Radiații ionizante

Simbolul pericolului radiațiilor ionizante

Avertisment suplimentar (2007 IAEA - ISO ) pe măsură ce adăugați mai multe caractere pe un fundal roșu: valuri, craniu și oase încrucișate, persoana care fugă. Înlocuiește parțial simbolul elicei stoc, în anumite circumstanțe specifice limitate; este utilizat în depozitele de deșeuri radioactive pe termen lung, care pot continua să existe în viitorul îndepărtat atunci când alte semne de avertizare pot fi uitate sau interpretate greșit.

Radiațiile ionizante sunt radiații care transportă suficientă energie pentru a elibera electroni din atomi sau molecule , ionizzandoli . Radiația ionizantă poate fi compusă din particule subatomice sau ioni sau atomi care se mișcă la viteze mari, sau chiar unde electromagnetice extremitatea cea mai mare energie a spectrului electromagnetic .

Descriere

Razele gamma , razele X și porțiunea de înaltă frecvență a regiunii ultraviolete a spectrului electromagnetic sunt ionizante, în timp ce partea inferioară a regiunii ultraviolete a spectrului electromagnetic și, de asemenea, partea inferioară a spectrului sub UV, inclusiv lumina vizibilă (inclusiv aproape toate tipurile de lumină laser), infrarosu , cuptorul cu microunde și undele radio sunt toate considerate radiații neionizante . Limita care există în ultraviolet între radiațiile electromagnetice ionizante și neionizante nu este clar definită, deoarece diferiții atomi și molecule sunt ionizate la diferite energii. Definiția convențională plasează granița energiei fotonice între 10 eV și 33 eV în ultraviolet, așa cum este indicat mai detaliat mai jos.

Cele mai comune particule ionizante subatomice includ particule alfa , particule beta și neutroni . Aproape toate produsele dezintegrării radioactive sunt ionizante, deoarece energia decăderii radioactive este în general mult mai mare decât cea necesară ionizării. Alte particule subatomice ionizante care există în mod natural sunt muonii , mezonii , pozitronii și alte particule care constituie razele cosmice secundare, care sunt produse după ce razele cosmice primare interacționează cu „ atmosfera Pământului ^[1] ^[2] . Razele cosmice sunt generate de stele și de unele evenimente cerești catastrofale, cum ar fi explozia unei supernove . Razele cosmice pot produce și radioizotopi pe Pământ (de exemplu, carbonul 14 ), care ulterior se degradează și produc radiații ionizante. Razele cosmice și degradarea izotopilor radioactivi sunt principalele surse de radiații ionizante naturale pe Pământ numite radiații de fond. Radiațiile ionizante pot fi, de asemenea, produse artificial folosind tuburi de raze X , acceleratoare de particule și oricare dintre diferitele metode prin care sunt produse radioizotopi artificiali.

Radiațiile ionizante sunt invizibile și nu sunt detectabile direct de simțurile umane, așa că sunt necesare instrumente pentru detectarea radiațiilor, precum contoare Geiger, pentru a o detecta. În orice caz, poate provoca imediat emisia de lumină vizibilă după interacțiunea cu materialul, ca în radiația Cherenkov și radioluminescența . Radiațiile ionizante sunt utilizate în multe domenii, inclusiv în medicină , cercetare, producție și construcții, dar prezintă un risc pentru sănătate dacă nu sunt luate măsurile corecte împotriva expunerii nedorite. Expunerea la radiații ionizante provoacă daune țesuturilor vii și poate provoca mutații , sindromul de radiații acute , cancer și moarte .

Tipuri de radiații

Razele alfa (α) constau din nuclee de heliu-4 la viteză mare și sunt oprite de o foaie de hârtie. Razele beta (β), formate din electroni, sunt oprite de o foaie de aluminiu. Razele gamma (γ), constituite din fotoni cu energie ridicată, sunt absorbite în cele din urmă de materiale foarte dense. Razele de neutroni (n) formate din neutroni liberi sunt blocate de elementele luminoase, cum ar fi hidrogenul, care le încetinește și / sau le captează. Nu sunt prezentate în figură: razele cosmice galactice care constau din sarcini de energie ale nucleilor, cum ar fi protoni, nuclei de heliu și ioni.

Radiațiile ionizante sunt clasificate după natura particulelor sau după undele electromagnetice care creează efectul ionizant. Acestea au mecanisme de ionizare diferite și pot fi grupate ca ionizante direct sau indirect.

