INDICE. CAP. 1 PREMESSA Fonti legislative e compiti dei Vigili del Fuoco in materia di radioattività...4

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1 RADIOATTIVITÀ

2 Pag.2 INDICE CAP. 1 PREMESSA Fonti legislative e compiti dei Vigili del Fuoco in materia di radioattività...4 CAP. 2 LA STRUTTURA DELLA MATERIA Elementi e composti Molecole e atomi La struttura degli atomi Isotopi Ionizzazione ed eccitazione...9 CAP. 3 LA RADIOATTIVITA Le Radiazioni Sorgenti di radiazioni: modalità di esposizione e protezione dalle radiazioni...13 CAP. 4 CENNI DI METROLOGIA DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI: PRINCIPALI GRANDEZZE ED UNITA DI MISURA Introduzione Classificazione delle grandezze Grandezze di sorgente Attività Tempo di dimezzamento Costante specifica gamma Grandezze di campo Esposizione ed Intensità di Esposizione Kerma ed Intensità di Kerma Grandezze di dose Dose assorbita Dose equivalente Dose efficace...22 CAP. 5 EFFETTI DELLE RADIAZIONI E LIMITI DI DOSE Effetti delle radiazioni ionizzanti Limiti di dose...25

3 Pag Il servizio dosimetrico del C.N.VV.F CAP. 6 RIVELAZIONE DELLE RADIAZIONI Generalità Strumenti dei VVF Strumenti campali per intervento Sonda GF Sonda F118 gamma Sonda F 118 alfa Sonda GF Sonda GF Sonda GF Strumento R54 a camera di ionizzazione Dosimetri...33 CAP. 7 INTERVENTI IN PRESENZA DI SOSTANZE RADIOATTIVE Generalità Incendi con presenza di radiazioni ionizzanti Individuazione ed eventuale recupero di una sorgente smarrita gamma emettitrice sigillata Sorgenti contaminanti...36 CAP 8 RETE NAZIONALE DI RILEVAMENTO DELLA RADIOATTIVITÀ DEL C.N.VV.F APPENDICE...39 Definizioni essenziali contemplate dalla nuova normativa (per una lettura integrale consultare l'art. 4 del D.Lgs. 241/

4 Pag.4 CAP. 1 PREMESSA 1.1 Fonti legislative e compiti dei Vigili del Fuoco in materia di radioattività Le competenze dei Vigili del Fuoco nel settore nucleare derivano da diversi disposti normativi. La legge 13 maggio 1961, n. 469 Ordinamento dei servizi antincendi e del Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco..., all articolo 1 attribuisce al Ministero dell Interno... i servizi tecnici per la tutela della incolumità delle persone e la preservazione dei beni anche dai pericoli derivanti dall impiego dell energia nucleare. Questa attribuzione comporta l intervento del Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco in tutti quei casi in cui si presenti un qualche pericolo alla salute dei cittadini od alla sicurezza dei loro beni a seguito della presenza di radiazioni ionizzanti che possono essere originate da sorgenti fissili, da materiali radioattivi, da macchine radiogene ed anche dalla conseguenza di esplosioni di ordigni atomici (radiazioni diretta, fall-out, NIGA, etc.). Ai Vigili del Fuoco peraltro, spetta solo l intervento più immediato in attesa che subentrino altre organizzazioni con una preparazione più specifica nel settore. Nell ambito degli impegni derivanti dall art. 1 della legge 469/61, per quanto attiene la Difesa Civile, al Corpo Nazionale VVF è stata assegnata la gestione della rete di rilevamento ed allarme della ricaduta della radioattività, estesa all intero territorio nazionale. Per quanto riguarda l impiego industriale e sanitario dell energia nucleare, la legge quadro nel settore (D.Lgs 230 del modificato ed integrato dal D.Lgs. 241/00) enumera una serie di specifiche competenze del Ministero dell Interno e del Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco in materia di autorizzazioni all impiego e al trasporto di sostanze radioattive, all esercizio di impianti nucleari e laboratori, ai piani di emergenza nucleare esterna nonché nell ambito del monitoraggio della radioattività. Con riferimento a quest ultimo aspetto, l art. 104 del Dlgs 230 /95 241/00 controllo sulla radioattività ambientale, affida ai Ministeri dell Ambiente e della Sanità rispettivamente il controllo sulla radioattività ambientale e sugli alimenti, lasciando all Anpa le funzioni di coordinamento tecnico, ma stabilisce che la rete di allarme gestita dal Ministero dell Interno ai sensi della legge 469/61, concorra autonomamente al sistema di reti nazionali. Sebbene in Italia da tanti anni ormai le centrali nucleari siano inattive, permane un rischio di incidenti con presenza di sostanze radioattive in relazione all uso di queste nell industria e nella medicina ed alle corrispondenti attività di trasporto, detenzione, impiego di sorgenti radioattive; a ciò si aggiungono i potenziali pericoli derivanti dalla gestione dei rifiuti radioattivi in Italia, dalla imminente dismissione (smantellamento) degli impianti nucleari, dalla possibilità che incidenti ad impianti nucleari oltre frontiera abbiano ripercussioni sul territorio nazionale, da possibili incidenti a sommergibili (e altri natanti) a propulsione nucleare o a satelliti con sorgenti radioattive, da traffici illeciti di sostanze radioattive ed infine da altre attività nucleari non note a priori. In questo panorama, peraltro non allarmante, il ruolo delle squadre di soccorso dei vigili del fuoco appare attuale. Il numero di interventi in presenza di radioattività che le squadre del CNVVF sono chiamate a svolgere è piuttosto modesto (un centinaio all anno); se ciò dal un lato risulta tranquillizzante, appare anche evidente quanto sia difficile acquisire in questo settore un esperienza operativa durante l ordinaria attività di soccorso. In questo campo più che in altri, i momenti formativi rivestono pertanto la massima importanza.

5 Pag.5 Come noto le radiazioni nucleari sono invisibili; esse, originate nel mondo microscopico dell atomo, non cadono sotto i nostri sensi: potremmo essere immersi in un intenso e pericoloso campo di radiazioni senza accorgercene. La presente dispensa, lungi dal trattare i vari argomenti in modo esaustivo, intende fornire a chi si accosta per la prima volta alla materia, una visione di insieme per quanto possibile completa; la trattazione in più occasioni semplificata o semplicistica cerca di contenere le inevitabili difficoltà connesse con lo studio di fenomeni complessi.

