DOSIMETRIA e primi cenni di radioprotezione

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Amando Pastore
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1 DOSIMETRIA e primi cenni di radioprotezione Effetti biologici delle radiazioni Range, esposizione Dose assorbita, equivalente, efficace Danno biologico Dosi limite e radioprotezione pag.1

2 Le radiazioni nella materia Ogni radiazione, interagendo con la materia, cede energia alla struttura atomica/molecolare del materiale attraversato. Se l energia ceduta è sufficiente (radiazioni i i ionizzanti: i E 100 ev), si verificano nel materiale effetti distruttivi (frammentazioni, rotture di legami, ionizzazione,...). Radiazioni ionizzanti: - elettromagnetiche (m=0, E=hν) raggi X e γ - corpuscolari (m>0, E= ½ mv 2 ) particelle α, β ±, p,n,... L assorbimento delle radiazioni nella materia è un processo molto vario e complesso. I parametri importanti sono: tipo e energia della radiazione incidente, natura del materiale. pag.2

ionizzazione,...). Radiazioni ionizzanti: - elettromagnetiche (m=0, E=hν) raggi X e γ - corpuscolari (m>0, E= ½ mv 2 ) particelle α, β ±, p,n,.

3 Emissione e assorbimento Le radiazioni emesse da una sorgente radioattiva vengono irraggiate nello spazio in tutte le direzioni. Una loro frazione, dipendente dall angolo solido e dalla distanza (I Ω/r 2 ), colpisce il soggetto esposto cedendogli energia. I danni che esso ne riceve dipendono d dall energia, dal tipo di radiazione, dagli organi che ne vengono colpiti. di radiazioni pag.3

Una loro frazione, dipendente dall angolo solido e dalla distanza (I Ω/r 2 ), colpisce il

4 Penetrazione (range) Range R ( E) = Radiazioni i i α,β,γ distanza media... e nel corpo umano in diversi materiali... percorsa nella materia (impiego terapeutico) γ da 60 Co γ da elettroni protoni E=1.3 MeV E=25 MeV E=200 MeV cm cm pag.4

.. percorsa nella materia (impiego terapeutico) γ da 60 Co γ

5 Schermi protettivi pag.5

6 Esposizione I raggi X e γ nella materia provocano ionizzazione, cioè creano coppie di ioni carichi. Esposizione (dose irraggiata) = misura della ionizzazione prodotta da una radiazione in un materiale Materiale di riferimento: aria (1 cm 3, 0 o C, 1 atm) Unità di misura: SI: C/kg pratico: Röntgen C in 1 cm 3 di aria a 0 o C, 1 atm 1 R = C/kg pag.6

Esposizione (dose irraggiata) = misura della ionizzazione prodotta da una radiazione in un

7 Effetti biologici delle radiazioni ionizzanti ATOMI eccitazione ionizzazione MOLECOLE eccitazione ionizzazione dissociazionei i STRUTTURE SUB-CELLULARI ORGANI blocco biosintesi effetti sulla crescita effetti genetici effetti su funzioni nervose effetti funzioni nucleo effetti su risposta umorale CELLULE blocco della divisione effetti sul metabolismo pag.7

biosintesi effetti sulla crescita effetti genetici effetti su funzioni nervose effetti

8 Dose assorbita Dose = energia assorbita per unità di massa D = ΔE/Δm Unità di misura: SI Gray = J/kg pratico rad = 100 erg/g g m = massa del materiale assorbitore, non della radiazione! 1 Gy = 100 rad Problema: la stessa dose dovuta a radiazioni i i diverse e/o assorbita da materiali diversi produce effetti/danni diversi! pag.8

9 Dose equivalente Per uniformità si definisce una radiazione standard: raggi X a 200 kev Efficacia Biologica Relativa: RBE = D (X 200 kev) /D R = rapporto tra le dosi della radiazione standard e della radiazione R che producono lo stesso effetto nel materiale di riferimento. Unità di misura: SI Sievert = RBE Gray pratico rem = RBE rad Al posto della RBE si usa il fattore di qualità QF che tiene conto degli effetti globali li di ionizzazionei i 1 Sv = 100 rem Radiazione QF fotoni, elettroni 1 protoni 5 neutroni (varie energie) 5-20 particelle alfa, nuclei pesanti 20 es. 1 Gy (α) = 20 Sv 1 Gy (X 200 kev) = 1 Sv pag.9

Unità di misura: SI Sievert = RBE Gray pratico rem = RBE rad Al posto della RBE si usa il fattore di qualità QF che tiene conto degli effetti globali li di

10 Dose efficace Ulteriore problema: la stessa dose equivalente assorbita in organi o tessutiti diversi i produce effetti/danni i diversi! i! Dose efficace = dose equivalente pesata a seconda del diverso impatto sugli organi: Deff = w Deq = w QF D A ogni organo/tessuto si assegna un Organi w gonadi 0.20 midollo osseo 0.12 colon 0.12 polmone stomaco 0.12 vescica 0.05 mammella fattore di peso w. fegato 0.05 La somma dei fattori di esofago 0.05 tiroide 0.05 peso di tutti gli organi è 1 cute (su tutto il corpo: superfici ossee 0.01 dose efficace = altri tessuti (tot.) 0.05 dose equivalente) totale pag.10