Direct ionizant

Fiecare masă de particule încărcate poate ioniza atomii direct prin interacțiunea fundamentală prin forța Coulomb atunci când transportă suficientă energie cinetică. Aceste particule includ nuclee atomice , electroni , muoni , protoni și nuclee, sarcini de energie eliminate de electronii lor. Când se deplasează la viteze relativiste, aceste particule au suficientă energie cinetică pentru a fi ionizante, dar nu sunt necesare viteze relativiste. De exemplu, o particulă alfa tipică este ionizantă, dar se mișcă la 0,05 c, iar un electron cu 33 eV (cu suficientă energie pentru a ioniza orice element) se mișcă la aproximativ 0,01 c.

În special sursele cu două ionizări au fost date cu nume speciale pentru a le recunoaște: nucleii de heliu expulzați de nucleii atomici sunt numiți particule alfa și electronii expulzați de obicei (dar nu întotdeauna) la viteza relativistă se numesc particule beta .

Razele cosmice naturale constau în principal din protoni relativistici, dar includ și nuclei atomici mai grei ca ioni heliu și ioni HZE (nuclei cu energie ridicată de raze cosmice galactice cu sarcină electrică +2). În atmosferă, razele cosmice care interacționează cu moleculele de aer produc pioni , care au o durată scurtă , și se descompun în muoni , un tip primar de raze cosmice care ajung la sol (și, de asemenea, pătrund pe o anumită lungime).

Particule alfa

Particulele alfa sunt formate din doi protoni și doi neutroni legați într-o particulă identică cu un nucleu de heliu . Emisiile de particule alfa sunt în general produse în procesul de descompunere alfa , dar pot fi produse și în alte moduri. Particulele alfa sunt denumite prima literă a „ alfabetului grecesc , α . Simbolul particulei alfa este α sau α ^2+. Deoarece sunt identici cu nucleele de heliu, ele sunt, de asemenea, scrise uneori ca He ²⁺ sau 4 2 He ²⁺ indicând un ion de heliu cu o sarcină +2 (fără cei doi electroni ai săi). Dacă ionul dobândește electroni din mediu, particula alfa poate fi scrisă ca un atom de heliu normal (neutru din punct de vedere electric) 4 2 He.

Particulele alfa sunt extrem de ionizante. Dacă provin din dezintegrarea radioactivă, au o adâncime mică de penetrare, adică pot fi absorbiți de câțiva centimetri de aer sau de piele. Mai puternice sunt particulele alfa produse de fisiunea ternară, adică fisiunile nucleare cu trei produse de dezintegrare, fiind în acest caz cu energie mult mai mare, de aproximativ trei ori decât cele produse prin procesele de dezintegrare nucleară binare, în acest caz sunt capabile să traverseze omul corp în straturile cele mai adânci. Particulele alfa alcătuiesc 10-12% din razele cosmice și, în acest caz, au energii mult mai mari decât cele ale proceselor nucleare și, atunci când sunt întâlnite în spațiu, sunt capabile să treacă prin corpul uman și chiar prin ecrane foarte groase. Cu toate acestea, acest tip de radiații este foarte atenuat de atmosfera Pământului, care este un ecran de radiații echivalent cu aproximativ 10 metri de apă ^[3] .

Particulele beta

Particulele beta sunt electroni sau pozitroni de mare energie cinetică, emise de anumiți nuclei radioactivi , precum potasiul -40. Producția de particule beta se numește descompunere beta . Acestea sunt desemnate prin litera greacă beta β . Există două forme de descompunere beta, β ^- și β ^+, care dau naștere electronului și pozitronului ^[4] .

Când spuneți că ceva are contaminare radioactivă , adesea înseamnă că există particule beta emise de la suprafață, detectate cu un contor Geiger sau alt detector de radiații. Indiferent dacă sunt beta, este ușor de verificat, de fapt, prin apropierea contorului de radiație la sursă, semnalul contorului crește vizibil, dar este suficient să plasați o foaie de aluminiu pentru a reduce semnificativ semnalul măsurat. Dacă ar fi vorba de o contaminare alfa, ar fi suficientă o foaie de hârtie.

Particulele beta de mare energie, pe măsură ce trec prin materie, pot produce raze X cunoscute sub numele de bremsstrahlung („radiație de frânare”) sau electroni secundari ( raza delta ). Ambele pot provoca un efect de ionizare indirectă.

Radiația bremsstrahlung se referă la ecranarea emițătorilor beta, deoarece interacțiunea particulelor beta cu materialul de protecție împotriva radiațiilor produce Bremsstrahlung. Acest efect este mai mare cu materialul cu număr atomic ridicat, pentru a evita acest efect nedorit, ecranele pentru particulele beta sunt realizate din materiale care au un număr atomic scăzut.

Pozitron

Pozitronul a mai spus că este antiparticulă anti-electron sau contrapartidă a electronului antimateriei . Când un pozitron se ciocnește la o energie scăzută cu un electron cu energie scăzută, are loc anihilarea , cu consecința transformării masei lor în energia totală a doi sau mai mulți fotoni gamma.

