Radiazione: propagazione di energia senza che vi sia né. Radiazioni ionizzanti radiazioni che hanno energia sufficiente per produrre la ionizzazione.

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Isidoro Grimaldi
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1 Radiazioni Radiazione: propagazione di energia senza che vi sia né trasporto di quantità macroscopiche di materia, né necessità di un substrato materiale per la propagazione. L energia viene ceduta quando la radiazione è assorbita nella materia. Radiazioni ionizzanti radiazioni che hanno energia sufficiente per produrre la ionizzazione. corpuscolari elettromagnetiche β α n γ X

2 Classificazione corpuscolare delle più importanti radiazioni Radiazione i Carica Massa a Energia a elettrica riposo riposo [kg] [MeV] gamma γ , ,2 Beta: e- -e 9, e+ +e 9, ,511 nucleoni p +e 1, n 0 1, ,5 deutoni d +e 3, ,5 alfa α +2e 664 6,

3 Il nucleo atomico Il nucleo è formato da protoni e neutroni L atomo A Z Y Z = numero atomico A = numero di massa N = A-Z numero di neutroni Isotopi (stesso Z) 1 H 2 3 H H Solo certe combinazioni di Z e N=(A-Z) danno luogo a nuclei stabili. Molti nuclei sono energeticamente instabili (eccesso di p o di n) decadimenti radioattivi (emissione di radiazioni)

4 I vari tipi di radiazioni Raggi X Raggi α 4 He 2 protone neutrone elettrone Y A ( A-4 Z ( ) Z - 2 ) X Raggi β + Raggi β - Raggi γ ν ν A ZY X Z-A 1 e + A ZY A Z +1 X e - Ogni processo radioattivo è caratterizzato dal tempo di dimezzamento = tempo in cui metà dei nuclei iniziali si disintegrano

5 Alcuni radionuclidi usati in medicina Radionuclide radiazione Energia [MeV] T 1/2 Uso in medicina H-3 β ,019 12,2626 yr Na-24 β 1,389 15,0 h Diagnosi (tracciamento) γ 1,369 P-32 β 1,71 14,3 d Co-60 β, γ 0,31 5,24 yr terapia I-125 γ 0, d tracciamento albumina I-131 β, 0,608 8,05 d Diagnosi e terapia γ 0,364 (tiroide) Cs-137 β, γ 30 yr Hg-197 γ 0, h tracciamento globuli rossi

6 Potere di penetrazione delle radiazioni α, β, γ-xx Grandi spessori di metallo o calcestruzzo sottili fogli Pochi di metallo fogli di carta β α X,γ

7 Le radiazioni ionizzanti e l ambiente in cui viviamo La radioattività è una normale componente dell ambiente naturale l uomo è stato costantemente esposto alla radiazione naturale (~ 70%) Radiazione naturale (fondo naturale di radiazioni) Terrestre: T variabile da luogo a luogo [radionuclidi primordiali nelle rocce, nell acqua e nell aria] Extra-terrestre: raggi cosmici e radionuclidi cosmogenici [p, α, nuclei pesanti (che interagendo con l atmosfera producono π,μ,e,γ,p,n)]

8 Radioattività Radioattività naturale α e γ: energia ben definita β +/ : spettro continuo fino a E M (Y) artificiale: reazioni nucleari. Es.: 14 7 N He = 8 O H Ogni radionuclide si caratterizza per il tipo e l energia delle particelle emesse. Attività numero di disintegrazioni/s Unità di misura: becquerel (Bq) 1 Bq = 1 disintegrazioni/s Altre unità: curie (Ci) 1 Ci = 3, dis/s mci =10-3 Ci μci =10-6 Ci

