L unità di misura della dose nel S.I. è il Gray

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "L unità di misura della dose nel S.I. è il Gray"

Cosimo Vecchio
7 anni fa
Visualizzazioni

1 LA LA DOSE DOSE DA DA RADIAZIONE Le radiazioni (particelle, raggi gamma ) quando interagiscono con un mezzo cedono (tutta o parte) della loro energia al mezzo stesso. Si definisce allora la dose assorbita il rapporto tra l energia assorbita dal mezzo E e la sua massa m: D E m L unità di misura della dose nel S.I. è il Gra 1G 1J 1kg Dal punto di vista radioprotezionistico è importante notare che, anche a parità di dose assorbita, radiazioni diverse producono danno biologici diversi. Inoltre gli organi e tessuti hanno una radiosensibilità diversa. Si introducono quindi altre grandezze come la dose equivalente e la dose efficace, ricavate a partire dalla dose assorbita e introducendo opportuni fattori peso (di radiazione e tissutali) L unità di misura della dose equivalente ed efficace nel S.I. è il Sievert 1J 1Sv 1kg

è il Gra 1G 1J 1kg Dal punto di vista radioprotezionistico è importante notare che, anche a parità di dose assorbita, radiazioni diverse producono danno biologici diversi.

2 DOSE DOSE ASSORBITA, DOSE DOSE EQUIVALENTE E DOSE DOSE EFFICACE D de dm La dose assorbita è definita per un volume infinitesimo di massa dm. 1J 1G La sua unità di misura è il Gra. 1kg H T wr DT, R R La dose equivalente è definita per un singolo organo o tessuto, e tiene conto di tutti i tipi di radiazione che incidono su di esso. Visto che radiazioni diverse hanno un diverso effetto biologico, si introducono dei fattori peso di radiazione w R. La sua unità di misura è il Sievert. 1Sv 1J 1kg E w T H T T La dose efficace è definita per l intero corpo umano, e tiene conto, oltre che di tutti i tipi di radiazione, anche dei principali organi radiosensibili. Visto che organi diversi hanno una diversa risposta alla dose, si introducono dei fattori peso tissutali w T. La sua unità di misura è il Sievert.

Visto che radiazioni diverse hanno un diverso effetto biologico, si introducono dei fattori peso di radiazione w R. La sua unità di misura è il Sievert.

3 FATTORI PESO PESO TISSUTALI E DI DI RADIAZIONE

4 ESEMPIO: A seguito dell irraggiamento con un fascio di fotoni vengono rilasciati 3 J in 0.5 kg di tessuto biologico. Calcolare la dose assorbita e la equivalente. Calcolare inoltre la dose equivalente nel caso l energia venga rilasciata da un fascio di protoni Per i fotoni: Dose assorbita: Dose equivalente: de 3J D 6G dm 0.5kg H T w R R D T, 16G R 6Sv Per i protoni: Dose assorbita: de 3J D 6G dm 0.5kg Dose equivalente: H T w R R D T, 26G R 12Sv

Calcolare inoltre la dose equivalente nel caso l energia venga rilasciata da un fascio di protoni Per i fotoni:

5 ESEMPIO: Si consideri una dose equivalente a singoli organi: 3 msv alle gonadi, 2 msv al colon, 1 msv allo stomaco Calcolare la dose efficace E T w T H T msv

6 ESEMPIO: Tessuti viventi esposti ad una dose di 200 G sono completamente distrutti. Valutare l aumento di temperatura dei tessuti causata da questa dose assorbita se non vi è alcuna dispersione di calore. Si assuma il calore specifico dei tessuti uguale a quello dell acqua (c=4180 J kg -1 K -1 ) Il calore Q necessario per variare di T la temperatura di una massa m è: Q c mt 1 T Q E D 200 J kg 0. K c m c m c 4180J kg K L effetto termico della dose da radiazione è quindi molto modesto e non è questa l origine del danno biologico.

