Cosa
sono le radiazioni
Il termine radiazioni viene utilizzato per descrivere
fenomeni fisici apparentemente diversi fra loro, quali la luce e
il calore perfettamente percettibili dai sensi umani, la
radiazione elettromagnetica, la radiazione cosmica, la radiazione
artificiale, del tutto invisibile e impercettibile.Caratteristica
comune a tutti i tipi di radiazione è la cessione di
energia alla materia attraversata. L'assorbimento di energia si
manifesta in genere in un aumento locale di temperatura; è
questo il caso tipico del riscaldamento dei pannelli solari da
parte della luce del sole, ovvero, nell'impressionare una lastra
fotografica è questo il caso della fotografia e della
diagnostica per immagini, ovvero può interferire con i
processi biologici.Tali effetti sono diretta conseguenza dei
processi fisici di eccitazione e ionizzazione
dovute agli urti della radiazione ionizzante con la materia.
Le radiazioni si dicono ionizzanti quando hanno energia
sufficiente per produrre il fenomeno fisico della ionizzazione che
consiste nel far diventare un atomo
elettricamente carico (ione). Nei tessuti biologici gli ioni
generati dalle radiazioni ionizzanti possono avere influenza sui
normali processi biologici.
Energia delle radiazioni
ionizzanti
Una caratteristica importante delle radiazioni è la loro
energia, che si misura, in Joule , o più comunemente e
diffusamente in fisica delle radiazioni in elettronvolt ( simbolo eV). Un elettronvolt è l'energia che una carica elementare
(protone o elettrone) acquisisce quando attraversa un campo
elettrico con differenza di potenziale di 1 Volt. Multipli sono il
keV (103 Volt), il MeV (106 Volt), il GeV
(109 Volt) etc.
Energia ceduta dalle radiazioni
ionizzanti
Gli effetti delle radiazioni ionizzanti si manifestano soltanto
allorchè si verifica una cessione di energia al mezzo
attraversato. In particolare il danno subito dai tessuti biologici
è in relazione all'energia assorbita per unità di
massa. Di questa circostanza si tiene conto per mezzo della
grandezza dose assorbita , D, definita come il quoziente tra
l'energia media ceduta dalle radiazioni ionizzanti alla materia in
un certo elemento di volume e la massa di materia contenuta in
tale elemento di volume.
La dose assorbita si misura in gray (simbolo Gy).
Un gray corrisponde all'assorbimento di un joule in un kg di
materia (1Gy =1J.kg-1)
Il grado di rischio derivante dall'esposizione alle radiazioni
ionizzanti non è soltanto proporzionale alla dose assorbita
ma è anche fortemente legato al tipo di radiazione
incidente e alla diversa radiosensibilità dei vari organi e
tessuti irradiati.
La cessione all'uomo dell'energia trasportata dalle radiazioni
ionizzanti avviene attraverso l'irradiazione esterna e/o interna.
Si parla di esposizione o irradiazione esterna quando la sorgente
di radiazione resta all'esterno del corpo umano; si parla di
esposizione interna quando viene introdotta
nel corpo umano.
Per tener conto della diversa pericolosità delle
radiazioni ionizzanti incidenti su tessuti viventi è
necessario introdurre il cosiddetto fattore di qualità
della radiazione, Q. Si tratta di un parametro che tiene conto
della pericolosità delle varie radiazioni ionizzanti
rispetto alla radiazione di riferimento (fotoni), cui viene
assegnato per definizione un fattore Q=1 Il prodotto della dose
assorbita D per il fattore di qualità Q prende il nome di
equivalente di dose e viene indicato con il simbolo H.
L'equivalente di dose si misura in sievert (simbolo Sv) (1Sv =
1J.kg-1).
Causa
dell'emissione di radiazione
La radiazione emessa da alcuni materiali deriva dalla
instabilità della materia di alcuni elementi presenti in
natura. Il loro ritorno alla normalità avviene con
emissione di raggi a, e/o
b, accompagnati alcune volte
dall'emissione di raggi g.
Gli elementi che presentano tali proprietà si dicono
radioelementi e l'emissione di radiazione viene chiamata
decadimento radioattivo.
Decadimento
radioattivo
L'atomo è la
più piccola parte di un elemento che mantiene le
caratteristiche dell'elemento stesso e nel contempo è la
principale sorgente di radiazioni sia elettromagnetiche che
corpuscolari. Esso è composto di un nucleo e di particelle
più leggere, gli elettroni, di carica elettrica negativa
che gli ruotano intorno in orbite energicamente ben definite. Un
elettrone, ricevendo energia, può passare da orbite interne
ad orbite esterne, oppure uscire dall'atomo. Nel primo caso
l'atomo risulta eccitato, nel secondo ionizzato. A sua volta il
nucleo è costituito da protoni aventi carica elettrica
positiva e neutroni, elettricamente neutri. Protoni e neutroni
hanno una massa all'incirca 1835 volte maggiore degli elettroni.
