Protezione dall Esposizione Esterna

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Gennara Benedetti
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1 Protezione dall Esposizione Esterna Corso di formazione dei lavoratori classificati del CR Trisaia, sede di Brindisi Dott. Roberto Falcone GSP4 ION IRP Casaccia

2 Generalità - geometria Geometrie più importanti Puntiforme Planare (contaminazione) Lineare - cilindrica Nube

3 Principi della protezione dall esposizione esterna Riduzione dei tempi di esposizione t Aumento della distanza dalle sorgenti d Schermature

4 Limitazione del Tempo La grandezza direttamente correlata al danno/rischio è la dose accumulata nel tempo Dose accumulata ( es. µsv) Rateo di dose (es. µsv/h) Tempo di esposizione Attuazione: In situazioni più importanti : Permanenza limitata in aree con esposizione Accesso controllato con badge Dosimetro a lettura diretta, magari con allarme

5 Aumento della distanza radiazione x-γx Per una sorgente puntiforme il rateo di dose diminuisce con il quadrato della distanza, d 2 D& = Γ A d 2 d 1, S 1 d 2, S 2

6 Aumento della distanza (x-γ) Per una sorgente radioattiva puntiforme il rateo di dose diminuisce con l inverso del quadrato della distanza, d 2 ; spesso si esprime così: Γ è la costante specifica per il radionuclide Per una sorgente radiogena (tubo a RX), si usa scrivere D& Γ A = 2 d & = Dove D & 1 è il rateo di dose a 1 metro dalla sorgente D d D& d 1 2

7 Distanza: manipolazione di una sorgente puntiforme (x-γ) ) o manovre nelle vicinanze di un tubo RX D = rateo di dose a 50 cm Raggio sorgente =1 cm 50D 2500 D 7 cm Ricordarsi del dosimetro ad anello!

8 Distanza: Particelle β Hanno uno spettro energetico continuo Perdono molta energia passando attraverso la materia (anche l aria), quindi Range: in aria ~ metri, nei solidi ~ 1mm alcuni cm

9 Particelle β,, contaminazioni superficiali, autoassorbimento In generale: Perdono pericolosità a grandi distanze Diventano più pericolose nelle immediate vicinanze o a contatto Risentono fortemente dell autoassorbimento Più pericolose le contaminazioni superficiali e contaminazione della pelle

10 Particelle β,, contaminazioni superficiali, autoassorbimento, cont.

11 Schermature Sono un mezzo di prevenzione e di protezione Non devono essere alterate, spostate Insomma non ne deve essere diminuita l efficacia. L inosservanza è sanzionata

12 Schermature x-γ: x : generalità in buona geometria Consideriamo un fascio di fotoni collimato (buona geometria), che attraversa un mezzo: il numero di fotoni che non subisce interazioni diminuisce con una legge esponenziale rispetto allo spessore x attraversato I x = I 0 e µ x I x = flusso di fotoni a profondità x (fotoni /m 2 sec) µ = coefficiente di attenuazione lineare (m -1 ) x Spesso si usa µ/ρ in m 2 / kg e X = ρx in kg/m 2

13 Schermature x-γ: x : generalità in buona geometria Intensità relativa Spessore emivalente SEV (HVT) Ix/I0 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 I x µ x I 0 = e spessore Spessore decivalente SDV (TVT)

14 Schermature x-γ: x : generalità in buona geometria Valgono le seguenti formulette pratiche: Dopo n spessori SEV: I n SEV = I 2 0 n 1/2, 1/4, 1/8, ecc. Dopo n spessori SDV: I n SDV = I 10 0 n 1/10, 1/100, 1/1000, ecc.

15 Schermature x-γ: x cattiva geometria - situazioni reali Nella realtà c è praticamente sempre il Build up! Spessore assorbente Alcuni fotoni vengono solo deviati, non eliminati e - secondario, emette X di bremsstrahlung Inoltre un nuclide può avere più emissioni con diversa energia!