6 Pag.6 CAP. 2 LA STRUTTURA DELLA MATERIA 2.1 Elementi e composti Gli aspetti sotto cui si presenta la materia sono estremamente vari: innumerevoli sono le sostanze che vediamo intorno a noi, inoltre ogni giorno nuove sostanze sono prodotte nei laboratori chimici. Ma già da tre secoli è stato mostrato che la grandissima varietà di sostanze che esistono in natura e tutte quelle che sono state e che saranno prodotte in laboratorio non sono che combinazioni varie di poche sostanze fondamentali, che si chiamano elementi chimici. Precisamente una sostanza o è un elemento o è una combinazione di elementi cioè un composto; in questo secondo caso si può sempre, con metodi opportuni, scomporla negli elementi che la costituiscono. Un elemento si riconosce da un composto per il fatto che non è decomponibile in altre sostanze; così, ad esempio l'acqua è una sostanza composta dei due elementi idrogeno e ossigeno. Gli elementi chimici sono 92; con essi è costruito tutto l'universo. E necessario però precisare che sono 92 gli elementi esistenti in natura; perché i moderni mezzi della fisica nucleare permettono di produrre parecchi altri elementi (non stabili), tutti più pesanti dell'uranio, detti transuranici. 2.2 Molecole e atomi Gli elementi sono costituiti di piccolissime particelle che non è possibile suddividere ulteriormente con mezzi chimici: gli atomi. Esistono in natura 92 tipi di atomi differenti, cioè tanti quanti sono gli elementi: vi sono, quindi, atomi di idrogeno, di ossigeno, di ferro, di mercurio, di nichel, di uranio, ecc. Non tutti gli elementi sono aggregati di atomi singoli: in molti gli atomi sono così strettamente legati in gruppi (di due o più atomi) che questi elementi devono essere considerati come costituiti da un insieme di molecole (si chiama molecola un insieme di atomi - uguali o diversi - strettamente legati tra loro). Per esempio, mentre gli elementi mercurio e zinco sono formati di atomi singoli, una massa di ossigeno è costituita di molecole, ognuna delle quali è formata di due atomi di ossigeno fortemente legati. Le molecole degli elementi, dunque, sono formate di atomi eguali. Anche i composti sono costituiti di molecole, ma queste sono formate con atomi diversi: ad esempio una molecola di acqua è formata di 2 atomi di idrogeno e 1 di ossigeno, una di zucchero di 12 atomi di carbonio, 22 di idrogeno e 11 di ossigeno. Esistono sostanze molto complesse, caratteristiche della materia vivente (come le proteine), le cui molecole sono formate di migliaia di atomi. Una molecola di un composto chimico è dotata di tutte le proprietà della sostanza, della quale è l'unità minima: anche una sola molecola di alcune sostanze profumate (come il muschio) provoca in noi la corrispondente sensazione olfattiva. Una molecola di acqua è ancora acqua; ma le parti di cui è costituita sono idrogeno e ossigeno. Quindi, mentre l'unità minima di un elemento è l'atomo, I'unità minima di un composto chimico è la molecola; tutte le materie e gli oggetti che ci circondano e che costituiscono l universo sono in ultima analisi costituite di atomi.

7 Pag La struttura degli atomi L atomo (fig. 1) è costituito da un nucleo positivo centrale e da particelle, dette elettroni, cariche negativamente che gli ruotano intorno. Il nucleo (fig. 2) a sua volta è costituito da neutroni e protoni: i primi sono particelle neutre, mentre i secondi (protoni) hanno carica elettrica positiva uguale in modulo a quella degli elettroni. I protoni nel nucleo tendono a respingersi (si tratta di particelle con carica elettrica di uno stesso segno), ma sono trattenuti da forze nucleari di attrazione. L atomo può essere immaginato come un sistema planetario costituito da elettroni che descrivono orbite circolari od ellittiche intorno al nucleo. Le orbite consentite sono ben definite (fig. 3) così come il livello energetico associato a ciascuna orbita elettronica. Fig. 1 L Atomo Fig. 2 Il nucleo Fig. 3 Il nucleo ha sempre una carica elettrica positiva q, pari a un multiplo intero della carica e, ossia q = +Ze, dove Z, detto numero atomico, è il numero dei protoni e coincide con il numero d ordine del posto occupato dal corrispondente elemento nel Sistema Periodico degli elementi. Il numero atomico rappresenta anche il numero di elettroni che si trovano nell atomo neutro di quell elemento: la loro carica negativa totale, -Ze, compensa esattamente la carica positiva q (= +Ze) del nucleo, in modo che in condizioni normali l atomo nel suo complesso, così come la materia che ci circonda, è elettricamente neutro. In conclusione, sappiamo oggi che ogni atomo neutro è costituito da (Z+1) corpuscoli: un nucleo di carica elettrica positiva +Ze e Z elettroni, ognuno di carica elettrica - e, che si muovono attorno al nucleo.

8 Pag.8 La massa dell atomo è concentrata quasi esclusivamente nel nucleo: gli elettroni infatti hanno una massa quasi 2000 volte più piccola della massa dei protoni o dei neutroni che a loro volta hanno masse quasi uguali e pari ad 1 unità di massa atomica. Da quanto sin qui detto discende che il numero atomico Z rappresenta il numero di protoni, il numero di massa A rappresenta la somma del numero Z dei protoni e del numero N di neutroni costituenti un nucleo: cioè A=Z+N. Fig. 4 Caratteristiche delle particelle subnucleari In fisica nucleare, un atomo è rappresentato da una scrittura del tipo: X z A in cui X rappresenta il simbolo dell'elemento chimico corrispondente all atomo in esame, A il numero di massa e Z il numero atomico. Ad esempio, il simbolo: He2 4 è relativo ad un atomo di elio (He) (vedi fig. 5) che ha due protoni e due neutroni nel nucleo. A bilanciare i protoni (positivi), come noto, nelle orbite ruotano due elettroni (negativi). Fig. 5 Fig. 6