Pozitronii pot fi generați printr-o descompunere nucleară sau prin interacțiuni slabe sau prin producția de perechi produsă de un foton suficient de energic. Pozitronii sunt surse artificiale comune de radiații ionizante utilizate în scanări folosind tomografia cu emisie de pozitroni (PET), o tehnică de diagnostic medical.

Deoarece pozitronii sunt particule încărcate pozitiv, ei pot, de asemenea, ioniza direct un atom prin interacțiunea Coulomb.

Radiatie electromagnetica

Același subiect în detaliu: razele X și razele Gamma .

Diferite tipuri de radiații electromagnetice

Absorbția totală a plumbului (numărul atomic 82) a razelor gamma, în funcție de energia razelor, contribuțiile celor trei efecte sunt distincte. La energie scăzută, mecanismul dominant este efectul fotoelectric, în timp ce pentru energiile mai mari de 5 MeV domină producția de perechi electron-pozitroni.

Când frecvența undelor electromagnetice este mai mare decât cea vizibilă, efectele cuantificării undelor electromagnetice sunt mai evidente, deci în acea parte a spectrului electromagnetic se vorbește despre fotoni . Deși fotonii sunt neutri electric, ei pot ioniza atomii direct prin „ efectul fotoelectric și efectul „ Compton . Fiecare dintre aceste interacțiuni va face ca un electron să fie evacuat dintr-un atom la viteze relativiste, transformând acel electron într-o particulă beta (particulă beta secundară) care va ioniza mulți alți atomi. Deoarece majoritatea atomilor în cauză sunt particule ionizate direct din beta secundar , fotonii sunt numiți radiații ionizante indirect. ^[5]

Radiația fotonică se numește raze gamma dacă este produsă de o reacție nucleară , dezintegrarea particulelor subatomice sau dezintegrarea radioactivă în interiorul nucleului. În caz contrar, se numește raze X dacă este produsă în afara nucleului. Prin urmare, termenul generic „foton” este folosit pentru a descrie ambele. ^[6] ^[7] ^[8]

Razele X au de obicei o energie mai mică decât razele gamma, iar o convenție veche se numește graniță la o lungime de undă de 10 ^-11 m sau o energie de 100 keV. ^[9] Acest prag a fost dictat de limitările vechilor tuburi de raze X și de lipsa cunoștințelor despre așa-numitele tranziții izomerice . Tehnologiile și descoperirile moderne au condus la o suprapunere între energiile cu raze X și gama. În multe domenii, acestea sunt funcțional identice, diferind în studiile terestre doar în ceea ce privește originea radiației. Cu toate acestea, în astronomie, unde originea radiației nu poate fi determinată în mod fiabil, vechea diviziune a energiei a fost păstrată, cu razele X definite între 120 eV și 120 keV și razele gamma ca fiind de orice energie peste 100/120. indiferent de sursă. Majoritatea „ razelor gamma astronomice ” nu sunt originare în procesele radioactive nucleare, ci mai degrabă provin din procese precum cele care produc raze X astronomice, doar că sunt produse de electroni mult mai energici.

Absorbția fotoelectrică este mecanismul dominant în materialele organice pentru energii fotonice sub 100 keV, tipic tubului clasic de raze X. La energii peste 100 keV, fotonii ionizează materialul din ce în ce mai mult prin efectul Efect Compton și apoi indirect prin producția de perechi (electron-pozitron) la energii mai mari de 5 MeV. Cu cât cifra este mai mică, în care sunt sintetizate diferite procese de ionizare, în ceea ce privește razele gamma arată două împrăștieri Compton care apar în succesiune. În fiecare eveniment de împrăștiere, raza gamma transferă energie către un electron și își continuă drumul într-o direcție diferită, dar cu energie mai mică.

Ultraviolet

Radiația electromagnetică în care fotonii au energie între 3,1 eV (deci lungimea de undă de 400 nm) și 124 eV (10 nm) se numește ultravioletă. Această radiație reprezintă un fel de demarcație între radiațiile ionizante și neionizante. De fapt, razele X care au energii mai mari de 124 eV sunt cu siguranță întotdeauna ionizante, în ceea ce privește ultraviolete, distincția nu există o limită fizică precisă. De exemplu, cesiul are o primă energie de ionizare de numai 3,89 eV, astfel încât și ultravioletele mai puțin energice sunt capabile de ionizare. Dar cesiul este un caz extrem, energia primei ionizări a oxigenului și hidrogenului este de aproximativ 14 eV, din acest motiv agenția telecomunicațiilor ^[10] din SUA definește radiația ionizantă care cu energie mai mare la 10 eV. În schimb, „ Agenția Statelor Unite pentru Protecția Mediului ^[11] stabilește limita ca prag biologic pentru radiațiile ionizante 33 eV. Comisia internațională pentru unități și măsuri ale radiației (ICRU) indică pragul cu valoarea denumirii colocviale W. Energia de 33 eV este cea care se pierde în medie pentru a ioniza o moleculă de apă, creând o pereche de ioni împreună cu alte procese, cum ar fi „ excitația ” ^[12] .

