Radiazioni ionizzanti

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Giustina Giovannini
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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).

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)

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

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!).

Fondo naturale di radiazione Raggi cosmici e radioisotopi naturali costituiscono il fondo naturale di radiazione. Perchè è utile conoscere il fondo naturale?

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.

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

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