9 Pag.9 Un altro esempio: il simbolo Li3 7 È relativo ad un atomo di litio (vedi fig. 6) con tre protoni (bilanciati da tre elettroni). II numero di massa è invece 7, cioè nel nucleo, oltre ai tre protoni, ci sono quattro neutroni. 2.4 Isotopi Ad un unico elemento chimico corrispondono in genere più atomi diversi tra loro, che hanno stesso numero di protoni (e di elettroni) - cioè stesso numero atomico - e diverso numero di neutroni (diversa massa); tali atomi sono detti ISOTOPI. Poiché le caratteristiche chimiche sono legate al numero e distribuzione degli elettroni, gli isotopi di uno stesso elemento hanno le stesse caratteristiche chimiche; avranno tuttavia numeri di massa diversi fra loro e conseguentemente le loro caratteristiche nucleari saranno diverse. Esempio: I I I II primo dei tre isotopi ha, nel suo nucleo, due neutroni in meno rispetto al secondo; il terzo isotopo ha quattro neutroni in più rispetto al secondo. Il primo ed il terzo sono radioattivi. Altro esempio C 6 12 C 6 13 Entrambi sono stabili e presenti in natura. 2.5 Ionizzazione ed eccitazione Gli elettroni di un atomo occupano le orbite a partire dai livelli energetici inferiori, più vicini al nucleo; in caso di somministrazione di energia gli elettroni possono vincere l energia di legame ed uscire dall atomo diventando elettroni liberi (fenomeno della ionizzazione ) oppure possono eccitarsi e passare ad un orbita più lontana dal nucleo. Questa situazione è però instabile e dopo un tempo più o meno lungo gli elettroni ritornano all orbita originaria emettendo il surplus di energia sotto forma di onde elettromagnetiche (fenomeno della eccitazione con successiva diseccitazione ). Le radiazioni nucleari sono agenti capaci di fornire energia agli elettroni degli atomi delle sostanze che attraversano, dando così luogo ai fenomeni sopra descritti; per questo motivo sono denominate radiazioni ionizzanti.

10 Pag.10 CAP. 3 LA RADIOATTIVITA 3.1 Le Radiazioni Con il termine radioattività si intendono i fenomeni originati dai radionuclidi : si tratta di nuclei di atomi che sono instabili perché la loro composizione (numero di neutroni e protoni) non consente alla natura di mantenerne inalterata la struttura nel tempo. In pratica un radionuclide si trasforma spontaneamente nel tempo - o come si dice si disintegra o decade emettendo una particella (radiazione alfa o beta) e/o radiazioni elettromagnetiche e trasformandosi in un altro nuclide. I radionuclidi possono essere di origine naturale oppure creati dall uomo variando la struttura dei nuclei di atomi stabili (ad esempio aggiungendo un neutrone ad un atomo stabile di H1 2 noto anche come deuterio si ottiene un atomo di H1 3 detto trizio che è radioattivo). I corpuscoli emessi dai nuclei degli elementi radioattivi sono di due tipi diversi, indicati rispettivamente come particelle alfa ( ) e particelle beta ( ). Le particelle alfa sono costituite da due neutroni e due protoni, mentre le particelle beta sono elettroni 1. Quando un nucleo emette una particella alfa (fig. 7), il suo peso atomico diminuisce di 4 unità e il numero atomico di 2 unità: il Ra88 226, radioisotopo alfa emettitore, quando emette una radiazione alfa si trasforma in Rn Quando, invece, un nucleo emette una particella beta (fig. 8), il suo numero atomico Z aumenta di una unità, mentre il peso atomico resta quasi invariato, dato che l'elettrone emesso ha massa piccolissima rispetto alla massa del nucleo; così per esempio, il nucleo del C6 14 che è un beta emettitore, si trasforma in N7 14. Fig. 7 Disintegrazione alfa In ogni caso le disintegrazioni nucleari contestuali alla emissione di radiazioni comportano la trasformazione spontanea di elementi chimici in altri (l'antico sogno degli alchimisti). Le radiazioni gamma sono infine onde elettromagnetiche di elevata energia emesse contemporaneamente alle radiazioni alfa o beta e prodotte da quei fenomeni di assestamento ( diseccitazione ) all interno del nucleo che seguono quasi sempre le disintegrazioni alfa o beta. 1 Si tratta di un elettrone emesso da un neutrone del nucleo che si scinde in due particelle: un protone (che resta nel nucleo aumentando di 1 il numero atomico) ed un elettrone, che viene sparato fuori dal nucleo e costituisce la particella o radiazione beta

11 Pag.11 Le radiazioni che possono essere emesse da una sostanza radioattiva sono in sintesi 2 : - particelle alfa; - particelle beta; - raggi gamma. Le particelle alfa hanno un piccolo potere di penetrazione e possono essere arrestate da un sottile strato di cartone o da qualche centimetro di aria. Le particelle beta hanno un potere di penetrazione maggiore delle particelle alfa e possono essere arrestate da uno strato di qualche millimetro di alluminio o al massimo da alcuni metri di aria. I raggi gamma hanno un grandissimo potere di penetrazione e riescono ad attraversare migliaia di metri di aria o decine di centimetri di ferro. Essi, come le particelle alfa e beta, a seconda della sostanza che lì emette, possono avere diverse energie. Fig. 8 Disintegrazione beta Le Schede riportate qui di seguito sintetizzano le caratteristiche dei tre tipi di radiazioni introdotte 2 Esistono in realtà anche altri tipi di radiazioni nucleari, ma non risultano di interesse per le attività svolte dai vigili del fuoco e pertanto non vengono trattate in questa sede.

12 Pag.12 SCHEDA 1 - Particelle alfa Le particelle alfa non penetrano nella pelle dell uomo e sono facilmente bloccate dai normali indumenti. Le particelle alfa sono bloccate da 5 cm di aria o da uno strato sottile di carta, acqua, tessuto o polvere (circa 50 µm): non penetrano i tessuti antifiamma I materiali radioattivi che emettono particelle alfa sono molto pericolosi qualora siano inghiottiti, inalati, o entrino nel flusso sanguigno attraverso ferite aperte. La valutazione della dose nel caso si verifichi uno dei suddetti eventi può essere effettuata solo in seguito ad esami specialistici. L operatore ha bisogno di strumenti di rilevazione specifici e di una formazione di base: i rilevatori infatti devono essere utilizzati in prossimità della sorgente ed anche un sottile strato di materiale assorbente come sopra detto tra l emettitore e lo strumento possono falsare la misura, (naturalmente le radiazioni alfa sono anche bloccate dalle calotte di protezione degli strumenti). In diversi casi la presenza di radiazioni alfa è accompagnata ad emissioni gamma, beta o X rilevati medianti altri tipi di strumenti. SCHEDA 2 - Particelle beta Le particelle beta hanno modesta capacità penetrante, sufficiente comunque a lasciare dose alla pelle nel caso di contaminazione superficiale; una sorgente beta a contatto con la pelle per lungo tempo può causare ustioni cutanee. Le particelle beta penetrano nel compensato o in acqua per alcuni millimetri, mentre in aria percorrono alcuni metri. I materiali radioattivi beta emettitori sono pericolosi se ingeriti o inalati. Alcuni strumenti di rilevazione per radiazioni gamma dispongono anche di una finestra beta attraverso la quale riescono a penetrare e possono così essere rivelate. In questi casi è necessario accertare che la finestra sia stata aperta per effettuare la rivelazione delle radiazioni beta. L impiego di indumenti di protezione antifiamma può garantire una discreta protezione.

