φ = dn/(ds dt) = (unità di misura:

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1 LEZIONE 6 LE GRANDEZZE FISICHE GRANDEZZE RADIOMETRICHE Le grandezze radiometriche sono quelle che descrivono le caratteristiche del fascio di radiazioni in un punto e in un istante. La fluenza di particelle Φ (Numero di particelle per m indipendentemente dal tempo) Φ = dn/ds (unità di misura: part m ) Il flusso di particelle (o Intensità ) part φ = dn/(ds dt) = (unità di misura: sec m ) La fluenza di enia è l enia incidente su unità di superficie Joule Ψ = de/ds (unità di misura: m ) Il flusso di eniaψ Joule ψ = de/(ds dt) (unità di misura: sec m ) W è l enia media spesa in per formare coppie di ioni: W = 34 ev (54, )

2 LA DOSIMETRIA Lo scopo è quello di individuare delle grandezze fisiche da porre in correlazione con gli effetti ( soprattutto) stocastici indotti dalle radiazioni ionizzanti ( Esposizione; Dose orbita; Dose equivalente, Dose Efficace). Esposizione ( Roentgen; R) Grandezza che riguarda solo x e γ in e che permette di confrontare fasci di fotoni attraverso la ionizzazione prodotta in. Esposizione X= dq dm dq è la carica prodotta dentro e fuori il volumetto dv di ma dm da tutti gli elettroni secondari generati dal fascio X. L'Esposizione misura quello che sta arrivando sul bersaglio, non l'enia che il bersaglio orbe. Avremo 1 R quando in un 3 di ( 760 mmhg; 0 C; secca; ma: 1,3 mg) il fascio produce complessivamente ( dentro e fuori ) 1 e.s.u./ 3 ovvero, elettroni/ 3, ovvero, C / kg [ 1 e = 1, C; 1 C = 0, e]. 1 grammo di occupa ev (54, ) enia media necess per ionizzare una molecola di gas presente nell'. L'enia orbita dall per produrre, ,88 rad. ionizz./ 3 ( 1 R) è 88 / g cioè ev Joule ionizi. ioniz. e ev Joule 1 gr 1R = 88 gr = 0,88 rad in , ,08 10 = 0, ,11 = gr. 1, I Fotoni orbiti in 1 gr. di sostanza sono calcolati partendo dalla Fluenza Φ ( fotoni/ ) di enia E e da, che è la probabilità che un fotone interagisca-orbito in 1. Il numero di Fotoni orbiti in un 3 sarà: fotoni. fotoni Φ Φ 3 g o anche E Φ Fot = Ψ Enia orbita [ ] grammo

3 Nel caso dell Espozizione a 1 R 88 9 MeV Ψ = 88 Ψ [ ] = 300 1,87 10 Per fotoni di enia compresa fra 0,- MeV, Aria = 0,075 è circa costante gr 300 / è l enia fluita in che produce una enia orbita in pari a 88 /g (1R). Se il fotone ha enia di 0, MeV ( 0, ), a questa Fluenza di Enia corrisponde una Fluenza di Fotoni di : Φ E = 300 Φ 0,3 10 = fotoni Φ = 10 6 Se invece di una Esposizione di 1 R avessimo un rateo di 1 R/sec, allora avremmo un Flusso di enia di 300 e per fotoni da 0, MeV un Flusso di particelle del fascio sec 10 fotoni di 10 sec L'enia [/g] orbita in un materiale a causa della Fluenza che produce 1 R. 0,88 EAss [ ] = Ψ 1R = g R rad E [ ] = 0,88 R en en Per i tessuti molli e fotoni da 0, MeV Tessuti = 1,05 si ottiene E = 0,93 rad/r Sopra i 00 kev la dose orbita nei tessuti per ogni R è circa uguale a 1 rad.

4 Equilibrio Elettronico si ha quando la ionizzazione prodotta in dv da elettroni provenienti dall esterno è uguale a quella prodotta fuori dv da elettroni creati in dv. 1. Condizioni: Campo esteso. Il volumetto in osservazione è lontano dai bordi almeno quanto il percorso mimo degli elettroni (spessore di build-up) e immerso in un mezzo omogeneo di dimensioni superiori al mimo percorso degli elettroni.. Affinché nelle varie parti del mezzo in volumi uguali avvengano lo stesso tipo e numero di interazioni( numero elettroni e loro enia sia la stessa) l attenuazione del fascio nel mezzo deve essere modesta. Cioè il numero di fotoni non deve vre apprezzabilmente per distanze uguali al mimo percorso elettronico (come avviene invece in fasci molto diventi). In queste condizioni misurare la ionizzazione totale prodotta in un piccolo volume d equivale a misurare l esposizione.

