Elementi di radioprotezione e dosimetria

2. Tipi di decadimento radioattivo , ,  Interazione radiazione-materia p, , e, , n Elementi di radioprotezione e dosimetria Generalita’ sul nucleo atomico Leggi del decadimento radioattivo Grandezze dosimetriche Esempio di calcolo della dose Radioprotezione presso gli acceleratori

3. 10-8 cm 10-13 cm Ratomo = 10.000 · Rnucleo Mnucleo = 4000 · Matomo La materia e’… vuota !! sfere da un metro a distanza di 10 chilometri !! Il nucleo e’ composto da Protoni  e neutroni interagenti tramite le forze nucleari Le energie in gioco sono decine di milioni di volte piu’ elevate delle energie chimiche (elettroni)

4. Nuclide: ben definito nucleo costituito da un determinato • numero di protoni e di neutroni. Esso viene indicato come: • o spesso più semplicemente dove: • - Xindica l’elemento chimico; • - Z: numero atomico dell’elemento = numero di protoni • nel nucleo (numero di elettroni atomici); • - A: numero di massa del nucleo, cioè il numero totale • di protoni (Z) e neutroni (N) A=Z+N. • I protoni ed i neutroni sono chiamati genericamente nucleoni. Ne risulta ovviamente che N=A-Z isotopi isotoni isobari

5. numero di protoni Z valle di stabilita` dei nuclei Energia di legame massima numero di neutroni N composizione del nucleo atomico: N  Z

6. numero di protoni Z decadimento  + p  n + e+ +  (22Na  22Ne +e++) decadimento  - n p + e- +  (60Co  60Ni +e-+) Decadimento  (241Am  237Np + ) numero di neutroni N

7. 60Ni  Talvolta il nucleo “figlio” viene creato in un stato eccitato Si diseccita emettendo radiazione gamma Decadimento  60Ni* (60Co  60Ni* + e- + ) Emissione  60Ni*  60Ni + 

8. Leggi del decadimento radioattivo La radioattivita` si manifesta con la emissione di particelle  oppure  da parte del nucleo, spesso seguite da emissione 

9.  = 1/ rappresenta la vita media T1/2 = ln2/ rappresenta il tempo di dimezzamento Np = nuclei precursori (“parents”) N0 = nuclei iniziali  = costante di decadimento rappresenta la probabilita` di decadimento nell’unita` di tempo attività = numerodi decadimenti subiti nell’unità di tempo

10. L’ attività si misura in Bequerel (Bq) 1 Bq = 1 disintegrazione/secondo Molto usata tutt’oggi la vecchia unita’: il Curie (Ci) 1 Ci = 3.7·1010 disintegrazioni/secondo (1 Ci  1 g di Radio 226) 1 Ci = 37 GBq 1 mCi = 37 MBq 1 Ci = 37 kBq

11. Interazione radiazioni - materia Particelle cariche ionizzazione  Sion p, , ioni pesanti, elettroni e irraggiamento  Srad Elettroni e Perdita di energia per nel piombo (Z=82): Ecrit 10 MeV in acqua o aria (Z  8): Ecrit 100 MeV Ecrit = 800/Z

12. e p,  Interazione radiazioni - materia Particelle cariche

13. N spessore Range qualche cm aria Range alfa: un foglio di carta  m aria Range elettroni:  cm plastica  1 mm Piombo Interazione radiazioni - materia Particelle cariche: Range non costituiscono problema per irraggiamento esterno Sorgenti radioattive

14. piombo, ferro, rame … plexiglass Schermature particelle cariche: : nessun problema : conviene usare materiali leggeri in questo modo si riduce la produzione di fotoni

15. Effetto fotoelettrico Effetto Compton produzione di coppie e+e- Interazione radiazioni - materia Fotoni

16. Z5 (fotoelettrico) probab. interazione  Z (Compton) Z2 (prod. coppie) Piombo Calcestruzzo N spessore Schermature fotoni:  = coefficiente di attenuazione/assorbimento  = 1/ = libero cammino medio

17. A n  p  Interazione radiazioni - materia neutroni Q = 0  solo interazioni nucleari diffusione – rallentamento - cattura

18. n+ 10B  7Li +  n+ 6Li 3H +  n + 1H  2H +  n + Cd Cd +  Cattura: La massima perdita energia si ha quando: mA  mn materiali idrogenati materiali leggeri calcestruzzo o paraffina “borata”, “litiata”

19. N spessore Schermature neutroni  = sezione d’urto macroscopica

20. 10B (n,)7Li • Cattura: reazioni nucleari: 6Li (n,)3H (Cd)nat(n,) Schermature neutroni: • Rallentamento Materiali leggeri: paraffina, H2O, calcestruzzo, … Calcestruzzo

21. partic. cariche fotoni Dose assorbita - Esposizione

22. 60Co (5.26 y) 0.312 MeV - 4+  1.17 MeV 2+ 1.33 MeV  g.s. 0+ 60Ni Schema di decadimento del 60Co

23. 1  di energia 1.17 MeV  2  di energia 1.25 MeV 1  di energia 1.33 MeV Esempio: calcolo della dose A = 100 Ci di 60Co A = 3.7·106 Bq 60Co d = 1.5 m Ad ogni disintegrazione il 60Co emette: 1  di energia 0.312 MeV

24.  =x particelle non irraggiano il lavoratore (d=1.5 m) comunque intensa sia la sorgente x = / = 80 cm Sono comunque facilemte schermabili: e’ sufficiente  1 mm di plexiglass: plex  1000 aria  xplex  1/1000 xaria

25. en / E = 1.25 MeV radiazione 

26. Intensita’ di esposizione (R/h) per sorgente di attivita’ 1 Ci alla distanza di un metro Costante 

27. Per una esposizione continua di 2000 ore (40 h/settimana, 50 settimane lavorative) X = 5.8·10-2 · 2 ·103 = 120 mR/anno 1 mR  8·7 ·10-3 mSv E = 8·7 ·10-3· 120 = 1 mSv/anno

28. Sorgente 60Co da 100 Ci esposizione continua per 1 anno alla distanza di 1,5 m E = 1 mSv/anno Per confronto: Fondo naturale: 1.5 mSv/anno Impiego sanitario: 1 mSv/anno probab. danno somatico “grave” 5·10-2 per Sv  5·10-5 per mSv probab. danno genetico 1,3·10-2 per Sv  1.3·10-5 per mSv

29. Limiti di dose: Popolazione: E < 1 mSv/anno Categoria B: E < 6 mSv/anno Lavoratori esposti Categoria A: E < 100 mSv in 5 anni E < 20 mSv/anno siamo tutti li’ ….

30. Radioprotezione presso gli Acceleratori di particelle Controllo dosimetrico spetta al laboratorio ospitante protoni neutroni raggi gamma Acceleratori protoni raggi gamma sciami e.m. neutroni Acceleratori elettroni …. radiaz sincrotrone Anelli accumulazione

31. incidente Principali rischi per i lavoratori: Attivazione reazioni nucleari indotte dal fascio solidi: linea, target, strutture, schermature liquidi: circuiti raffreddamento gassosi: aria

32. T1/2 breve T1/2 lungo 15O : 2.1 min 13N : 10 min 11C : 20.4 min 18F : 110 min 48V : 16 giorni 51Cr : 28 giorni 7Be : 54 giorni 55Fe : 2.9 anni 60Co : 5.2 anni

33. Limite per la popolazione:  1 mSv/anno … segue elenco ..