Radiazioni ionizzanti

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1 Radiazioni ionizzanti Qualunque radiazione in grado di provocare fenomeni di ionizzazione. Radiazione: trasferimento di energia attraverso lo spazio. Ionizzazione: fenomeno per il quale, da un atomo stabile ed elettricamente neutro si stacca un elettrone (e - ) periferico con la formazione di 2 ioni (dal verbo greco ienai deriva ion: colui che va ).

2 Ionizzazione (I) Come detto è il fenomeno per il quale, da un atomo stabile ed elettricamente neutro si stacca un elettrone (e - ) periferico. Questo deve portarsi ad una distanza tale dal nucleo dell atomo da non risentire più della sua forza di attrazione. Si hanno, così, 2 particelle: l e - e l atomo +. Perchè avvenga la ionizzazione devo fornire una energia sufficiente per strappare l elettrone dall atomo.

3 Ionizzazione (II) Ma quanta energia è necessaria per produrre la ionizzazione? L energia si misura in elettronvolt (ev). 1eV = quantità di energia cinetica assunta da una particella con carica uguale a quella dell e - una volta collocata in un campo elettrico con differenza di potenziale pari ad 1 volt (V). Per gli atomi dei sistemi biologici (H, O, C, N) l energia necessaria per la ionizzazione varia tra i 2 ed i 10 ev.

4 Ionizzazione (III) Questa energia deve essere ceduta in un processo unitario (quantico, discreto, non cumulabile per sommazione). Dunque solo radiazioni con energia superiore a 2-10 ev possono generare processi di ionizzazione nei substrati biologici. Il limite della capacità di ionizzazione è per quelle energie appena superiori alla radiazione ultravioletta ( ev).

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8 c = velocità della luce (3x10 5 Km/sec) c = λ ν λ = lunghezza d onda ν = frequenza E = energia associata alla radiazione E = h ν h = costante di Plank ν = frequenza

9 Spettro elettromagnetico λ (m) TIPO ν (Hz) 10 (-14/-9) raggi γ 10 (23/18) 10 (-12/-9) raggi X 10 (21/18) 10 (-9/-7) radiazione ultravioletta 10 (17/16) 10 (-7/-6) luce visibile 10 (15) 10 (-6/-4) radiazione termica 10 (14/13) 10 (-4/-0) micro-onde 10 (12/8) 10 (0/3) onde radio 10 (8/6)

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11 Raggi X e raggi γ La differenza tra questi due tipi di radiazioni ionizzanti non risiede nella energia di cui sono dotate ma nelle modalità con cui si producono: i raggi X sono prodotti artificialmente mediante interazione tra un fascio di elettroni accelerati ed un materiale ad alto numero atomico (di solito molibdeno o tungsteno); i raggi γ derivano dai processi di disintegrazione radioattiva dei nuclei atomici.

12 Radiazioni corpuscolari (I) A differenza di quelle elettromagnetiche le radiazioni corpuscolari sono dotate di una massa e, pertanto, nel loro caso l energia assume la grandezza di energia cinetica: E c = ½ m v 2 Esistono particelle senza carica elettrica: neutrone (massa 1 e carica 0) e neutrino;...e con carica elettrica: particella beta o elettrone (massa 1/1835 e carica -1); protone (massa 1 e carica 1); particella alfa (massa 4 e carica 2)

13 Radiazioni corpuscolari (II) Sono radiazioni con trasporto di energia e materia con o senza carica elettrica Elettroni: sono particelle con carica negativa e penetrazione minore rispetto ai fotoni. La trasmissione percentuale in profondità è caratterizzata da una rapidissima caduta. Utilizzati in Medicina Nucleare per la terapia radiometabolica ed in Radioterapia per il trattamento di focolai neoplastici superficiali.

14 Radiazioni corpuscolari (III) Protoni: hanno carica elettrica positiva con attività ionizzante molto intensa e localizzata (picco di Bragg): è possibile irradiare focolai più o meno profondi variando a piacimento l energia dei fasci. Neutroni: sono privi di carica elettrica; vengono prodotti da reattori nucleari e da LINAC (acceleratori lineari) e sono dotati di intensa attività ionizzante.

