LA RADIOATTIVITA

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(No Transcript)
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LA RADIOATTIVITA
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LA STORIA DELLA RADIOATTIVITA

• 1895 Roentgen scopre i raggi X
• 1896 Bequerel scopre la radioattività naturale
  nella pecblenda
• 1898 Pierre e Marie Curie estraggono il Radio
  dalla pecblenda
• 1899 Rutherford scopre le particelle alfa
• 1900 Villard scopre i raggi gamma
• 1912 Hess scopre i raggi cosmici
• 1915 La British Roentgen Society propone standard
  di protezione dalle radiazioni per lavoratori e
  popolazione
• 1925 Inizio della radioterapia per la cura del
  cancro
• 1927 Uso di traccianti radioattivi in diagnostica
  medica
• 1928 primo congresso dellInternational Committee
  on X-ray and Radium Protection
• 1932 Chadwick scopre il neutrone
• 1934 Primo isotopo radioattivo artificiale P-30
• 1938 Scoperta della fissione nucleare
• 1942 Pila di uranio e grafite Fermi crea il
  prototipo del reattore nucleare

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COME E FATTO UN ATOMO?

• Un atomo si può rappresentare come un nucleo
  centrale composto da protoni e neutroni. I
  protoni hanno carica elettrica positiva e i
  neutroni non hanno carica ? il nucleo ha carica
  positiva.
• Intorno al nucleo ci sono gli elettroni. Ogni
  elettrone sta su unorbita elettronica (livello
  energetico) ben precisa. Gli elettroni hanno
  carica negativa.

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COME SI CARATTERIZZA UN ATOMO?

• Numero atomico è il numero di protoni e quindi
  corrisponde alla carica (positiva) del nucleo.
• Massa atomica (o numero di massa) è la somma
  della massa del nucleo (protoni neutroni) gli
  elettroni hanno massa trascurabile.
• Isotopi stesso numero atomico ma diverso numero
  di massa (diverso numero di neutroni).
• numero atomico diverso elemento diverso

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• In condizioni normali le particelle sub
  atomiche
• sono legate tra loro da forze di varia natura
• possiedono precise quantità di energia
• ? latomo è stabile e elettricamente neutro
  (carica nucleo carica elettroni).

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• Ci sono condizioni in cui un atomo non è più
  neutro o stabile
• perdita/acquisto di elettroni ? latomo diventa
  uno ione positivo/negativo
• nucleo energeticamente instabile ? nucleo
  radioattivo (anche se si parla genericamente di
  atomo radioattivo) radionuclide

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COSA E LA RADIOATTIVITA?

• Radioattività emissione di energia da parte di
  un nucleo (fenomeno nucleare).
• Avviene quando il nucleo è energeticamente
  instabile e decade rilasciando energia per
  raggiungere un livello energetico stabile
• ? decadimento ? disintegrazione processo di
  trasformazione di un nucleo radioattivo con
  rilascio di energia.

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• Il decadimento è quindi un fenomeno nucleare,
  anche se si parla poi in generale di atomi
  radioattivi ? radionuclidi.
• A seguito di un decadimento latomo radioattivo
  si trasforma in un atomo di un altro elemento
  perché viene modificato il numero di protoni nel
  nucleo (quindi cambia il numero atomico).
• Anche latomo a seguito del decadimento può non
  essere stabile ?? si formano serie o catene
  radioattive (per es. le serie naturali U-238,
  Th-232, U-235).

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IN CHE FORMA E LENERGIA RILASCIATA?
Particelle ? (decadimento ? ) nucleo di elio
(He) 2 protoni e 2 neutroni.

• Il nucleo rimane con 2
• protoni e 2 neutroni in meno
• ? il numero atomico diminuisce di 2, il numero di
  massa diminuisce di 4.

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Particelle ? (decadimenti ?) positive o
negative (positroni o elettroni provenienti dal
nucleo).

