Fissione E=m c 2 Δ E=Δ m c 2 m in = 236,05 u m out = 235,89 u ΔE = 148 MeV = 2,4 10-11 J Reazione e catena autosostenuta: il numero di nuovi neutroni, esclusi quelli assorbiti e quelli che escono senza scindere altri nuclei fissili, deve essere uguale (stato critico: reattore) o maggiore (stato supercritico: bomba) del numero di neutroni precedenti che li hanno prodotti
Diagramma N-Z: mappa dei nuclidi Z (protoni) N = Z N (neutroni)
Reattore nucleare
Fusione nucleare 6 1 H 4 He + 2 1 H + 2 e + + 2 ν +27MeV 1 H + 1 H 2 H + e + + ν ~ 1/10 9 y; ~10MK
Bomba atomica e all idrogeno
Bomba all idrogeno (H-bomb)
Energie 1 kt (kiloton) = 4,18 TJ = 4,18 10 12 J energia liberata dall esplosione di 1000 tonnellate di tritolo (=TNT, trinitrotoluene, tra i più potenti esplosivi chimici) bomba di Hiroshima (6/8/45) : 60 kg [~1kg eff.] di 235 U 80%, 16 kt ~ 150 000 vittime bomba di Nagasaki (9/8/45): 6,4 kg di 239 Pu, 20 kt ~ 80 000 vittime bomba Zar: 50~100 Mt (megaton) link: Hiroshima Nukemap
http://www.imagewisely.org Danni
Effetti Effetti deterministici: la severità dell effetto aumenta con la dose prodotti da alte dosi c è una soglia (con qualche variabilità da individuo ad individuo) sotto la quale non si producono danni i danni si manifestano poco dopo l esposizione superiore alla soglia Esempi: morte e malattia da radiazione, cute dei radiologi, perdita di capelli, cataratta Effetti stocastici: la severità dell effetto è indipendente dalla dose la frequenza statistica del danno in una popolazione aumenta con la dose collettiva anche a basse dosi non c è una soglia al di sotto della quale non ci sono danni i danni si manifestano ad anni di distanza dall esposizione Es. tumori, effetti ereditari
? Ogni attività che può potenziamente causare la morte di un essere umano deve essere vietata IT(2016): 3283 IT(2016): 641 [1018] W: ~1 milione/y W(2016): 268 IT(2016): 109
Rischi http://www.ilpost.it/2014/12/09/cause-morte-italia/
Dosi Il danno prodotto dall esposizioni alle radiazioni dipende dall energia depositata nei tessuti. Dose assorbita = energia depositata dalla radiazione in una massa unitaria D = energia/massa unità di misura: gray 1 Gy = 1 J / 1 kg LD 50 ~ 4Gy su tutto il corpo Dose efficace: energia assorbita per unità di massa, ponderata in base al danno prodotto, dipende dal tipo di radiazione e dagli organi interessati E = Σ w T w R D T,R unità di misura: sievert 1 Sv = 1 J / 1kg 1 Gy di raggi X o elettroni su tutto il corpo 1 Sv 1 Gy di protoni su tutto il corpo 2 Sv 1 Gy di particelle alfa su tutto il corpo 20 Sv 1 Gy di raggi X solo al cervello 0,01 Sv 1 Gy di raggi X solo al midollo osseo 0,12 Sv fondo naturale ~ 3 msv/y; radiografia ~< 1 msv TAC ~5 msv radioterapia ~ 2 Sv/seduta
Detrimento Dall analisi dei dati ricavati in particolare dai sopravvissuti di Hiroshima e Nagasaki, aggiornati anche di recente, l ICRP (commissione internazionale sulla radioprotezione) stabilisce un fattore di detrimento associato all esposizione alle radiazioni ionizzanti, ossia del danno (morte ma anche alterazioni cromosomiche trasmesse alla prole e diminuzione dell aspettativa di vita) dovuto alle radiazioni ionizzanti. Dall ultima revisione dell ICRP (103/2007 ) il rischio nominale totale per effetti stocastici a seguito di esposizione a radiazione con basso rateo di dose è 5,7 % Sv -1 quasi tutto, relativo al rischio di cancro (5,2 % Sv -1 ), il resto per effetti ereditari http://dati.istat.it https://www.fda.gov 1 TAC addome (8 msv): rischio addizionale = 0,008 Sv * 5,7 %Sv -1 ~ 0,05 % cfr rischi annuali: rischio medio ~ 1% (~600 000 all anno in IT su 60 10 6 abitanti) rischio tumori medio ~ 0,3% (~200 000 all anno) incidente stradale ~ 0,006 % (~ 3500 all anno) http://www.xrayrisk.com/calculator/calculator-normal-studies.php https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/pmc4674188/ http://dati.istat.it https://www.fda.gov
i 3 principi della radioprotezione 1) Il principio di giustificazione: Qualsiasi decisione che cambi la situazione di esposizione alle radiazioni dovrebbe produrre più beneficio che danno. Questo significa che, introducendo una nuova sorgente di radiazione, riducendo l'esposizione esistente, o riducendo il rischio di esposizione potenziale, si dovrebbe ottenere un beneficio individuale o sociale sufficiente a controbilanciare il detrimento causato. - Ogni decisione che comporta dei rischi deve essere giustificata dal beneficio che se ne trae 2) Il principio di ottimizzazione della protezione: La probabilità di incorrere in esposizioni, il numero di persone esposte e l'entità delle loro dosi individuali dovrebbero essere tenute tanto basse quanto ragionevolmente ottenibile (ALARA: As Low As Reasonably Achievable), in considerazione dei fattori economici e sociali. Questo significa che il livello di protezione dovrebbe essere il migliore ottenibile nelle circostanze considerate, ampliando al massimo il margine di beneficio rispetto al danno. 3) Il principio di applicazione dei limiti di dose: La dose totale ad ogni individuo da sorgenti regolamentate in situazioni di esposizione programmata, all'infuori dell'esposizione medica di pazienti, non dovrebbe superare gli appropriati limiti raccomandati dalla Commissione. Limite ICRP popolazione: 1 msv/y