INTERAZIONE RADIAZIONE-MATERIA e DOSIMETRIA

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1 INTERAZIONE RADIAZIONE-MATERIA e DOSIMETRIA Le radiazioni nucleari Interazione tra radiazioni e materia Effetti biologici della radiazione ionizzante Dosimetria Radioattività naturale Radioprotezione Liceo scientifico Don Bosco Interazione radiazione materia e dosimetria pag. 1 1

2 Radiazione nucleare + Poco penetrante, si ferma con un foglio di carta Poco penetrante, si ferma con un foglio di alluminio Molto penetrante, ha effetto ionizzante Liceo scientifico Don Bosco Interazione radiazione materia e dosimetria pag. 2 2

3 Radiazione nucleare Poco penetrante, si ferma con un foglio di carta Poco penetrante, si ferma con un foglio di alluminio Molto penetrante, ha effetto ionizzante Liceo scientifico Don Bosco Interazione radiazione materia e dosimetria pag. 3 3

4 INTERAZIONE RADIAZIONE-MATERIA Quando una radiazione raggiunge un atomo è poco probabile una interazione con il nucleo mentre è più probabile una interazione con gli elettroni L esito dell interazione tra elettrone e radiazione dipende dall energia che vincola l elettrone al nucleo e dall energia della radiazione incidente. I possibili esiti sono due. 1. l elettrone ritorna sull orbitale iniziale (eccitazione) 2. l elettrone è espulso dall atomo (ionizzazione) Liceo scientifico Don Bosco Interazione radiazione materia e dosimetria pag. 4 4

5 INTERAZIONE RADIAZIONE-MATERIA La IONIZZAZIONE modifica le proprietà e i legami elettrici dell atomo: le molecole (che nascono dalla condivisione elettronica di più atomi) si dissociano e di conseguenza si possono modificare anche le strutture molecolari più complesse. La radiazione che determina ionizzazione è detta RADIAZIONE IONIZZANTE Liceo scientifico Don Bosco Interazione radiazione materia e dosimetria pag. 5 5

6 Effetti biologici delle radiazioni ionizzanti ATOMI eccitazione ionizzazione MOLECOLE eccitazione ionizzazione dissociazione STRUTTURE SUB-CELLULARI blocco biosintesi effetti genetici effetti funzioni nucleo CELLULE blocco della divisione effetti sul metabolismo DNA Rottura temporanea legami Rottura permanente legami ORGANI effetti sulla crescita effetti su funzioni nervose effetti su risposta umorale Liceo scientifico Don Bosco Interazione radiazione materia e dosimetria pag. 6 6

7 Misura dell attività radioattiva Attività radioattiva = n. decadimenti/s ( velocità di decadimento) Unità di misura SI: Becquerel 1 Bq = 1 dec/s 1 Cu = 3.7 x dec/s Tempo di dimezzamento (emivita) = tempo necessario affinchè l attività radioattiva di un campione si dimezzi; è anche il tempo dopo il quale metà dei nuclei del campione è decaduta. Anche se è completamente casuale il momento in cui un dato atomo decade, è possibile predire con buona approssimazione il tempo di dimezzamento di un grande numero di atomi. (es. pop-corn) Esempi: Tecnezio-99m (emivita 6 ore) Kr-81m (emivita 13 secondi) iodio-131 (emivita 8 giorni) Xenon-133 (emivita 5.3 giorni) Liceo scientifico Don Bosco Interazione radiazione materia e dosimetria pag. 7 7

8 DOSIMETRIA misura dell effetto biologico della radiazione ionizzante L assorbimento delle radiazioni nella materia è un processo molto vario e complesso. I parametri più importanti sono: tipo e energia della radiazione incidente natura del materiale tempo di esposizione alla radiazione Liceo scientifico Don Bosco Interazione radiazione materia e dosimetria pag. 8 8

9 DOSIMETRIA Grandezze fisiche di riferimento Dose assorbita = energia assorbita per unità di massa Unità di misura = Gray, rad Dose equivalente assorbita = energia assorbita che tiene conto dei reali effetti sull organismo Unità di misura = Sv (Sievert) Liceo scientifico Don Bosco Interazione radiazione materia e dosimetria pag. 9 9

10 Grandezze fisiche di riferimento Per tener conto del tipo di organo irradiato e del tipo di radiazione si considerano anche fattori moltiplicativi: si ottiene così la dose efficace QF fotoni, elettroni protoni neutroni (varie energie) particelle alfa, nuclei pesanti w Organi Gonadi Midollo osseo Colon Polmone Stomaco Vescica Mammella Fegato Esofago Tiroide Cute superfici ossee altri tessuti (tot.) totale Liceo scientifico Don Bosco Interazione radiazione materia e dosimetria pag

11 Dall emissione Sorgente radioattiva (Attività) 2. Materiale irraggiato (Esposizione) 3. Assorbimento (Dose) 4. Danno biologico (Dose equivalente e efficace)...all assorbimento Liceo scientifico Don Bosco Interazione radiazione materia e dosimetria pag

12 Radioattività naturale Sorgenti extraterrestri (raggi cosmici) Liceo scientifico Don Bosco Interazione radiazione materia e dosimetria pag

13 Radioattività naturale Sorgenti terrestri (radionuclidi naturali) Per esempio famiglie radioattive naturali sono 238 U, 235 U, 232 Th, 40 K, 87 Rb Elementi radioattivi naturali si trovano nell atmosfera, nel sottosuolo, nelle acque, Liceo scientifico Don Bosco Interazione radiazione materia e dosimetria pag

14 Radioattività nel corpo umano Il corpo umano è una sorgente radioattiva di attività pari a circa 8000 Bq Elemento Carbonio Contenuto in peso in un corpo di 70 Kg 16 Kg (23%) Radioisotopo 14 6C Potassio Kg (0.02%) 40 19K Torio Uranio 0.1 mg ( %) 0.1 mg ( %) Th U E possibile datare un composto organico in funzione dell attività del radiosotopo C 14 Liceo scientifico Don Bosco Interazione radiazione materia e dosimetria pag

15 Dose da radiazioni naturali e artificiali fondo naturale raggi cosmici gas radon 1 msv/anno 0.26 msv/anno 1.4 msv/anno Dosi efficaci rilasciate in alcune tipiche applicazioni (in msv/esame) RX TAC Testa 0,07 2 Torace 0,1 10 Addome 0,5 10 Pelvi 0,8 10 Nelle scintigrafie la dose efficace va da 1 a 4 msv, per la PET la dose è circa 7 msv. Liceo scientifico Don Bosco Interazione radiazione materia e dosimetria pag

16 Limiti di dose annua Limiti di dose annua per radiazioni artificiali popolazione normale 1 msv/anno lavoratori esposti 50 msv/anno Danni per irraggiamento acuto Dose (Sv) Effetto (tempo inferiore all ora) < > 8 nessuno lievi alterazioni sangue, raddoppio rischio leucemia e anomalie genetiche notevoli alterazioni sangue, nausea, emorragie intestinali, forte rischio leucemia e anomalie genetiche gravi emorragie, shock, stato di prostrazione morte nel 30-60% dei casi morte nel 100% dei casi Liceo scientifico Don Bosco Interazione radiazione materia e dosimetria pag