• Nel decadimento ?- il nucleo rimane con un
  protone in più e un neutrone in meno ? il numero
  atomico aumenta di 1.
• Nel decadimento ? il nucleo rimane con un
  protone in meno e un neutrone in più ? il numero
  atomico diminuisce di 1.

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• Le particelle ?
• Positive o negative con carica 1 o 1-
• corpuscolari
• più penetranti nella materia che le particelle ?
• le particelle emesse da un nucleo di un
  determinato elemento possono avere infiniti
  valori di energia fino a un valore massimo,
  tipico del radionuclide (Emedia 1/3 Emax).

• Le particelle ?
• Positive con carica 2
• corpuscolari
• grosse e poco penetranti nella materia
• le particelle emesse da un nucleo di un
  determinato elemento hanno una ben precisa
  energia (e sempre quella) ? possibilità di
  spettrometria alfa.

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• NOTA
• Esiste un terzo tipo di decadimento la cattura
  elettronica, che sostanzialmente ha leffetto sul
  nucleo di un decadimento ? (diminuzione di un
  protone).

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I RAGGI GAMMA

• Dopo un decadimento ? o ? il nucleo può
  riaggiustarsi energeticamente ? emissione di
  raggi ?. Sono fotoni (non corpuscolari) simili
  quindi ai raggi di luce ma molto più energetici.
• Attraverso i raggi ? il nucleo rilascia ulteriore
  energia.
• I raggi ? sono molto penetranti (attraversano
  muri o spessori metallici).

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Esempio di decadimento beta con emissione di
raggi gamma
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• Non sempre vengono emessi raggi ?, esistono anche
  elementi ? o ? emettitori puri.
• I raggi ? emessi da uno stesso elemento hanno
  sempre la stessa energia (e sempre quella) ?
  possibilità di spettrometria gamma.
• I raggi ? emessi da uno stesso elemento vengono
  emessi con una certa probabilità, fissa e tipica
  di ogni raggio ? (e non di ogni elemento) ? resa
  gamma

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• La resa ? indica la probabilità con cui un raggio
  ? viene emesso in seguito a un decadimento
  nucleare.
• Esempio il Cs-137 ha una resa gamma dell85
  per il raggio ? a 662 keV vuol dire che su 100
  atomi di Cs-137 che decadono, verranno emessi
  solo 85 raggi ?. Questo è importante per risalire
  allattività di un elemento dal numero dei raggi
  ? registrati dagli strumenti.
• Ricordare un elemento che emette più raggi ? ha
  una resa ? per ogni raggio.

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I RAGGI X

• Sempre in seguito a un decadimento può succedere
  che le particelle ? o ? o i raggi ?
  interferiscano con gli elettroni dellatomo ?
  emissione di raggi X (fotoni) o di elettroni
  (latomo diventa ione positivo).
• I raggi X generati da un elemento hanno sempre la
  stessa energia (e sempre quella).

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SPETTRO DELLE RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE
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RICORDARE

• I decadimenti sono ? o ?, i raggi ? sono una
  conseguenza, anche se sono originati anchessi
  nel nucleo.
• Con il termine radiazioni vengono identificate
  tutte le emissioni di energia (?, ?, ?, X).
• Dopo un decadimento latomo diventa un atomo di
  un altro elemento (stabile o instabile).
• I raggi ? e i raggi X hanno origini diverse
  (nucleo e orbite elettroniche) ma fisicamente
  sono la stessa cosa (fotoni) ? si misurano allo
  stesso modo.

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NON CONFONDERE

• Decadimento nucleare ? perdita/acquisto di
  protoni e neutroni (anche nei decadimenti beta) ?
  atomi di elementi diversi (non necessariamente
  ionizzati)
• FENOMENO NUCLEARE

• Perdita/acquisto di elettroni ? IONI
• FENOMENO ATOMICO

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COME SI MISURA LA RADIOATTIVITA?ATTIVITA
numero di decadimenti o disintegrazioni
nellunità di tempo.

