1.1 LA RADIOATTIVITÀ

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1 1.1 LA RADIOATTIVITÀ Il fenmen della radiaivià fu scper da H. Bequerel nel 1896 e cnsise nel fa che alcuni ispi di elemeni esiseni in naura nn sn sabili ma capaci di disinegrarsi rasfrmandsi in ispi di alri elemeni mediane l emissine di paricelle cariche, spess accmpagnae anche da radiazini elermagneiche: raggi γ e raggi X. L inerpreazine dei fenmeni radiaivi e la frmulazine delle lr leggi fndamenali furn perae da Pierre e Marie Curie e da Ruherfrd e Sddy e risale ai primi anni del La radiaivià cnsise nell emissine di paricelle α e β e radiazini γ da pare di nuclei, insabili per l sfavrevle rappr fra neurni e prni, che si rasfrman spnaneamene fin a realizzare sruure sabili. Le radiazini che i nuclei insabili emen negli ai elemenari nei quali si realizza una rasfrmazine pssn essere di quar ipi: - Raggi α: sn csiuii da paricelle psiive, cn carica uguale a due unià amiche e massa uguale a quar unià di massa amica (uma). Sn ideniche al nucle dell am d eli e perciò sn dee anche elini. - Raggi β - : sn csiuii da elerni, hann massa uguale a 1/1822 uma. - Raggi β + : sn csiuii da elerni psiivi dei psirni e sn idenici ai β - salv che per la carica. - Raggi γ: sn csiuii da radiazini elermagneiche di lunghezza d nda inferire a meri. 4

2 1.1.1 Legge del decadimen radiaiv L sudi sperimenale della cineica del decadimen radiaiv ha sabili che la legge di velcià del decadimen radiaiv è: d = λ ln = λ d = Essa esprime la variazine del numer di ami radiaivi nel emp. L sudi della funzine indica, almen in ermini maemaici, che la cmplea decmpsizine di un maeriale radiaiv richiede un emp infini. indica il numer di radinuclidi preseni al emp, menre rappresena il numer di radinuclidi preseni al emp iniziale. La csane λ è dea csane di decadimen ed è specifica per gni radinuclide. Ha le dimensini dell invers di un emp in quan e sn numeri puri. La velcià caraerisica di un decadimen radiaiv è in genere espressa in funzine del emp di dimezzamen 1/2, de anche semiperid perid di semirasfrmazine (halflife). Il emp di dimezzamen è il emp che impiega un numer inizialmene grande di ami a ridursi del 50% in segui al decadimen. Al emp = 1/2 si ha che = quindi ssiuend nella relazine 2 ln = λ si iene: 1 ln ln = ln = λ 1 1 = λ λ Il emp di dimezzamen può essere espress in secndi, girni, anni, anche se nella legge di decadimen radiaiv il emp deve essere bbligariamene espress in secndi. Il emp di dimezzamen, cme del res λ, è caraerisic per gni specie radiaiva. e λ 5

3 Un alra grandezza, anche se men usaa, caraerisica per gni nuclide 1 è la via media τ (mean life) che è definia cme τ =. λ Misurare sperimenalmene il numer dei nuclei ( ) ancra preseni al emp è spess impssibile raandsi, nella maggir pare dei casi, di quanià di ssanza impnderabili. Un paramer facilmene misurabile, cn le apprpriae apparecchiaure, è l aivià (A) della srgene radiaiva che è daa dal numer di disinegrazini che avvengn nell unià di emp: d A = = λ. d Unià di misura della radiaivià L unià di misura dell aivià della srgene radiaiva per il SI è il Bequerel [Bq] pari ad una disinegrazine al secnd. L unià di misura radizinale è il Curie [Ci] che crrispnde al numer di disinegrazini al secnd di un gramm di radi. Il Curie è, però un unià di misura rpp grande, crrispnde, infai, a 3,700x10 10 disinegrazini al secnd, il che csringe al csane e scmd us di smulipli; anche per ques miv il Curie è sa ssiui dal Bequerel che crrispnde a 27 pci Unià di misura della dse assrbia L unià fndamenale che descrive l inerazine ra radiazine e maeria è rappresenaa dall energia assrbia per unià di massa. el Sisema Inernazinale ale unià di misura si esprime cme Jule su chilgramm [J/Kg]. Quesa unià prende il nme di Gray [Gy] quand si parla di equivalene di dse H e di Siever [Sv] quand si parla di equivalene di dse efficace Heff. Espliciiam csa si inende per equivalene di dse e per equivalene di dse efficace. 6