13 Pag.13 Scheda 3 - Raggi gamma I raggi gamma sono in grado di penetrare per molti centimetri nei tessuti dell uomo e possono quindi impartire dose a tutti gli organi del corpo. I raggi gamma percorrono fino a migliaia di metri in aria e vari metri nel calcestruzzo. I raggi X 3 ad alta energia hanno caratteristiche di penetrazione similari. I materiali che emettono raggi gamma sono pericolosi sia come sorgenti esterne che in caso di inalazione ed ingestione. Queste sorgenti potrebbero contemporaneamente emettere anche particelle alfa o beta. La maggior parte dei rilevatori e dei dosimetri personali danno buone indicazioni dell esposizione ai raggi gamma. I rivelatori alfa ed alcuni rilevatori beta non rispondono invece ai raggi gamma. Gli indumenti antifiamma forniscono protezione assai modesta nei riguardi di questo tipo di radiazioni. 3.2 Sorgenti di radiazioni: modalità di esposizione e protezione dalle radiazioni Le sorgenti di radiazioni sono aggregati di atomi radioattivi (come il C 14 o il Ra 226 ), che si disintegrano nel tempo (cioè come già detto si trasformano) emettendo radiazioni; questi aggregati possono avere qualunque forma fisica (solida, liquida o gassosa), dal momento che gli atomi sono i costituenti ultimi di tutte le sostanze. I rischi dovuti alla radioattività dipendono fortemente dalla sorgente e dalla modalità di esposizione, dal modo cioè in cui possiamo essere colpiti dalle radiazioni; a questo proposito si distinguono due situazioni: esposizione esterna (nota anche come irradiazione esterna o irraggiamento esterno) esposizione interna (contaminazione o irraggiamento interno) La prima, in linea di massima meno preoccupante della seconda si verifica quando una sorgente sigillata - una sorgente cioè realizzata in modo tale che in condizioni normali di impiego le sostanze radioattive che la costituiscono non entrano in contatto con l ambiente non è contenuta nel proprio involucro schermante. Una situazione di questo genere (sorgente esposta ), normale durante l uso della sorgente, può protrarsi generando pericolo in caso di danneggiamento o distruzione dell involucro o del meccanismo di rientro della sorgente stessa. L evento difficilmente prodotto dall incendio, ha come conseguenza la permanenza di campi di radiazioni ; in questo caso all interno del campo occorre adottare cautele quali tenersi a distanza dalla sorgente, servirsi eventualmente di schermi protettivi, limitare il tempo di esposizione. Quando tuttavia si esce dal campo cessa il pericolo. La seconda, conseguenza di dispersione di materiale radioattivo nell ambiente, è assai più grave e pone in essere un rischio di introduzione accidentale della sorgente radioattiva nel corpo umano; la contaminazione è legata a: 3 Si tratta di radiazioni analoghe alle gamma, ma ottenute con la corrente elettrica mediante l impiego di macchine radiogene

14 Pag.14 sversamento o proiezione di liquidi radioattivi, dispersione di materie radioattive solide sotto forma di polveri o pastiglie, contaminazione atmosferica prodotta da radioelementi in forma di aerosol, vapori, gas. La contaminazione può essere prodotta da sorgenti non sigillate, cioè sorgenti aventi caratteristiche tali da non consentire di prevenire qualsiasi dispersione di sostanze radioattive, le quali possono essere in forma solida, liquida o gassosa; essa può tuttavia essere prodotta anche da sorgenti sigillate allorché vengano coinvolte in un incendio o da azioni meccaniche che danneggino il sigillo. Il fatto che una materia sia radioattiva non influisce sulle sue caratteristiche fisico-chimiche generali ed in particolare sul suo comportamento in occasione di un innalzamento anormale della temperatura come appunto nell incendio: in questo caso la materia a seconda della sua forma fisica iniziale solida, liquida o gassosa, - subirà normali trasformazioni vale a dire fusione, ebollizione, sublimazione, pirolisi, con formazione di prodotti di combustione radioattivi sotto forma di scorie, ceneri, polveri, aerosol, vapori o gas. Questi prodotti della combustione sono in generale più frazionati e meno densi della materia da cui hanno avuto origine, ed è più facile la loro dispersione. Ne consegue che, non avendo luogo modificazione alle caratteristiche di radioattività della sostanza, in caso di incendio facilmente si sparge la sorgente nell ambiente e diventa più difficile il controllo del rischio radiologico. Se una persona inala o ingerisce il materiale in questione si ha esposizione interna ; in questo caso le radiazioni emesse dalla sorgente ormai all interno del corpo continuano a colpire l infortunato anche dopo che è terminata l assunzione di attività. Nella tabella 1 sono riassunte le caratteristiche peculiari delle due modalità di esposizione presentate; le azioni da intraprendere per definire la situazione radiologica con riferimento ai due suddetti scenari di rischio sono: Esposizione esterna 1. valutazione del campo di radiazioni gamma, ovvero accertamento della sua presenza ed estensione, e misura dell intensità di esposizione o dell intensità di dose in aria o dell intensità di kerma in aria; Esposizione interna 2. valutazione di contaminazione su superfici, in aria, acqua o matrici ambientali, ovvero rilevazione di presenza diffusa di radiazioni alfa, beta e gamma. In relazione alla situazione occorrerà poi servirsi degli idonei dispositivi di protezione e di opportuni mezzi. Tab.1 modalità di esposizione a radiazioni Natura delle esposizioni alle radiazioni ionizzanti Dose Sorgente Causa della dose Durata Organi colpiti Esterna Sigillata, confinata Irraggiamento Termina quando la sorgente è rimossa Interna Libera nell ambiente Contaminazione Continua dopo assunzione Tutto il corpo Determinati organi

15 Pag.15 CAP. 4 CENNI DI METROLOGIA DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI: PRINCIPALI GRANDEZZE ED UNITA DI MISURA 4.1 Introduzione La metrologia delle radiazioni ionizzanti è quella materia che studia la misura delle sorgenti radioattive, dei campi e delle dosi di radiazioni; essa ha una importanza diretta nella valutazione del rischio radiologico, nella protezione e nella salvaguardia della salute umana. Alla importanza accennata si affiancano tuttavia oggettive difficoltà, intrinsecamente connesse alle misure nucleari ed alla loro interpretazione, che hanno contribuito ad alimentare un processo pressoché continuo di evoluzione ed aggiornamento nella definizione e nell uso delle grandezze di misura; tale processo non è ancora completamente esaurito. Nei paragrafi che seguono sono presentate le principali grandezze in uso nella metrologia delle radiazioni; le parti scritte con carattere diverso (times new roman) e intitolate APPROFONDIMENTO, sono rivolte a coloro che, già in possesso delle nozioni fondamentali, desiderino avere informazioni più complete e rigorose. 4.2 Classificazione delle grandezze L esistenza di un pericolo radiologico è subordinata alla presenza di sorgenti radioattive le quali creano un campo di radiazioni responsabile a sua volta del deposito di dosi di radiazioni nei soggetti che entrano all interno del campo (vedi fig.9). In relazione a questa schematizzazione le grandezze radiologiche possono essere distinte in: grandezze di sorgente grandezze di campo grandezze di dose. Fig. 9 Sorgente, campo, rilascio dose