5 DOSE ASSORBITA ( art 4 D.Lgs 30/95-D.Lgs 41/00) Radiation Absorbed Dose (rad) ( Gray; Gy) KERMA La dose orbita è la quantità media di enia orbita dall unità di ma del tessuto ( non semplicemente tolta dal fascio o trasferita dal fascio). La dose orbita è definita per qualunque tipo di particella e mezzo de. DT, R = dm Joule 1 rad = Gy = 1 = 100 rad grammo Kg Gy ora φ [ ] = E , = 57,6 1 0 fotoni Dove φ = E = MeV sec 10 3,7 10 Cnγ Per una sorgente puntiforme φ = C = Ci r = 4π r φe Se lungo r non si può trascurare l attenuazione si deve introdurre il termine esponenziale e - r Nel kerma K, de tr è la somma delle enie cinetiche iniziali di tutte le particelle cariche prodotte dagli X in un volume di materiale di ma dm. detrasf J K = [ ] dm Kg g = frazione della Enia trasferita alle particelle (K) che viene trasformata in X di frenamento (1-g) frazione della Enia trasferita (K) orbita dal mezzo In condizioni di Equilibrio Elettronico DT, R = (1 g) K Gy ora φ 8 8 Tra erma [ ] S = 57,6 10 S E = 57,6 10 S (1 g) E = S (1 g) particella Joule φ = E = MeV K = sec Kg φ K ora E tr > E poiché non tutta l enia trasferita agli elettroni nella ma dm viene orbita all interno del volumetto stesso. Una parte viene trasformata in X frenamento e gli stessi elettroni possono in parte uscire dalla dm.

6 GRANDEZZE RADIOPROTEZIONISTICHE DOSE EQUIVALENTE ( rem; Sievert:Sv)( All. IV, Lgs 30/95-D.Lgs 41/00) REM (Rad Equivalent Man) La dose orbita D è inadeguata a predire la probabilità degli effetti stocastici e anche la gravità dei deterministici. L'effetto biologico prodotto da 1 Gy è diverso a seconda del tipo della particella e della sua enia. Al fine di confrontare gli effetti biologici prodotti da diversi tipi di particelle si è introdotto lo Equivalente di Dose che, a parità di dose orbita (rad o Gray), tiene conto del diverso effetto biologico delle particelle. Se uno stesso effetto biologico è prodotto da d rad di X e da D rad di una particella, il Relative Biological Effectiveness RBE della particella per quell'effetto è d/d > 1 Come radiazione di riferimento per gli RBE si utilizzano raggi X generati con tensione di circa 50 kv (ionizzazione specifica in acqua pari a 100 coppie di ioni per m). Il RBE è funzione del LET ma dipende anche dal tipo di effetto biologico considerato. L'uso del RBE non è semplice per cui la ICRP ha istituito il Quality Factor QF (ICRP 6/77), e successivamente un Fattore peso della radiazione, W R (ICRP 60/90) che tiene conto del Potere di ionizzazione della radiazione. Con QF la grandezza si chiamava Equivalente di dose, con W R si chiama DOSE EQUIVALENTE La dose equivalente HT nel tessuto T prodotto dalla radiazione R, è determinata H TR = D T,R W R L'unità di misura rem = rad x W R Sv= Gy x W R Fattori peso della radiazione incidente per ottenere dalla dose orbita (Gy ) la dose equivalente (Sv) ( D.Lgs. 41/00) Tipo di radiazione Fattore di ponderazione (WR) Fotoni di tutte le enie ed elettroni 1 Neutroni di enia inferiore a 10 KeV 5 Neutroni tra 10 KeV e 100 KeV 10 Neutroni tra 100 KeV e MeV 0 Protoni 5 Particella alfa 0 ICRP60 ha ridefinito la relazione fra QF e il LET in acqua ( soprattutto per tener conto dei neutroni a media enia e per semplicità non ha voluto differenziare l efficacia dei fotoni a diversa enia). Però, dopo alcune puntualizzazioni, ICRP60 afferma che le conoscenze radiobiologiche non giustificano la dettagliata applicazione della QF = f (LET) per cui introduce il fattore di ponderazione W R.