• Lunità di misura è il Bequerel
• 1 Bq 1 dis./sec
• esiste ancora la vecchia unità di misura
  (Curie) 1 Ci 3,7 ? 1010 Bq
• Lattività diminuisce nel tempo se allistante
  iniziale cè un certo numero di decadimenti al
  secondo, dopo un po di tempo ce nè un numero
  minore.

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QUESTA DIMINUZIONE HA LEGGE ESPONENZIALE

• A(t) A(0) e-?t
• ? costante di decadimento
• ? tempo di decadimento 1/ ?
• T(1/2) tempo di dimezzamento 0,693 ?

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• Il valore di ? indica la probabilità che un
  nucleo radioattivo ha di decadere graficamente
  rappresenta la pendenza della curva, la ripidità
  di discesa.
• T(1/2) indica il tempo necessario perché
  lattività si riduca alla metà dellattività
  iniziale.
• N.B. A volte la diminuzione dellattività nel
  tempo viene chiamata decadimento esponenziale
  dellattività.

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NON CONFONDERE

• DECADIMENTO NUCLEARE è il decadimento di un
  nucleo radioattivo in un altro elemento con
  lemissione di energia (particelle ?, ecc).

• DECADIMENTO (ESPONENZIALE) DELLATTIVITA indica
  solamente la diminuzione, secondo legge
  esponenziale, dellattività di una sostanza
  radioattiva nel tempo.

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RICORDARE

• Il decadimento è un fenomeno probabilistico. Un
  atomo radioattivo ha una certa probabilità di
  decadere nellunità di tempo (espressa dalla ?)
  ma non è detto che lo faccia.
• Più ci sono atomi radioattivi, più cè
  probabilità che un alto numero di essi decada
  nellunità di tempo.

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Dove si usa la radioattività?

• Produzione di energia (reattori nucleari)
• medicina (diagnostica e terapia)
• agricoltura (tecniche antiparassitarie e
  fertilizzanti irraggiamento di alimenti)
• industria (radio e gamma grafie misuratori di
  spessore e di livello trasformazione di
  materiali)
• ambiente (dispersione di inquinanti mappatura
  falde acquifere accumulo di sedimenti)
• archeologia (datazione con C-14 o con
  termoluminescenza)
• geologia (datazioni e stratigrafia)
• sicurezza (aeroporti rivelatori di fumo)
• ricerca scientifica e tecnologica (struttura
  della materia processi chimico-fisici e
  biologici).

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Sorgenti naturali di radiazioni ionizzanti

• Raggi cosmici (provengono dallo spazio protoni e
  positroni che producono mesoni, elettroni,
  fotoni, protoni e neutroni dose massima a 20 km
  dal suolo).
• Radioisotopi cosmogenici (interazione dei raggi
  cosmici con atomi e molecole dellatmosfera H-3,
  Be-7, C-14, Na-22).
• Radioisotopi primordiali (presenti nella crosta
  terrestre formatisi con la formazione della
  terra U-238, U-235, Th-232, K-40).

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Sorgenti artificiali di radiazioni ionizzanti

• Pratiche medico-diagnostiche.
• Fall-out da esplosioni nucleari in atmosfera
  negli anni 50-60 (520 esplosioni in totale)
  Cs-137 e Sr-90 danno ancora contributo alla dose.
• Produzione di energia (nucleare, carbone,
  petrolio, gas naturale, torba, geotermia).
• Dispositivi industriali.
• Incidenti.

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COME SI PRODUCE LA RADIOATTIVITA ARTIFICIALE?

• Tubo a raggi X o macchina radiogena o tubo
  radiogeno (elettroni accelerati che impattano su
  un anodo metallico).
• Reattore nucleare.
• Attivazione (bombardamento di atomi con
  particelle cariche o neutroni).

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TUBO A RAGGI X (tubo catodico)
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COME FUNZIONA UN TUBO RADIOGENO?