16 Pag.16 Tale classificazione fa riferimento essenzialmente alla situazione di esposizione esterna Grandezze di sorgente Le grandezze di sorgente sono quelle grandezze che consentono di descrivere, qualificare e misurare le caratteristiche delle varie sorgenti radioattive, e che dunque indicano per così dire la pericolosità intrinseca associata ad una sorgente; queste grandezze quantizzano in pratica il pericolo potenziale, indipendentemente dalla situazione contingente che può o meno rendere reale tale pericolo Attività La più importante grandezza relativa alle sorgenti radioisotopiche è l attività (A); questa esprime il numero di atomi che in una unità di tempo (cioè in un secondo) si disintegrano. APPROFONDIMENTO In termini più rigorosi l attività è il rapporto tra N e t dove N è il numero di trasformazioni nucleari spontanee che avvengono nella sorgente durante l intervallo di tempo t. N A = t [1] L unità di misura dell attività nel sistema internazionale è il Bequerel (Bq) pari ad una disintegrazione al secondo. E tuttavia ancora molto usata la vecchia unità di misura, il Curie (Ci) pari a 3,7*10 10 disintegrazioni al secondo, ed i suoi sottomultipli (il mci la cui attività è pari a 3,7*10 7 disintegrazioni al secondo ed il µci la cui attività è pari a 3,7*10 4 disintegrazioni al secondo). APPROFONDIMENTO Benché l attività fornisca una indicazione valida circa le radiazioni in partenza dalla sorgente, essa si riferisce al numero di disintegrazioni che avvengono al suo interno e non alle radiazioni emesse; in generale alcune delle radiazioni emesse infatti possono essere assorbite nella sorgente stessa (autoassorbimento), inoltre per ogni disintegrazione si ha spesso l emissione di più di una radiazione. Per esempio in una sorgente di radio sono emesse in media 2,05 radiazioni gamma per ogni disintegrazione alfa del radio: da una sorgente di radio con attività pari a 1 mci, vengono dunque emesse, supponendo di poter trascurare l autoassorbimento delle radiazioni gamma: 2,05*3,7*10 7 = 7,5*10 7 radiazioni gamma al secondo L attività è correntemente usata come grandezza atta a misurare il quantitativo di sostanza radioattiva: si parla così comunemente per esempio di 100 Ci di Co 60 4 Nel caso dell esposizione interna non ha interesse la valutazione del campo, mentre risulta critica la determinazione delle sorgenti sparse nell ambiente e/o introdotte nel corpo. Dalla valutazione del tipo e quantitativo di sorgenti introdotte nel corpo si risale alle dosi che ne derivano.

17 Pag.17 intendendo con questa espressione un quantitativo di cobalto 60 la cui attività sia pari a 100 Ci. APPROFONDIMENTO attività è in effetti correlata con il numero N di nuclidi radioattivi da una semplice relazione di proporzionalità A = N [2] dove è la così detta costante di decadimento, parametro fisico che esprime la probabilità che un nucleo radioattivo ha di decadere in un secondo Tempo di dimezzamento L attività di una sorgente diminuisce nel tempo (secondo un ben noto andamento temporale di tipo esponenziale), in conseguenza del fatto che le disintegrazioni che avvengono nella sorgente al passare del tempo consumano la sostanza radioattiva: si produce infatti una continua diminuzione degli atomi instabili (cioè radioattivi), i quali progressivamente raggiungono l equilibrio. Si definisce tempo di dimezzamento (T1/2) di una sorgente radioattiva, il tempo dopo il quale il suo valore di attività si è dimezzato; tale tempo si mantiene sempre costante indipendentemente dalle condizioni esterne (variazione di temperatura e/o pressione). Ogni radioisotopo è caratterizzato da un proprio tempo di dimezzamento che può variare da milionesimi di secondo a miliardi di anni. L andamento dell attività nel tempo è espresso dalla seguente formula: A(t) = A 0 n [3] 2 Dove A(t) è l attività residua trascorso il tempo t, A0 è l attività iniziale, n è il numero dei tempi di dimezzamento trascorsi ed è pari a t/t1/ Costante specifica gamma Un altra grandezza di sorgente utile nei calcoli è la costante gamma specifica (K oppure ) che esprime, per un dato radioisotopo, il rateo di esposizione (vedi oltre) ad un metro di distanza da una sorgente puntiforme di quel radioisotopo avente attività unitaria. La costante gamma specifica si esprime spesso ancora oggi nella pratica corrente in Roentgen*m 2 /h*ci, benché la sua unità di misura nel sistema SI sia costituita da Coulomb*m 2 /kg*sec*bq; l equivalenza tra le due unità di misura (che non hanno alcun nome particolare) è la seguente: 5 Tale probabilità si mantiene costante nel tempo, indipendentemente dal fatto che un dato atomo radioattivo sia più o meno giovane (legge fondamentale del decadimento radioattivo). Vds anche esposizione fisiologica alle radiazioni ionizzanti - Antincendio n.11/97