11 Dall irraggiatore all irraggiato: sintesi Dall emissione... Sorgente radioattiva Attività becquerel, curie Materiale irraggiato Esposizione C/kg, röntgen Assorbimento Dose assorbita gray, rad Danno biologico Dose equivalente/efficace sievert, rem...all assorbimento pag.11

irraggiato Esposizione C/kg, röntgen Assorbimento Dose assorbita

12 Gli effetti biologici dipendono da... pag.12

13 Radiazioni naturali e artificiali pag.13

14 Radiazioni naturali e artificiali Cause di esposizione alle radiazioni per la popolazione USA pag.14

15 Radiazioni e vita pag.15

16 Radiazione cosmica Per la maggior parte i raggi cosmici i primari i sono assorbiti dagli strati più alti dell'atmosfera. L'atmosfera produce al livello del mare una protezione equivalente a quella di uno schermo di calcestruzzo di circa 4 m di spessore! Il livello di dose aumenta con l'altitudine, al ridursi dello spessore d'aria che fa da schermo. Ad es. raddoppia a 1500 m. A 10 km di altitudine l'esposizione è 100 volte più elevata di quella a livello del mare. L'esposizione alla radiazione cosmica è notevole per gli equipaggi degli aerei sulle rotte intercontinentali: 5 msv/anno (doppio della dose media annua!) pag.16

Il livello di dose aumenta con l'altitudine, al ridursi dello spessore d'aria che fa da schermo. Ad es. raddoppia a 1500 m.

17 Il radon nel terreno pag.17

18 Radioattività ambientale in Italia pag.18

19 Dose da radiazioni naturali e artificiali Radiazioni naturali Dose media annuale Sorgenti esterne 1 msv raggi cosmici radiazione ambientale 0.5 msv 0.5 msv Sorgenti interne 0.25 msv 40 K, 226 Ra, 228 Ra, 210 Pb, 14 C, 222 Rn (nel sangue) totale 1.25 msv Dose media assorbita in una radiografia Addome 1 mgy Urografia endovenosa 30 mgy Colonna lombare 20 mgy Torace 7 mgy Radioscopia 100 mgy per min. pag.19

25 msv 40 K, 226 Ra, 228 Ra, 210 Pb, 14 C, 222 Rn (nel sangue) totale 1.

20 Rischi a confronto Ma la radioattività quanto è pericolosa, in confronto ad altri fattori di rischio? Il rischio di cancro aumenta di un milionesimo ogni: 1.4 sigarette fumate (cancro ai polmoni) 2 giorni passati a NewYork (inquinamento) 65 Km di guida (incidente) 2500 miglia di volo (incidente) 6 minuti di canoa 0.1 msv (una vita intera vicino a una centrale nucleare; 6 msv/anno) Fattore di risc chio 20 sigarette al giorno Sovrappeso del 15% Alcol (USA) Incidenti Radioattività 10 msv/anno Radioattività 3 msv/anno Pericoli naturali Esame medico Riduzione aspettative di vita Per il contributo sui rischi da radiazioni grazie a Andrea Negri Dose effettiva msv Giorni Rischio cancro 1/ Sigarette equivalenti Km in macchina equivalenti RX torace Ad es. le radiazioni ricevute durante alcuni esami medici: TAC al cervello Esami con Bario Scintografia ossea pag.20

1 msv (una vita intera vicino a una centrale nucleare; 6 msv/anno) Fattore di risc chio 20 sigarette al giorno Sovrappeso del 15% Alcol (USA) Incidenti Radioattività 10 msv/anno Radioattività 3

21 Tempo di esposizione E determinante la durata dell esposizione: on una stessa dose, assorbita senza danno su tempi lunghi, può essere letale se assorbita in tempi brevi (irraggiamento acuto). L irradiazione dipende da: materiale interposto distanza tempo di esposizione E quindi bisogna sempre: inserire schermi allontanarsi abbreviare le procedure RADIOPROTEZIONE pag.21

22 Limiti di dose annua Dosi efficaci annue in msv Radiazioni i i Dose media popolazione Raggi cosmici 0.39 Radiazione terrestre 0.46 Radionuclidi naturali nel corpo 0.23 Radon e suoi discendenti 1.3 TOTALE rad.naturali 2.4 Rad.diagnostica medica 0.33 (paesi industrializzati 1.1 ) Dosi efficaci annue in msv Radiazioni i i Dose media lavoratori Attività ciclo nucleare 2.9 Attività altra industria 0.9 Attività diagnosi/terapia medica 0.5 MEDIA in attività con radiazioni 1.1 Limiti di dose annua per radiazioni az artificiali: a popolazione normale lavoratori esposti 1 msv/anno 20 msv/anno pag.22

23 Limiti di legge ai lavoratori esposti Lavoratori esposti msv/anno Pubblico msv/anno Dose efficace 20 1 Dose equivalente al cristallino Dose equivalente alla pelle Dose equivalente alle mani, piedi Limite it per la popolazione Dose media naturale Limite per i lavoratori esposti Legge italiana estremamente rigorosa Incremento dimostrato Sv/anno pag.23

24 Radioprotezione annuale Radioprotezione annuale: comunicazione dosi individuali id pag.24

25 Danno biologico per irraggiamento acuto In caso di dose assorbita su tutto il corpo in qualche ora: Dose (Sv): Effetto: < 0.25 nessuno lievi alterazioni sangue, raddoppio rischio leucemia e anomalie genetiche 1 2 notevoli alterazioni sangue, nausea, emorragie intestinali, forte rischio leucemia e anomalie genetiche 2 3 gravi emorragie, shock, stato di prostrazione 4 7 morte nel 30-60% dei casi > 8 morte nel 100% dei casi volte la dose limite it dei lavoratori professionalmente esposti! pag.25

26 Dosi annuali e dosi acute: sintesi pag.26

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