• In un tubo a raggi X cè un filamento (catodo)
  che riscaldato emette elettroni.
• Gli elettroni vengono attirati verso un bersaglio
  metallico (anodo) da una differenza di
  potenziale.
• Impattando contro lanodo perdono lenergia in
  loro possesso (tutta o in parte).

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Entrambi i fenomeni concorrono alla produzione di
raggi X.

• (1)
• Lenergia persa si trasforma in raggi X, che
  possono avere infiniti valori di energia fino
  allenergia massima pari allenergia degli
  elettroni.

• (2)
• Lenergia persa eccita gli atomi dellanodo che
  emettono a loro volta raggi X di una ben precisa
  energia che dipende dal tipo di materiale di cui
  è fatto lanodo.

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IMPIEGHI DELLA RADIOATTIVITA IN MEDICINA

• TERAPIA
• irraggiamento esterno sorgenti (Co-60, Cs-137) e
  acceleratori (irraggiamento con elettroni)
• irraggiamento interno terapia metabolica (I-131,
  Sr-89, P-32) e brachiterapia (Ir-192, ).

• DIAGNOSTICA
• radiografie (tubi a raggi X)
• TAC (tubi a raggi X)
• medicina nucleare scintigrafie (radioisotopi ?
  emettitori Tc-99m, I-131, ) e PET (radioisotopi
  emettitori di positroni F-18, O-15 ).

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IMPIEGHI DELLA RADIOATTIVITA NELLINDUSTRIA

• Radiografie (tubi a raggi X).
• Gammagrafie (Co-60, Ir-192, Cs-137, Se-75).
• Analizzatori di leghe (Fe-55, Cd-109).
• Misuratori di grammatura/spessore di
  tessuti/carta (Sr-90, Am-241, Kr-85).
• Rivelatori di fumo (Am-241).
• Ricerca (I-125, C-14, sorgenti non sigillate).

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COME CI SI ESPONE?

• irraggiamento esterno
• introduzione ? ingestione
• ? inalazione
• assorbimento transcutaneo
• ferita.

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COME CI SI DIFENDE DALLIRRAGGIAMENTO ESTERNO?

• tempo di esposizione minimo
• distanza massima dalle sorgenti
• utilizzo di schermature
• utilizzo di dosimetri personali (film-badge,
  penne, TLD).

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COME CI SI DIFENDE DALLINTRODUZIONE?

• non mangiare, bere, fumare, ecc. nei laboratori
• utilizzo di guanti, soprascarpe, mascherine,
  ecc.
• monitoraggio dellaria
• controlli periodici o occasionali sui lavoratori
  (TBC, misura escreti e liquidi organici, tamponi
  nasali o faringei).

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QUALI SONO GLI EFFETTI DELLESPOSIZIONE?

• DETERMINISTICI
• si manifestano sullindividuo esposto superata
  una certa dose (effetti a soglia)
• la gravità aumenta con la dose (eritemi, )
• immediati
• somatici.

• STOCASTICI
• la probabilità aumenta con la dose
• sono sempre gravi
• tardivi
• somatici (leucemie, tumori) e genetici
  (malformazioni sui discendenti).

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CONCETTI DI DOSIMETRIA

• Per radiazioni si intendono tutti i tipi di
  emissioni (?, ?, raggi ? e raggi X).
• La dose (dose assorbita) è lenergia depositata
  dalla radiazione nella materia.
• La dose quindi si misura in energia/massa ?
  Joule/kg ? Gray (Gy).
• Il concetto di dose vale per ogni tipo di
  radiazione e per ogni tipo di materia.

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• Lesposizione è lantenata della dose si
  riferisce solo ai fotoni e solo in aria. Si
  misura in Roentgen (R). 1 R 0.0087 Gy
• Quando invece ci si riferisce al corpo umano si
  parla invece di dose equivalente è la dose già
  ponderata sulleffetto che i diversi tipi di
  radiazione possono avere sui diversi tipi di
  tessuto del corpo umano. La dose equivalente si
  misura in Sievert (Sv), che è sempre
  energia/massa.
• In prima approssimazione per fotoni e per
  elettroni si ha lequivalenza 1 Sv 1 Gy. Non è
  così per particelle alfa, protoni e neutroni.