Si assuma il calore specifico dei tessuti uguale a quello dell acqua (c=4180 J kg -1 K -1 ) Il calore Q necessario per variare di T la

7 DOSE DOSE DA DA RADIOATTIVITA NATURALE 2.4 msv/a (Intervallo msv/a) Radiazione cosmica: 0.39 msv/a ( ) Radiazione terrestre: 0.48 msv/a ( ) Esposizione per inalazione: 1.26 msv/a (0.2-10) 222 Rn: 1.15 msv/a 220 Rn: 0.10 msv/a Esposizione per ingestione: 0.29 msv/a ( ) % Population < 1.5 Dose range (msv/a) > 10.0 DOSE DOSE DA DA RADIOATTIVITA ARTIFICIALE Circa 0.4 msv/a Esami medici diagnostici: 0.4 msv/a Test nucleari in atmosfera: msv/a Incidente di Chernobl: msv/a Produzione di energia nucleare: msv/a Livello di assistenza sanitaria I: 1.2 msv/a II: 0.14 msv/a III: 0.02 msv/a IV: < 0.02 msv/a United Nation Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiations, Rapporto 2000

5 Dose range (msv/a) > 10.0 DOSE DOSE DA DA RADIOATTIVITA ARTIFICIALE Circa 0.4 msv/a Esami medici diagnostici: 0.4 msv/a Test nucleari in atmosfera: 0.005 msv/a Incidente di Chernobl: 0.

8 Aggiornamento:

9 Aggiornamento: United Nation Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiations, Rapporto 2008

10 Aggiornamento: Livello di assistenza sanitaria I: 1.2 msv/a II: 0.14 msv/a III: 0.02 msv/a IV: < 0.02 msv/a United Nation Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiations, Rapporto 2000 United Nation Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiations, Rapporto 2008

02 msv/a United Nation Scientific Committee on the Effects of Atomic

11 Aggiornamento: United Nation Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiations, Rapporto 2000 DOSE DOSE DA DA RADIOATTIVITA NATURALE 2.4 msv/a DOSE DOSE DA DA RADIOATTIVITA ARTIFICIALE ~ 0.4 msv/a United Nation Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiations, Rapporto 2008

2.4 msv/a DOSE DOSE DA DA RADIOATTIVITA ARTIFICIALE ~ 0.

12 EFFETTI BIOLOGICI DELLE RADIAZIONI Il danno cellulare è dovuto ai processi di ionizzazione ed eccitazione. Il danno può essere: diretto: interazione della radiazione con le strutture del DNA e rottura dei legami molecolari (dominante per particelle alfa, neutroni, ioni) indiretto: ionizzazione delle molecole d acqua e produzione di radicali liberi molto reattivi che attaccano chimicamente la cellula (dominante per raggi X e gamma)

molecolari (dominante per particelle alfa, neutroni, ioni) indiretto: ionizzazione delle molecole d acqua e

13 EFFETTI BIOLOGICI DELLE RADIAZIONI Tipo di danno e durata Processi Fisico s Fisico-chimico 10-6 s Chimico secondi Biologico da minuti a decine di anni Assorbimento dell energia Interazione con le molecole, formazione dei radicali liberi Interazione dei radicali liberi con molecole, cellule e DNA Morte cellulare, mutazioni

Assorbimento dell energia Interazione con le molecole, formazione dei radicali

14 EFFETTI BIOLOGICI DELLE RADIAZIONI Il danno più grave alla cellula è a carico del materiale genetico (DNA) Alterazioni del DNA possono causare: Morte istantanea della cellula con conseguente detrimento dell organo di appartenenza. Morte riproduttiva, la cellula non è più in grado di riprodursi. Apoptosi, cioè morte programmata della cellula Induzione di processo neoplastico.

conseguente detrimento dell organo di appartenenza.

