkk = w(kkk W W(kV: mgy/mamin a m er i kv alicati W z : mamin/aziente

16 Calcolo del fattore di trasmissione Il coefficiente di trasmissione B(X uò essere calcolato conoscendo il valore di nel unto di interesse. Con il coefficiente di trasmissione, attraverso i grafici si uò ricavare lo sessore della barriera nel materiale scelto. B( x P T = d U N

17 Preshielding Il coro del aziente e il ricettore d immagine (comreso il suorto attenuano in modo consistente il fascio. Questa viene definita reschermatura (reschielding. Princiio cautelativo: oiché non semre il fascio rimario viene totalmente intercettato dal aziente, cautelativamente si ignora tale attenuazione e si considera solo quella dovuta al ricettore d immagine (cassetta, griglia, tavolo e ai suoi suorti. Elementi attenuanti Griglia, cassetta e suorto X re (mm Piombo Cemento Acciaio 0, Solo griglia e cassetta 0,30 30 Lo sessore equivalente di attenuazione x re otrà essere sottratto dallo sessore totale della barriera rimaria: x barr = x calc - x re

18 Metodi di calcolo della schermatura Lo sessore della schermatura si calcola attraverso la formula di Archer: β + B( x α x = ln α γ β + α Dove α, β e γ sono tabulati nella NCRP n.47: In aendice A, tabella A. in funzione dei kv e del materiale schermante In aendice B, tabella B. in funzione della tiologia di sala e del m. s. γ Oure, conoscendo il fattore di trasmissione, si ricava lo sessore direttamente dai grafici di attenuazione forniti er diversi materiali.

19 Parametri della formula di Ascher I arametri di interolazione α, β, γ er la radiazione rimaria si ricavano dalla tabella A. dell aendice A (in funzione dei kv e del materiale schermante oure dalla tabella B. dell aendice B (in funzione della tiologia di sala e del materiale schermante leggendo direttamente lo sessore occorrente dai grafici x = f (B nell aendice B er diversi materiali schermanti

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25 Barriere secondarie Le barriere secondarie servono a schermare le comonenti secondarie della radiazione (radiazione diffusa e di fuga. L intensità della radiazione diffusa aumenta con l area irraggiata e con l intensità del fascio. La radiazione di fuga dovrebbe essere idealmente nulla, ma oiché dalla cuffia uò succedere che emergano «sifferi» di raggi X, la normativa tecnica imone che questa sia inferiore a 0,876 mgy/h a metro di distanza, con il tubo in tensione e corrente massime e in funzionamento continuo.

26 Calcolo della schermatura secondaria Nel calcolo delle barriere secondarie bisogna tener conto anche della distanza fuoco-coro diffondente (d F, coro diffondente- unto di interesse (d S e er la comente «di fuga» anche della distanza fuoco-unto di interesse (d L. (0 = Sec d Sec Sec N ( x = ( x ( x Sec S + erma in aria in assenza di barriere nel unto di interesse, er N azienti a settimana. L erma totale secondario dietro una barriera di sessore x. È dato dalla somma dei kerma in aria delle due comonenti: diffusa S di fuga L B Sec ( x ( x (0 P ( T d Sec Sec = = Sec Sec N Coefficiente di trasmissione er le barriere secondarie

27 erma dovuto alla radiazione diffusa ( S L intensità della radiazione diffusa diende: dall angolo di diffusione; dall intensità del fascio; dall area irraggiata; Il numero di fotoni incidenti sul aziente varia linearmente con l aertura del fascio RX, quindi se lasciamo invariati kv, mas e collimazione l intensità della radiazione diffusa a m è indiendente dalla distanza fuoco-aziente. RX d F Area irraggiata F θ d s Diffusore

28 Frazione di radiazione diffusa In letteratura si trovano tabulati i coefficienti di diffusione α (θ, kv calcolati con i seguenti arametri: F = cm (area irraggiata, d F = m, d s = m e mas. a (, kv ( ϑ, kv = ( kv s ϑ erma in aria a m dal diffusore erma in aria a m dal fuoco, sul fascio utile Il coefficiente di diffusione a viene fornito a m di distanza dal diffusore er un camo di cm (Aendice C, figura C. del NCRP n.47

29 Il kerma in aria, dovuto alla sola comonente diffusa, nel unto di interesse in assenza di barriera è facilmente calcolabile conoscendo la frazione di radiazione diffusa all angolo θ (a, la suerficie irraggiata (F, il numero di azienti (N e le distanze (d s e d F : ( (, ( F s s d U N F d a kv kv = ϑ Calcolo barriere secondarie: comonente diffusa Se la comonente dovuta alla radiazione di fuga è talmente bassa da oter essere trascurata, ossiamo calcolare il coefficiente di trasmissione considerando la sola comonente diffusa: Dove U è il fattore d uso ( ( (0 ( ( U N F a d d T P x x B P F S S S S = =

30 erma dovuto alla radiazione di fuga ( L La radiazione di fuga è limitata dagli enti normatori a 00 mr/h (0,876 mgy/h ovvero 0,046 mgy/min a m con tensione e corrente massime alicabili in funzionamento continuo. Tubi radiografici Mammografi kv max (kv I max (ma Il rateo della radiazione di fuga a m er un tubo che oera a otenziale kv e corrente I è dato da: d dt L kv I B cuffia ( kv B cuffia (kv: fattore di trasmissione della cuffia Per un tubo che oera in continuo a 50 kv e 3,3 ma occorrono,3 mm Pb er ridurre la radiazione di fuga a m a 00 mr/h

31 Calcolo del kerma dovuto alla radiazione di fuga ( L Fissato il valore limite del rateo di fuga a m, il valore di rateo a m er i kv e ma effettivamente alicati risulta: d ( dt L m = 0,046kV kv max B cuffia B cuffia ( kv ( kv max I I max ( L d dt t d dt L L m = ( m min/ sett = ( m W mamin/ sett I max L alla distanza d L dalla cuffia er il carico di lavoro settimanale W (mamin/sett è dato dalla seguente relazione: L ( d L = 0,046kV kv max B B cuffia cuffia ( kv ( kv max W ( kv I max d L

32 max max sec 0,046 / (0 (0 ( ( ( L F S L S L S d I kv W kv d d F a T P x x x B + = + + = Coefficiente di trasmissione secondario (, ( F s s d F d a kv kv = ϑ max max ( 0,046, ( L L L d I kv kv W kv d kv =

33 Calcolo dello sessore della barriera secondaria Come er le barriere rimarie, anche er quelle secondarie lo sessore si uò calcolare attraverso la formula di Archer, utilizzando i arametri di interolazione della Tabella C dell aendice C (NCRP n.47 forniti sia in funzione dei kv che della tiologia di sala er diversi materiali schermanti x sec = ln α γ ( B sec + γ + β γ β γ

34 Oure si ricava lo sessore dai grafici x = f (B nell aendice C er diversi materiali schermanti

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37 Equivalenza fra diversi materiali Materiale imiegato Acciaio Gesso da muro Vetro Calcestruzzo leggero Raorto dello sessore risetto al iombo o al calcestruzzo standard 8 volte lo sessore richiesto in iombo 3, volte lo sessore richiesto in calcestruzzo standard, volte lo sessore richiesto in calcestruzzo standard,3 volte lo sessore richiesto in calcestruzzo standard