LA RADIOATTIVITA' E LE RADIAZIONI IONIZZANTI

LE RADIAZIONI

 

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

 

 
1. La Scoperta della radioattivita'
2. Le Radiazioni
3. La Radioprotezione
4. L'incidente di Chernobyl