15 EFFETTI BIOLOGICI DELLE RADIAZIONI Effetti deterministici Effetti biologici somatici che possono essere posti direttamente in relazione con la dose ricevuta (causa-effetto) - sono effetti a soglia, (al di sotto non si manifesta il danno) -la gravità aumenta all aumetare della dose - brevi periodi di latenza (minuti, ore, giorni) Effetti stocastici Effetti biologici probabilistici la cui frequenza nella popolazione è legata alla dose totale ricevuta dall intera popolazione - non esiste una soglia - sono di tipo probabilistico (non su tutti gli individui hanno lo stesso effetto) -la frequenza della loro comparsa aumenta con la dose - hanno lunghi periodi di latenza (mesi, anni) Esempi: eritema cutaneo, cataratta Esempio: induzione di tumori

biologici probabilistici la cui frequenza nella popolazione è legata alla dose totale ricevuta dall intera popolazione - non esiste una soglia - sono di tipo probabilistico (non su tutti

16 I I COEFFICIENTI DI DI DOSE DOSE ANNUA Ipotesi di matrice infinita: tutta la radiazione emessa dai radionuclidi viene assorbita dal mezzo (nota: vale in genere per particelle alfa e beta, non sempre per i raggi gamma) A sp : attività specifica di un radionuclide della matrice (Bq/kg) E: energia totale delle radiazioni emesse (MeV) La dose annua (G/) assorbita dal mezzo per effetto dei decadimenti del radionuclide è: D D E m E m t Dose assorbita (G=J/kg) E C 1 A sp C 2 D D t Rateo di dose (dose annua: G/) dove C 1 è il fattore di conversione tra MeV e J e C 2 il fattore di conversione tra secondi e anni C J MeV C s

(MeV) La dose annua (G/) assorbita dal mezzo per effetto dei decadimenti del radionuclide è: D D E m E m t Dose assorbita (G=J/kg) E C 1 A sp C 2 D D t Rateo di

17 I I COEFFICIENTI DI DI DOSE DOSE ANNUA Nel caso dei capostipiti delle serie radioattive bisogna considerare i decadimenti lungo l intera catena e distinguere tra i diversi tipi di radiazione.. Calcoliamo la dose annua assorbita dal mezzo nel quale è presente un attività specifica di 232 Th pari a 1Bq/kg, in equilibrio secolare

18 I I COEFFICIENTI DI DI DOSE DOSE ANNUA Dose annua dovuta alle particelle alfa (equilibrio secolare): D J 1 Bq kg s G Analogamente la dose annua dovuta alle particelle beta (equilibrio secolare): D J 1 Bq kg s G Analogamente la dose annua dovuta ai raggi gamma (equilibrio secolare): D J 1 Bq kg s G

25 243600 s 18010 6 G Analogamente la dose annua dovuta alle particelle beta (equilibrio secolare): D

19 I I COEFFICIENTI DI DI DOSE DOSE ANNUA

20 I I COEFFICIENTI DI DI DOSE DOSE ANNUA K & Rb Rb Potassio 40: dose annua dovuta alle particelle beta: D J 1 Bq kg s G Energia media (MeV) spettro beta, corretta per il branching ratio (89.3%) Potassio 40: dose annua dovuta alla radiazione gamma: D J 1 Bq kg s G Energia media (MeV) raggi gamma, corretta per il branching ratio (10.7%)

5310 6 G Energia media (MeV) spettro beta, corretta per il branching ratio (89.

21 I I COEFFICIENTI DI DI DOSE DOSE ANNUA K & Rb Rb Tutti questi coefficienti di dose annua vengono utilizzati nella procedura di datazione di campioni ceramici mediante tecniche di luminescenza (vd. più avanti )

Documenti analoghi

Radioattività e dosimetria

Radioattività e dosimetria Un nucleo atomico è caratterizzato da: IL IL NUCLEO ATOMICO numero atomico (Z) che indica il numero di protoni numero di massa (A) che rappresenta il numero totale di nucleoni