15 A A radiazione corpuscolata B radiazione elettromagnetica B c la radiazione attraversa l atomo senza colpire nulla a la radiazione interagisce con il nucleo b la radiazione colpisce un elettrone

16 alluminio piombo calcestruzzo POTERE DI PENETRAZIONE DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI

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18 Radiazioni ionizzanti naturali (I) Raggi cosmici, provenienti dagli astri. Sono una miscellanea di radiazioni elettromagnetiche ad elevatissima frequenza e di radiazioni corpuscolate. Attraversando l atmosfera provocano fenomeni di ionizzazione venendo quasi totalmente assorbiti, quindi: maggiore esposizione in montagna ed in aereo; minore esposizione al mare.

19 Radiazioni ionizzanti naturali (II) Isotopi radioattivi presenti normalmente nell ambiente; hanno ormai quasi tutti tempi di dimezzamento (T1/2) di migliaia di anni. Si trovano all interno dei pianeti ed emergono durante i fenomeni vulcanici. In particolare sono presenti in quantità: elevata nelle rocce effusive (granito, basalto, porfido); modesta nelle rocce sedimentarie (arenaria, marmo) Attenzione ai materiali da costruzione (es. il tufo ha elevata concentrazione!).

20 Fondo naturale di radiazione Raggi cosmici e radioisotopi naturali costituiscono il fondo naturale di radiazione. Perchè è utile conoscere il fondo naturale? Una certa quantità di irradiazione non è incompatibile con la vita; anzi la plasticità biologica (mutazioni) che ha prodotto l evoluzione delle specie è dovuta in parte alla radioattività. Determinandone l entità ho un fattore di riferimento a cui paragonare le sorgenti artificiali. La quantità di energia assorbita dagli organismi per effetto del fondo naturale e di 2000μSv±30%/anno.

21 Radiazioni ionizzanti artificiali Al fondo naturale si aggiungono le radiazioni artificiali. Queste sono di due tipi e vengono generate: dalle macchine radiogene mediante accelerazione di un fascio di particelle e successiva generazione di energia e/o radiazioni; dai radioisotopi prodotti dall uomo. Insieme producono una quota di irradiazione aggiuntiva, pari a circa μSv/anno, che si somma a quella naturale.

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23 Si definisce sorgente qualsiasi apparecchio o sostanza o fenomeno in grado di emettere radiazioni ionizzanti: Sorgenti naturali Sorgenti naturali modificate dalla tecnologia Sorgenti in prodotti di consumo Sorgenti impiegate in medicina Sorgenti da fall out radioattivo Raggi cosmici e radionuclidi della crosta terrestre Materiali da costruzione Viaggi aerei ad alta quota Orologi luminescenti Apparecchi TV Tubi radiogeni, LINAC, radiofarmaci Esperimenti ed incidenti nucleari

24 Radiazioni ionizzanti e non-ionizzanti impiegate in campo medico - Raggi X - Radiologia diagnostica - Radiologia interventiva - Radioisotopi impiegati in Medicina Nucleare - Radiazioni impiegate in Radioterapia - Radiazioni (onde) ultrasonore - Campi magnetici ed onde radio

25 SORGENTI ESTERNE A. RADIAZIONI IMPIEGATE IN DIAGNOSTICA PER IMMAGINI ULTRASUONI - Ecografia RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE RAGGI X - Radiologia convenzionale - Radiologia digitale - Tomografia Computerizzata RADIOFREQUENZE - Risonanza Magnetica INFRAROSSI - Termografia RAGGI g - Scintigrafia - Tomografia a Emissione di Positroni B. RADIAZIONI IMPIEGATE IN RADIOTERAPIA ONCOLOGICA SORGENTI ESTERNE SORGENTI INTERNE SORGENTI INTERNE RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE RAGGI X - Macchine Acceleratrici RAGGI g -Sostanze g emittenti naturali (Radium) ) o artificiali (Cobalto-70, Cesio-137, ecc.) ELETTRONI, PROTONI, NEUTRONI, RAGGI a - Macchine Acceleratrici RADIAZIONI CORPUSCOLARI