7 Dose efficace ( E ) )( All. IV, Lgs 30/95-D.Lgs 41/00) La dose efficace è correlata agli effetti stocastici Se a parità di dose equivalente si irradiano tessuti diversi, si osserva che i tessuti non rispondono tutti allo stesso modo relativamente a leucemie, tumori solidi e malformazioni gravi. E stata pertanto creata una nuova grandezza denominata dose efficace che riguarda unicamente la stima degli effetti Stocastici e si ottiene moltiplicando la dose equivalente HT per un fattore di ponderazione (WT) caratteristico di ciascun tessuto irradiato. La Dose Efficace E consiste nella somma pesata (W T )delle dosi equivalenti (H T ) relative ai tessuti T che vengono irradiati E = H w T T T Fattori di ponderazione tissutale per il paggio dalla dose equivalente alla dose efficace (secondo ICRP 60/1990 ; D.Lgs.41/00)) Tessuto/Organ Fattore di ponderazione tessutale Wt Gonadi 1 0,0 Colon 0,1 Esofago 3 0,05 Fegato 4 0,05 Mammella femminile 5 0,05 Midollo rosso 6 0,1 Pelle 7 0,01 Polmone 8 0,1 Stomaco 9 0,1 Superficie ossea 10 0,01 Tiroide 11 0,05 Vescica Tot 0,95 1 0,05 Rimanenti Organi 0,05 La Dose Efficace viene ponderata da nuovi valori di WT calcolati su 1+1 organi che hanno sostituito i 7 precedenti valori utilizzati con l Equivalente di dose efficace. I Rimanenti organi comprendono : Ghiandole Surrenali, Cervello, Intestino Cro, Intestino Tenue, Reni, Muscolo, Pancreas, Milza, Timo, Utero. La ICRP raccomanda che fra i rimanenti organi o tessuti, siano identificati i 5 organi o tessuti che ricevono le dosi equivalenti di più elevate e che a ciascuno di questi organi si applichi il valore di ω = 0,05 T Se uno di questi organi riceve una dose superiore a quella ricevuta da un organo esplicitamente citato in tabella, ad esso viene egnato un fattore 0,05 e un altro fattore 0,05 viene ociato alla dose media ricevuta dal resto dei Rimanenti organi. I nuovi valori di WT tengono conto oltre che dei tumori ad esito fatale e delle malformazioni ereditarie gravi anche dei tumori ad esito non fatale e della perdita di vita media. I fattori riportati sono stati normalizzati ad 1 in modo che per irradiazione del corpo intero w T =1. I valori riportati si applicano a Lavoratori e popolazione di entrambi i sessi.

8 DOSE EFFICACE IMPEGNATA In caso di contaminazione interna si introduce la Dose equivalente impegnata H T (τ) o la Dose efficace impegnata E (τ). Gli integrali delle due grandezze sono eseguiti su un tempo τ successivo all introduzione τ = 50 anni per adulti H ( τ ) T H ( t ) dt τ =z0 τ E( τ ) E( t) dt =z0 τ = 70 anni per bambini La dose efficace impegnata è la dose che cumulativamente verrebbe orbita nei 50 anni successivi alla incorporazione, ma viene egnata al mese in cui è avvenuta la introduzione

9 Note Integrative Una sorgente puntiforme isotropa di attività C Bq, che emette per ogni disintegrazione nγ fotoni di enia E [ev], alla distanza di r produrrà un Flusso di enia : ev Cn E r γ ψ [ ] = φe = e sec 4π r Se non si può trascurare l orbimento del mezzo fra sorgente e punto di misura posto a distanza r, devo inserire il termine esponenziale. L enia orbita per unità di volume sarà: e per grammo ev Cn γ E [ ] = e g sec 4π r s r E ev Cnγ E [ ] = 3 sec 4π r e s r La produzione di 1 Coulomb in un kg di corrisponde a : C 1,6 10 e 1, eV 1, ,6 10 Joule = = = = kg 1000gr 1000gr 1000 gr gr. 1C = = R = 3863R = 3863* 0, 93 rad Tessuti = 3593 rad Tessuti. kg gr 88