9 Grandezze usate in radioprotezione Dose assorbita (D) rapporto tra l energia media E ceduta a una quantità di materia M e M stessa (D E/ M). Unità di misura gray (Gy) 1 Gy=1 J/kg (=10 4 erg/g) Altra unità rad 1 rad =100 erg/g g = 10-2 Gy Dose equivalente nel tessuto o organo T (H T ) Dose assorbita per il fattore di ponderazione delle radiazioni (w r r) ): H T D w r Unità di misura sievert (Sv) 1 Gy < > w r Sv Altra unità rem 1 rem=10-2 Sv Radiazione Raggi X, γ (qualsiasi energia) 1 e - ; e + (qualsiasi i energia) 1 protoni (>2 MeV) 5 w r α 20

10 Grandezze usate in radioprotezione (seguito) Intensità o rateo di dose equivalente dose equivalente ceduta nell unità di tempo. Unità di misura Sv. s -1 Altra unità μsv S. h -1 Dose efficace (E) somma delle dosi equivalenti medie e nei diversi organi e tessuti (H T ), ciascuna moltiplicata per un fattore di ponderazione (w T ), che tiene conto Valori assunti nei D.L. vigenti della diversa radiosensibilità di ciascun organo/tessuto. E = Σ T w Unità di misura T H T Sv w T gonadi 0,20 Midollo osseo, colon, stomaco e polmone Vescica, mammella, fegato, esogafo e tiroide 0,12 0,05 Pelle e superfici i ossee 001 0,01 Altri dieci organi e tessuti 0,05

11 Limiti individuali raccomandati Per i lavoratori esposti: Dose equivalente al cristallino: 150 msv/anno Dose equivalente a mani avambracci, piedi e caviglie e alla pelle: 500 msv/anno Per la popolazione: I limiti equivalenti sono: 15 e 50 msv/anno Dose annua media assorbita dalle principali fonti di radiazione cui l uomo è soggetto Causa Dose μsv/anno % dose totale Raggi cosmici ,5 Radiazioni del terreno 150 7,5 Casa (in mattoni o ,5 cemento) Acqua, cibo, aria 50 2,5 Viaggio aereo AR Roma ,6 New York Diagnostica a raggi X Sigarette (dose ai polmoni) ,5-25 Vivere presso una centrale 5 <1 nucleare Totale

12 Dose di radiazione all intero corpo (msv) Densitometria ossea con raggi X Radiografia dentale Radiografia al torace Mammografia Radiografia all addomeaddome. 0,001 0, ,1 0,4 07 0,7 2 Tomografia computerizzata della testa 7 Tomografia computerizzata del torace 10. 0,0001 Scanner aeroporto (tipo backscatter) 0,0165 0,0165 Volo di linea (5 ore) Fumare 5 pacchetti al giorno per 1 anno Tomografia computerizzata del bacino

13 PET: Tomografia a emissione di positroni Permette lo studio accurato della funzionalità di un organo. Usa molecole l marcate che emettono positroni (es. C 11, N 13, O 15, I 131 ). Dalla differenza in tempo tra l arrivo dei fotoni di annichilazione hl nei rivelatori si risale al punto di annichilazione. Usata, per es., per misurare il flusso del sangue, il consumo di ossigeno, il ph e la sintesi proteica a livello delle varie strutture del cervello.

14 Diagnosi con la PET Risposta del cervello a stimoli diversi. Il marcatore usato è un emettitore di positroni che si lega al glucosio nel sangue. Il glucosio si concentra nelle aree del cervello il cui metabolismo è aumentato dallo stimolo.

15 Modalità di deposizione dell energia nei tessuti

16 Terapia di tumori con fasci di protoni o ioni (adroterapia adroterapia) Usa protoni o ioni di energia idonea a raggiungere il tessuto malato. Qui essi cedono quasi tutta la loro energia distruggendo con maggiore efficacia le cellule tumorali. Permette un accurata focalizzazione dell irraggiamanto (dell ordine di del mm!). Progetto CATANA a Catania (INFN). Fondazione CNAO a Pavia. Consente di irradiare e distruggere le cellule cancerose senza danneggiare i tessuti sani circostanti.

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