4 In prim lug diam una definizine di dse assrbia D definendla cme l energia media cedua dalla radiazine alla massa del maeriale che ha assrbi la radiazine: de D = dm cn de: energia media cedua dalla radiazine. dm: massa del maeriale che ha assrbi la radiazine. Gli effei delle radiazini inizzani sulla maeria vivene nn dipendn però sl da ques valre quindi è necessari inrdurre dei parameri che engan cn della fisilgia della cellula in funzine dei diversi ipi di radiazine e dell energia incidene. Si definisce quindi il cnce di fare di qualià Q, efficacia bilgica relaiva RBE, per gni ip di radiazine. L ICRP (Inernainal Cmmiee fr Radiain Precin) ha raccmanda i segueni valri apprssimai di Q: raggi X, raggi γ ed elerni 1 neurni e prni 10 paricelle α 20 Il prd della dse assrbia D per il fare di qualià Q è defini cme equivalene di dse H=QxD e iene quindi cn dell influenza dei diversi ipi di radiazine. Quesa grandezza presena una buna crrelazine ra prbabilià di avvenimen di un effe di ip scasic e la dse assrbia, ma sl prendend in cnsiderazine l irraggiamen di singli rgani. Per descrivere la prbabilià di induzine di effei sulla salue da pare delle dsi assrbie da rgani differeni è necessari inrdurre un ulerire paramer crreiv chiama weighing facr WT che rappresena il fare pnderale che equipara per ui gli rgani la prbabilià di un da effe all assrbimen della sessa dse equivalene. Mliplicand la dse equivalene per ques fare si iene l equivalene di dse efficace (Heff): Heff=H*WT 7

5 Quesa unià di misura nn è sufficiene a rappresenare fedelmene il rischi di un individu all espsizine di radiazini inizzani perché i fari pnderali WT per gni rgan sn cmunque dei valri medi che nn engn cn dell eà e del sess del sgge irradia. Quindi l equivalene di dse efficace rappresena sl il rischi medi per una pplazine di enrambi i sessi e di ue le eà all induzine umrale e a danni erediari. Per ale pplazine l aesa di un dann derivane da basse dsi di radiazini inizzani è cnsideraa prprzinale all equivalene di dse efficace clleiva che è calcla dalla dse media individuale mliplicaa per il numer dei sggei espsi. Piché mli radinuclidi decadn in un lung perid di emp e resan quindi preseni nell ambiene ml dp la deerminazine della lr cncenrazine è sa necessari ener cn anche di ques fare cn l inrduzine del cnce di equivalene di dse efficace clleiva impegnaa. 8

6 1.2 IL RADO Il radn è un gas nbile radiaiv che esise in naura s frma di re ispi: 222 Rn, 220 Rn, 219 Rn (numer amic 86). Tui e re gli ispi sn insabili in quan in naura ui i nuclei cn numer amic maggire di 82 sn radiaivi e apparengn a caene di decadimeni successivi. Tue le specie in una ale caena csiuiscn una famiglia serie. Esisn re famiglie radiaive naurali e una arificiale. In ciascuna di quese serie esisn decadimeni ramificai in crrispndenza di nuclidi che hann duplice pssibilià di disinegrazine. I re ispi del radn fann pare gnun di una famiglia radiaiva naurale differene: a) Il 222 Rn fa pare della serie dell urani, dea anche dell urani-radi, che ha cme capsipie 238 U che dp quardici rasfrmazini, emissini α e sei β, raggiunge il prd finale sabile: il 206 Pb. Piché la massa amica varia di quar unià nel decadimen α e di sl una piccla frazine di unià nel decadimen β -, le varie masse rvae nei membri delle famiglie differiscn per mulipli di quar. La frmula generale per le masse apprssimae dei nuclidi di quesa famiglia è 4n+2 dve n è un numer iner. Il emp di dimezzamen dell 222 Rn è di 3.82 girni e decade a plni-218 cn emissine α. Il 218 P ha duplice pssibilià di disinegrazine: decadere β - ad 218 A decadere α a 214 Pb. 9