Il numero di protoni determina l'elemento cui l'atomo appartiene:
un atomo di idrogeno ha un solo protone, un atomo di ossigeno ne
ha 8, un atomo di uranio ne ha 92. Ogni atomo ha lo stesso numero
di protoni e di elettroni e risulta elettricamente neutro. Gli
atomi di uno stesso elemento, pur avendo lo stesso numero di
protoni, possono avere diverso numero di neutroni, dando origine
ai diversi "isotopi". Essi sono identificati dal numero totale di
particelle presenti nel nucleo. Ad esempio, l'uranio (simbolo U)
ha vari isotopi: U-238, U-235, U-233. L'uranio-238 ha 92 protoni e
(238-92) = 146 neutroni; l'uranio-235 ha sempre 92 protoni, ma
(235-92) = 143 neutroni; l'uranio-233 ha 92 protoni e 141
neutroni. L'elemento più semplice esistente in natura
l'idrogeno (H-1) ha due isotopi: il deuterio (H-2) e il tritio
(H-3). Quest'ultimo è radioattivo ed emette particelle beta
negative. In generale un isotopo il cui simbolo sia Y è
caratterizzato dal numero atomico Z, pari al numero dei protoni e
degli elettroni, dal numero di massa A, pari al numero totale di
particelle presenti nel nucleo e dal numero N = A-Z pari al numero
di neutroni. Se l'isotopo è radioattivo, si parla di
radioisotopo o anche di radionuclide.
Il fenomeno dell'emissione di radiazione da parte di isotopi
radioattivi è regolato dalla cosiddetta legge inserire
link del
decadimento radioattivo inserire link secondo la quale, per ogni
radionuclide,
deve trascorrere un tempo caratteristico (tempo di dimezzamento inserire
link)
affinchè il numero di atomi radioattivi di cui è
costituito un materiale radioattivo affinchè il numero di
tali atomi si di mezzi. Il tempo di dimezzamento può essere
compreso fra le frazioni di secondo e i milioni di anni.
A seconda del radionuclide il decadimento puo' essere a,
b-,
b+,
cattura elettronica etc.
Il numero di decadimenti che avvengono
nell'unità di tempo per una data quantità di
materiale viene definita " attività " del preparato.
L'unità di misura dell' attività è il
becquerel (simbolo Bq ).
1 Bq = 1 disintegrazione al secondo.
Tale unità appartiene insieme alla più nota
"metro ", "grammo", "secondo" alla grande famiglia delle
unità di misura.
Tipi
di radiazioni ionizzanti
Raggi
alfa o radiazione alfa
I raggi a sono particelle
cariche positivamente che vengono emesse nei decadimenti
radioattivi.Esse sono costituite da due neutroni e due protoni;
sono per loro natura facilmente fermate
da un foglio di carta ovvero dallo strato morto della pelle.
Sono pericolose soltanto se i materiali a-emettitori
sono introdotti nell'organismo.
Raggi
beta o radiazione beta
I raggi b
sono elettroni o positroni emessi nei decadimenti radioattivi.Sono
molto più penetranti delle particelle a ma possono essere fermati da sottili
strati di materiali (acqua, vetro, metallo etc.). L'introduzione
nel corpo di materiali b-emettitori
può essere pericolosa ma molto meno di quella degli
a-emettitori.
Raggi
X e gamma
I raggi X e g sono
radiazioni elettromagnetiche simili alla luce e alle onde ma di
lunghezza d'onda più corta. I raggi X e g sono molto
più penetranti dei raggi a
e b. Soltanto materiali ad
alta densità quali il piombo sono in grado di fermarli. La
pericolosità dei raggi X e g,
specialmente nel caso di irraggiamento esterno, è
strettamente connessa con l'elevata
capacità di penetrazione che essi hanno nei vari
materiali, tessuti viventi compresi.
Neutroni
I neutroni sono particelle neutre cioè senza carica
elettrica; sono molto penetranti, non ionizzano direttamente ma la
loro interazione con la materia può generare particelle
a, b,
g che a loro volta producono
ionizzazione. I neutroni sono fermati da materiali leggeri quali
acqua, paraffina, polietilene, e calcestruzzo in spessori
più o meno grandi.
Sorgenti
di radiazioni
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