18 Pag.18 1 Roentgen*m 2 /h*ci = 1,94 *10-18 Coulomb*m 2 /kg*sec*bq 1 Coulomb*m 2 /kg*sec*bq = 5,16*10 17 Roentgen*m 2 /h*ci In tabella 2 sono riportati i valori della costante gamma specifica per alcuni radionuclidi di interesse. 4.4 Grandezze di campo In fisica si dà il nome di campo all insieme dei valori che una certa grandezza assume in ogni punto di una regione dello spazio. La conoscenza del campo di radiazioni, consente evidentemente di quantizzare il rischio radiologico esistente nei punti dello spazio, a prescindere dalla sorgente (che potrebbe essere non conosciuta o non individuata) che lo sta producendo; tale conoscenza si acquisisce operativamente mediante la misura, effettuata con strumentazione portatile o fissa, di grandezze di campo. Le grandezze di campo di nostro interesse sono riferite alle sole radiazioni gamma: si ricorda che nel caso di esposizione esterna le uniche radiazioni pericolose sono le gamma (nel caso di esposizione interna la conoscenza del campo non è di interesse) Esposizione ed Intensità di Esposizione La prima grandezza che storicamente è stata introdotta per la misura delle radiazioni è l esposizione (X): essa misura la ionizzazione (cioè il numero degli ioni) prodotti dalla radiazione elettromagnetica (X e gamma) in aria. L esposizione, definita dunque per i soli campi di radiazione elettromagnetica, caratterizza il campo attraverso le interazioni di quest ultimo con l aria. APPROFONDIMENTO esposizione è definita come il rapporto tra Q e m: X = Q m [4] dove Q è la somma delle cariche elettriche di tutti gli ioni di un segno prodotti in aria allorché tutti gli elettroni e positroni messi in moto dai quanti in un piccolo volume di aria di massa m, vengono completamente fermati in aria. L unità di misura dell esposizione nel sistema SI, è il Coulomb/kg; per ragioni sia storiche che di praticità tuttavia, l unità di misura generalmente adottata per l esposizione è una frazione del Coulomb/kg a cui è stato dato il nome di Roentgen; per definizione 1 Roentgen = 2,58*10-4 Coulomb/kg. E estremamente utile e significativo poi considerare l esposizione prodotta nell unità di tempo, cioè la velocità con cui si sta producendo la carica in aria, vero indice dell intensità delle radiazioni in arrivo, ed in definitiva del campo. A tale grandezza si da il nome di intensità di esposizione 6 (X ). Dalla sua definizione segue che l unità di misura nel sistema internazionale è il Coulomb/(kg*sec), ma nella pratica si usano il Roentgen/h e i suoi sottomultipli, cioè il millesimo di Roentgen/h (mr/h) ed il milionesimo di Roentgen/h (µr/h). L intensità di esposizione è direttamente e facilmente 6 L intensità di esposizione è la derivata dell esposizione rispetto al tempo (come la velocità è la derivata dello spazio rispetto al tempo).

19 Pag.19 misurabile con strumentazione di diverso tipo (ad es. camere di ionizzazione, tubi geyger compensati, ecc) sia portatile che fissa ed è la grandezza base per la valutazione di un campo di radiazioni; l intensità di esposizione consente di fatto di misurare (con riferimento alla sola esposizione esterna) il pericolo radiologico esistente in un punto. Il campo naturale, dovuto alle varie sorgenti naturali di radiazioni presenti in generale in modo disuniforme sulla crosta terrestre, varia da qualche µr/h a qualche decina di µr/h; se in una certa situazione si riscontra un valore maggiore siamo verosimilmente in presenza di sorgenti artificiali. L esposizione è una grandezza che viene oggi usata poco, essenzialmente per i problemi legati alle sue unità di misura (le unità di misura dell esposizione nel SI sono assai scomode) Kerma ed Intensità di Kerma Al posto dell esposizione è sempre più frequentemente utilizzata un altra grandezza per descrivere il campo (sempre limitatamente al caso di radiazioni indirettamente ionizzanti): il Kerma in aria (K). Il nome Kerma è formato dalle iniziali della frase inglese kinetic Energy Released in Matter che vuol dire energia cinetica liberata nella materia ; con buona approssimazione possiamo dire che il kerma in aria coicide con la dose assorbita (vedi oltre) in aria dovuta a radiazioni gamma. L unità di misura del kerma nel sistema internazionale è il Joule/kg a cui viene dato il nome di Gray (Gy); sono molto usati i sottomultipli del Gray (cgy, mgy, µgy); la vecchia unità di misura, ancora utilizzata è il rad, pari a 100 erg/g. L equivalenza tra le due unità è semplice: 1 Gy = 100 rad 1 rad = 1 cgy E poi estremamente utile definire l intensità di kerma (K ), cioè il kerma prodotto nell unità di tempo; l intensità di kerma in aria sostituisce l intensità di esposizione ai fini della descrizione del campo di radiazioni. L intensità di kerma si dovrebbe misurare nel sistema internazionale in Gy/sec, sono tuttavia assai più utilizzati i Gy/h ed i relativi sottomultipli (cgy/h, mgy/h, µgy/h); la vecchia unità di misura è costituita dal rad/h. Con buona approssimazione si può dire che l esposizione è la ionizzazione equivalente al kerma in aria 7. In termini numerici all esposizione di un Roentgen corrisponde un 7 APPROFONDIMENTO Il kerma in aria è legato all esposizione dalla seguente relazione7: e e 1 g X = K * * ( K) * aria aria W aria W aria [6] dove e = carica dell elettrone Waria = energia mediamente necessaria per creare una coppia di ioni in aria g = frazione della energia cinetica iniziale dei secondari carichi perduta da questi per emissione di radiazione di bremsstrahlung (frenamento); dipende dall energia della radiazione e dal mezzo attraversato. Il termine è in genere trascurabile (prossimo a zero): comincia a diventare significativo solo per energie della radiazione elettromagnetica di qualche MeV, (prodotte da particolari macchine acceleratrici). Nel caso del Co60, radioisotopo che notoriamente emette radiazioni piuttosto energetiche, g vale in aria appena 0,003 e può dunque essere trascurato. In queste condizioni (g trascurabile) In termini numerici all esposizione di un Roentgen corrisponde un kerma in aria di circa 0,87 cgy, ed analogamente all intensità di esposizione di un R/h corrisponde un intensità di kerma in aria di 0,87 cgy/h.