16 Schermature x-γ: x : situazioni reali 1 attenuazione rateo di dose in aria 0,1 attenuazione 0,01 0,001 0, C 131 I 137 o Cs 24 Na 0, Sb 0, spessore di piombo (cm)

17 Spessori caratteristici per radiazioni di interesse Per fasci già fortemente attenuati: nuclide En. γ (MeV) materiale C.L.S (cm) Acciaio (cm) Piombo (cm) SEV SDV SEV SDV SEV SDV 60 Co 1,17 1,33 6,1 20,3 2,0 6,7 1,2 4,0 137 Cs 0,66 4,9 16,3 1,5 5,0 0,7 2,2 131 I 0,08 0,72 4,6 15, ,7 2,4 Potere schermante, aumenta con lo Z del materiale U > Pb > Acciaio > Calcestruzzo > acqua-plastica

18 Schermatura: particelle β Possono creare radiazione X di bremsstrahlung Avviene quando attraversano materiali a medio/alto Z (per es. ferro, piombo, ecc.) Legno o plastica metallo Si preferisce utilizzare materiali leggeri

19 Esempi Esempio 1 Diffrattometro: cosa succede se non vi sono schermature? Il rischio maggiore, più che dalla radiazione diffusa, sta nella eventuale interposizione della mano sul fascio; Con anodo di W, tensione 40 kv, distanza dal fuoco (sull anodo) d=10 cm, filtrazione 2 mm di Al, si ha 20 R/mA min (1R ~10mSv) Con una corrente di 40 ma, in 1 min 800 R equivalenti a 8 Sv

20 Esempi Per renderci conto: Eritema, desquamazione secca Desquamazione umida (vescicole) Morte cellulare e necrosi dei tessuti 3-5 Gy (Sv) 20 Gy (Sv) 50 Gy (Sv)

21 Esempio 2 Esempi Microscopio TEM JEOL 400kV: cosa succede se non vi sono schermature? Per fare un calcolo semplice, dobbiamo considerare che il fascio sia tutto intercettato in un punto (condizione peggiorativa rispetto alle situazioni più probabili) Con target di Au, tensione 400 kv, corrente 20 µa, distanza dal fuoco (bersaglio) d=30 cm, si avrebbe un rateo di dose: = 3R/h a 1 m =3/0,3 2 = 33R/h a 30 cm =0,3 Sv/h E molto probabilmente una sovrastima, ma dà l idea del rischio.

22 APPROFONDIMENTI

23 Distanza: geometria lineare (x-γ) L d Γ S θ 1 D& L = ( θ 1 + θ 2 d ) θ 1 Il rateo non è più inverso al quadrato di d: allontanandosi decresce più lentamente

24 Distanza: geometria planare (x-γ) R d D& 2 R + d = π Γ S Aln 2 d 2 Il rateo decresce ancora più lentamente con la distanza d (dipendenza logaritmica)

25 Distanza: altre geometrie (x-γ) L aumento delle distanze è meno proficuo in geometrie diverse dalla puntiforme

26 Distanza: Confronto tra geometrie (x-γ) Misure sull asse della sorgente lineare e sull asse di una sorgente planare circolare a 1,5 mt - 0,11 0,25 0,54 variazione rateo di dose con la distanza msv/h 1,2 1 0,8 0,6 0,4 puntiforme lineare, L=5mt planare, R=5mt a 3 mt - 0,028 0,084 0,28 0, ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 m Una curiosità: le attività delle sorgenti considerate sono in proporzione 1 : 2,2 : 18

27 Particelle β - interazione con l arial 100 rateo di dose in aria a 30 cm e a 1 metro da una sorgente puntiforme, in funzione della energia della particella β (int. sorg. 3.7 x10 7 β/sec). mgy/h in aria 10 1 d = 0.3 m 0.1 d =1m Energia in MeV

28 Schermature x-γ: x Build-up up Nella realtà c è praticamente sempre il Build up! Spessore assorbente Alcuni fotoni vengono solo deviati, non eliminati I x = I 0 e µ x I x = BE, µ x I0 e µ x B E,µx E,µx > 1 e - secondario, emette X di bremsstrahlung

29 Schermature x-γ: x Build-up, up, cont. Il fattore di Build up B(E, µx) è tabulato in diverse pubblicazioni per molti materiali ed energie; 1,E+00 1,E-01 buona geometria cattiva geometria esistono varie formule empiriche; alcuni programmi lo utilizzano per valutare le schermature (es. MicroShield ) Ix/I0 1,E-02 1,E-03 1,E-04 1,E-05 1,E ,1 0,2 0,3 x

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