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• La dose efficace è la dose equivalente riferita a
  tutto il corpo intero.
• La dose efficace si misura sempre in Sievert
  (Sv).
• Nel caso di esposizioni prolungate la dose
  impegnata è la dose integrata sul tutto il
  periodo di esposizione.
• La dose impegnata si misura in Sievert (Sv).

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• Nel caso di esposizione di più individui si parla
  di dose collettiva. E il prodotto tra la dose
  presa in totale dalla popolazione e il numero di
  individui della popolazione stessa.
• La dose collettiva si misura in Sv persona.
• Una dose collettiva alta può significare che
  pochi individui di una popolazione ricevono tanta
  dose oppure tanti ne ricevono poca.

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NON CONFONDERE

• LATTIVITA (Bq) misura la quantità di energia
  emessa.

• La DOSE (Gy, Sv) misura lenergia depositata
  nella materia.

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DOSI SOGLIA(per effetti deterministici)

• Dose equivalente (ICRP 60, 1990)
• cristallino 0,5-2 Sv per opacità visibili
• fino a 5 Sv per cataratta
• testicoli da 0,15 Sv per sterilità temp.
• 3,5-6 Sv per sterilità perm.
• ovaie da 2,5 a 6 Sv per sterilità.

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• Irradiazione dellintero organismo
• 0,25 Gy no sintomi
• 0,5 Gy nausea e malessere lievi
• 1 Gy nausea e a volte vomito, astenia,
  affaticamento
• 2 Gy sindrome acuta da radiazioni
• 4 Gy DL 50 .

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DOSI MEDIE ANNUALI

• raggi cosmici 4000 m 2 mSv
• raggi cosmici 1000 m 0,44 mSv
• raggi cosmici 0 m 0,27 mSv
• ingestione C-14 0,012 mSv
• introduzione di K-40 0,165 mSv
• introduzione primordiali 0,06 mSv
• Radon 0,3-2,5 mSv
• diagnostica medica 1 mSv
• diagnostica dentale 0,01 mSv.

Tra le dosi soglia e le dosi medie annuali cè un
fattore circa 1000 di differenza
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PRINCIPI DI RADIOPROTEZIONE (ICRP 60,1990)

• ICRP (1928)gruppo internazionale per tenere
  sotto controllo i problemi della radioprotezione
• i benefici di ogni irradiazione accettabile
  devono superare i danni
• lirradiazione deve essere mantenuta ai livelli
  più bassi ragionevolmente ottenibili (ALARA)
• non devono essere superati i limiti di dose
  raccomandati dallICRP.
• Questi principi sono stati ripresi dalla
  normativa italiana (D.Lvo 230/95 e D.Lvo
  241/2000).

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LIMITI DI DOSE (ICRP 60)(ripresi dalla normativa
italiana)

• LAVORATORI
• dose efficace 20 mSv/anno
• cristallino 150 mSv/anno
• pelle 500 mSv/anno
• mani e piedi 500 mSv/anno
• donne in gravidanza 2 mSv alladdome.

• POPOLAZIONE
• dose efficace 1 mSv/anno
• cristallino 15 mSv/anno
• pelle 50 mSv/anno.

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UN PO DI STORIA. (per chi volesse
approfondire)

• 1977 PUBBLICAZIONE ICRP 26
• 1990 PUBBLICAZIONE ICRP 60
• 1995 D.Lvo 17 marzo n 230
• 1996 DIRETTIVA 96/29/EURATOM
• 1997 DIRETTIVA 97/43/EURATOM
• 2000 D.Lvo 27 maggio n 241
• 2001 D.Lvo 9 maggio n 257