20 Pag.20 kerma in aria di circa 0,87 cgy, ed analogamente all intensità di esposizione di un R/h corrisponde un intensità di kerma in aria di 0,87 cgy/h; dunque: 1 R/h = 0,87 cgy/h 1 cgy/h = 1,15 R/h 4.5 Grandezze di dose Le grandezze di dose sono quelle che descrivono la cessione di energia alla materia, con particolare riferimento al caso dell irraggiamento dell organismo umano, o di una sua parte, e che hanno lo scopo ultimo di collegare la fisica dei fenomeni elementari di interazione tra radiazioni e materia con le conseguenze biologiche che ne derivano: dosi di radiazioni assorbite da un organismo sono infatti, come ben noto, agenti causali di una serie di effetti patologici, immediati e ritardati. La misura delle dosi ed il rispetto di opportuni limiti di dose sono elementi fondamentali nella disciplina radioprotezionistica che consentono di evitare la comparsa degli effetti immediati delle radiazioni e la limitazione a livelli accettabili di quelli ritardati. Le grandezze di dose, come già accennato, sono correlabili a quelle di campo; la conoscenza di queste ultime, con particolare riferimento ad esposizione e kerma in aria, consente cioè di stimare le dosi di radiazioni (e conseguentemente il danno atteso), che verrebbero assorbite da un soggetto all interno del campo. Anche per le grandezze di dose si definiscono (analogamente a quanto fatto per le grandezze di campo) le relative intensità o ratei; non ci si soffermerà volta per volta a specificare questo aspetto che riveste carattere alquanto intuitivo Dose assorbita La dose assorbita (D) è la grandezza che quantizza l energia depositata nella materia da parte di un fascio di radiazioni. L energia depositata è un fattore di fondamentale importanza, anche se non è l unico, nel determinare gli effetti delle radiazioni sugli organismi viventi. Le unità di misura della dose assorbita sono le stesse in uso per il kerma (Gy nel Sistema Internazionale, rad nel vecchio sistema). Accanto alla dose assorbita si definisce anche l intensità di dose assorbita cioè la dose assorbita nell unità di tempo. APPROFONDIMENTO Più precisamente la dose assorbita è definita come: [5] =D E m dove E è l energia ceduta dalla radiazione agli atomi e alle molecole contenute nel piccolo volume di materia considerato di massa m. Come già detto l intensità di esposizione (o l intensità di kerma in aria) qualifica il campo; la dose assorbita invece dipende oltre che dal campo anche dal materiale M che è irraggiato: a

21 Pag.21 parità di campo la dose assorbita in aria è cioè diversa, per esempio, dalla dose assorbita in acqua o nel tessuto molle, o nelle ossa. In condizioni di equilibrio delle particelle cariche è possibile stabilire un legame tra esposizione (o kerma in aria) e dose assorbita in diversi materiali. Nella tabella seguente è illustrato numericamente tale legame, con riferimento ad alcuni mezzi di interesse, valido nell intervallo di energia 100 kev - 10 MeV. Tab. 2 Relazione tra esposizione e dose assorbita in condizioni di equilibrio delle particelle cariche per diversi mezzi Esposizione (Roentgen) Kerma in aria (cgy) Mezzo Dose Assorbita (cgy) 1 0,87 Grasso 0,97 1 0,87 Muscolo 0,96 1 0,87 Osso 0,93 1 0,87 Acqua 0,965 Si osserva che nel largo intervallo di energia considerato all esposizione di 1 Roentgen corrisponde una dose assorbita in acqua ed in materiali biologici (compreso il corpo umano!!) di circa 1 rad (1 cgy). Questa corrispondenza numerica è la ragione pratica della scelta a suo tempo operata dell unità Roentgen e del fatto che essa sia ancora largamente usata nella pratica operativa nonostante non rientri tra le unità del sistema SI. A chiarimento di una situazione di diffusa confusione si ribadisce che l uguaglianza numerica non deve ingannare: l esposizione e la dose assorbita sono grandezze concettualmente diverse e la loro corrispondenza numerica, seppur comoda nella pratica, è però valida solo in specifiche condizioni 8 (equilibrio delle particelle cariche) e in un ben determinato intervallo di energia ed è subordinata ad una determinata scelta di unità di misura; se poi all esposizione sostituiamo il kerma in aria il discorso resta del tutto analogo, con l avvertenza che in questo caso non è più possibile confondere numericamente kerma in aria e dose assorbita in materiali biologici: ad un kerma in aria di 0,87 cgy corrisponde una dose assorbita in materiali biologici di 1 cgy (l utilizzo in questo secondo caso della stessa unità di misura per le due diverse grandezze può essere manifestamente causa di malintesi) Dose equivalente Una stessa dose assorbita depositata in un organismo da diversi tipi di radiazioni può produrre effetti biologici di entità diversa; un medesimo effetto può essere ottenuto con dosi assorbite diverse originate da diversi tipi di radiazioni di varia energia. Ciò significa che a parità di energia depositata alcune radiazioni sono più nocive di altre. E comodo nella maggior parte dei settori della radioprotezione esprimersi in termini di dose assorbita di una radiazione di riferimento, grandezza che prende il nome di dose equivalente (H). La dose equivalente in un certo tessuto od organo è pari alla dose assorbita in quel tessuto o organo moltiplicata per un coefficiente ponderale che esprime il rapporto di efficacia tra la radiazione in studio e la radiazione di riferimento (radiazione x e ); tale coefficiente prende il nome di fattore di ponderazione della radiazione ed è maggior e o uguale ad 1. 8 Queste sono peraltro quasi sempre verificate nelle situazioni operative di nostro interesse

22 Pag.22 APPROFONDIMENTO Nel caso generale di presenza di più tipi di radiazioni occorre sommare i contributi di ciascuna radiazione: H = r w r * H r [7] dove: Hr = dose equivalente all organo (o tessuto) dovuta alla erresima radiazione wr = fattore di ponderazione dell erresima radiazione. Il fattore di ponderazione per radiazioni X e vale 1, pertanto, per questi tipi di radiazione la dose equivalente è numericamente uguale alla dose assorbita nel tessuto (e non al kerma in aria!); in pratica ricordando quanto già detto ed in particolare considerando la tabella 2, sotto le ipotesi di validità della stessa (largamente verificate come detto nella maggioranza delle situazioni operative), si può considerare valida la seguente catena di quasi uguaglianze: 0,87 cgy di kerma in aria 1 Roentgen 1 cgy di dose assorbita in tessuto 1 csv = 1 Rem Dose efficace Ancora con riferimento agli effetti stocastici, cioè al rischio di contrarre un tumore maligno o di subire un effetto genetico in prima o seconda generazione, è evidente che tale rischio è diverso a seconda che venga irradiato l intero organismo con tutti i suoi organi ed apparati, oppure un organo solo. E spesso utile esprimersi in termini di un irradiazione di riferimento, quella del corpo intero, e si introduce così la dose efficace (E). L unità di misura della dose equivalente è il Sievert (o il Rem). APPROFONDIMENTO La dose efficace è ottenuta come sommatoria delle dosi equivalenti in ciascun organo moltiplicati per opportuni coefficienti ponderali wt (fattori di peso dei tessuti) dove: E = t w t * H t [8] Ht = dose equivalente all organo (o tessuto) t wt = fattore di ponderazione dell organo (o tessuto) t. I valori previsti del coefficiente wt sono tutti inferiori all unità; la somma dei vari wt è pari ad uno. Nel caso di esposizione esterna l irradiazione dei vari tessuti ed organi è uniforme, conseguentemente la dose efficace coincide (numericamente) con la dose equivalente in ciascun organo o tessuto.

23 Pag.23 CAP. 5 EFFETTI DELLE RADIAZIONI E LIMITI DI DOSE 5.1 Effetti delle radiazioni ionizzanti Le radiazioni ionizzanti notoriamente inducono danni sulla materia vivente, a livello di molecole, cellule, tessuti ed organi. Si conoscono altresì azioni "stimolanti" delle radiazioni (come l'induzione d'una più alta germinazione di semi di piante) ed altri effetti generici "migliorativi" di taluni caratteri ad esempio di interesse agronomico; è anche ben noto il fatto che le cellule cancerose sono maggiormente suscettibili di danno letale da radiazioni delle cellule normali (e su questa osservazione si basa la radioterapia dei tumori). In linea generale si deve tuttavia affermare il carattere nocivo delle radiazioni sulla materia vivente e sull uomo in particolare; quest ultimo aspetto costituisce uno dei punti di partenza della radioprotezione. Gli effetti patologici delle radiazioni sull organismo umano possono essere sinteticamente classificati nelle seguenti due categorie ben distinte: effetti non stocastici (o graduati o anche deterministici) effetti stocastici (o probabilistici) I primi sono a volte indicati come effetti immediati perché seguono in breve tempo all irradiazione e compaiono solo sui soggetti che hanno assorbito dose (danno somatico), mentre i secondi sono anche noti come effetti ritardati, perché la loro comparsa può avvenire anche a notevole distanza temporale dall irradiazione; questi ultimi effetti possono manifestarsi addirittura su soggetti diversi da coloro che hanno assorbito dose (figli, nipoti, generazioni successive). Gli effetti immediati sono tipici di irradiazioni acute, e compaiono a breve scadenza (giorni o settimane) dopo un elevata irradiazione di un tessuto, di un organo o dell intero corpo 9. Essi hanno carattere graduato sia nel senso che la comparsa di un certo effetto avviene solamente al di sopra di una data soglia, sia nel senso che l effetto presenta gravità crescente col crescere della dose (oltre la soglia). In particolare la relazione tra dose assorbita singolarmente da un certo numero di persone e incidenza di un dato effetto è costituita da una curva di tipo sigmoide (vedasi figura 10): la frequenza di comparsa degli effetti è nulla fino ad un certo valore di dose per poi aumentare rapidamente; da un certo punto in poi la totalità Fig. 10 degli individui esposti manifesta l effetto in esame. La dizione effetti non stocastici, sottolinea proprio il fatto che si tratta di effetti non casuali, che compaiono deterministicamente al superamento di una data soglia. Ai fini di stabilire convenzionalmente il valore di soglia per un certo effetto, si fa generalmente riferimento alla dose che produce quell effetto nel 50% degli esposti (DE50) (punto A in figura 10). 9 Una eccezione è costituita dalla cataratta oculare che può comparire anche 1o 2 anni dopo l irradiazione acuta

24 Pag.24 La soglia di dose varia fortemente a seconda dell effetto considerato, ma è comunque elevata, dell ordine del Gray e più. La tabella 3 riporta alcuni tipici effetti con le rispettive soglie di dose in caso di irraggiamento acuto di tutto il corpo. Dose Assorbita (irradiazione acuta) Probabile effetto immediato Fino a 0,25 Sv Nessun effetto evidente Fino a 0,5 Sv Alterazioni ematiche Fino a 1 Sv Nausea, vomito, inappetenza nel 50% dei soggetti Fino a 2 Sv Possibile mortalità (in assenza di cure) dell 1% degli irradiati Fino a 4 Sv Sindrome acuta da radiazioni (male da raggi)- stadio ematologico; morte del 50% degli individui (in mancanza di cure) entro un mese Fino a 8 Sv Sindrome acuta da radiazioni - stadio intestinale; morte del 100% degli individui entro tre settimane 30 Sv e oltre Sindrome acuta da radiazioni - stadio neurologico (o meningoencefalico); morte del 100% degli individui da poche ore a qualche giorno Tab. 3: Effetti immediati per irradiazione acuta total body Tra gli effetti non stocastici si annovera anche la morte dell'organismo per dose di radiazioni (dose letale). E interessante conoscere il valore di dose al corpo intero che dà il 50% di morti a 30 giorni dall irradiazione acuta. Nell'uomo tale valore è di circa 4 gray (di fotoni). Le dosi letali per 50% degli individui, a 30 giorni (simbolo: DL 50/30), per i diversi mammiferi e per altri animali sono assai varie, tuttavia tutti i mammiferi hanno DL 50/30 compresa tra 2,5 e 8 gray; gli anfibi tra 7,0 e 30 gray; la chiocciola, 100 gray; l'ameba, 1000 gray. A titolo di curiosità si segnala che per la sterilizzazione batterica di materiale clinico (siringhe, aghi, ecc.) si adoperano dosi maggiori di gray (2,5 Mrad) di fotoni. Gli effetti stocastici, invece hanno caratteristiche ben diverse: non mostrano gradualità di manifestazioni con la dose; sono cioè effetti del tipo tutto o niente e non richiedono il superamento di un valore soglia per la loro comparsa. La loro frequenza è piccola negli individui della popolazione irradiata, ma aumenta al crescere della dose; infine come già accennato si manifestano in tempo differito (di decine di anni o anche di generazioni) rispetto all irradiazione. Gli effetti stocastici sono in sintesi costituiti dall induzione di tumori e leucemie e dalla produzione di danni ereditari (mutazioni ed aberrazioni cromosomiche). Gli effetti stocastici da radiazioni non sono peraltro costituiti da forme morbose con caratteristiche specifiche che ne permettano il riconoscimento clinico: i tumori da radiazioni non si distinguono cioè dai tumori endemici corrispondenti; e così le mutazioni ed aberrazioni cromosomiche da radiazioni. L'effetto stocastico consiste in pratica in un aumento più o meno grande (in funzione della dose) della frequenza spontanea di tumori e di danni ereditari, comunque presenti. E evidente che in queste condizioni la connessione tra causa (radiazioni) ed effetto (tumore o mutazioni) non può essere stabilita sul singolo individuo, ma solo su un gruppo di persone irradiate, osservando la frequenza di casi morbosi rispetto alla frequenza attesa in assenza di irraggiamento; è intuitivo che effetti stocastici che si aggiungano in piccolo numero ad uguali effetti spontanei possono risultare non osservabili, perché mascherati dalla variabilità statistica dei fenomeni spontanei in questione. Gli effetti stocastici vengono a volte distinti nelle seguenti tipologie: danni stocastici somatici danni stocastici ereditari di prima e seconda generazione danni stocastici ereditari delle generazioni successive.