Energia de 33 eV ( lungimea de undă de 38 nm) cade în regiunea de tranziție cu raze X, această parte a spectrului electromagnetic se numește extremă ultravioletă și, prin urmare, din punct de vedere biologic, numai extremitatea ultravioletă este o radiație ionizantă.

Miezuri încărcate

Nucleii încărcați fac parte din razele cosmice galactice și solare, în timp ce nu au surse naturale pe pământ. Aceste miezuri încărcate sunt ținute înapoi de straturi relativ subțiri de ecranare, inclusiv îmbrăcăminte sau piele. Cu toate acestea, interacțiunea rezultată generează radiații secundare și provoacă efecte biologice în cascadă. Dacă, de exemplu, doar un atom de țesut este mișcat de un proton energetic, coliziunea provoacă interacțiuni suplimentare în corp. Aceasta se numește „ transfer liniar de energie ” (LET), care are loc o împrăștiere elastică .

LET este foarte asemănător cu „ coliziunea elastică între punctele materiale, în care energia inițială este redistribuită între cele două particule inegal. Când un nucleu de încărcare afectează un nucleu relativ lent al unui obiect din spațiu, apare LET și neutronii, particulele alfa, protonii cu energie scăzută și alți nuclei vor fi eliberați de aceste coliziuni și vor contribui la doza totală de energie absorbită de țesut ^{[ 13]} .

Ionizant indirect

Radiațiile ionizante indirecte sunt neutre din punct de vedere electric și, prin urmare, nu interacționează decisiv cu materia. Majoritatea efectelor de ionizare se datorează ionizărilor secundare. Un exemplu de radiații ionizante indirecte este „ activarea neutronilor ”.

Neutroni

Neutronii au o sarcină electrică egală cu zero și, prin urmare, nu ionizează direct materia. Dar neutronii având o masă aproape egală cu cea a protonilor atomilor de hidrogen într-o coliziune elastică (LET) cu nucleii de hidrogen, protonii se deplasează complet la impulsul lor, apoi atomul de hidrogen este ionizat. Produsele reacției (electron și proton) fiind foarte energice au ca rezultat radiații secundare foarte ionizante.

Dacă neutronii lovesc nucleele mai grele decât hidrogenul într-un mod elastic, se transferă mai puțină energie, de fapt, numai în coliziunea elastică dintre particule egale, impulsul particulelor care se ciocnesc este transferat integral către cel lovit. Deci, după coliziune va exista un neutron care își păstrează o parte din energia cinetică și un atom, în general ionizat, care constituie o radiație ionizantă secundară: în acest caz vorbim de dispersie elastică. Dar este posibil și un alt mecanism, coliziunea inelastică în care neutronii sunt absorbiți într-un proces numit captură de neutroni și cauzează „ activarea neutronică a nucleului”, un fenomen de acest fel este numit și împrăștiere inelastică. În funcție de viteza neutronilor și de secțiunea lor transversală cu nucleii are loc o dispersie mai ușor elastică sau inelastică. Neutronii atunci când au mici energii cinetice se numesc neutroni termici . Activarea neutronilor este mai probabilă la neutronii termici.

Activarea neutronilor cu majoritatea tipurilor de nuclee generează de obicei nuclei radioactivi . De exemplu, izotopul obișnuit al oxigenului , cu numărul atomic 16, dacă suferă activare neutronică, azotul 16 se formează după prima tranziție rapidă cu emisia unui proton, acest izotop este radioactiv care se descompune prin emiterea unei raze beta foarte energice redevenind oxigen-16. Acest proces poate fi scris ca:

₁₆ O + n → ₁₆ N ( captarea posibilă a neutronilor rapizi dacă energia neutronilor este mai mare de 11 MeV)
₁₆ ₁₆ N → O + β ^- ( timpul de descompunere t _1/2 = 7,13 s)
Razele β ^- produsele au o energie ridicată și sunt frânate atunci când interacționează cu materia produc radiații Bremsstrahlung cu raze X foarte energice sau γ

Interacțiunea radiației - razele gamma sunt reprezentate de linii ondulate, particule încărcate și neutroni prin linii drepte. Cercurile mici arată unde are loc ionizarea.

Deși nu este o reacție frecventă, reacția ¹⁶ O + n → ¹⁶ N este o sursă majoră de raze X emise de apa de răcire a unui reactor nuclear cu apă sub presiune și contribuie enorm la radiația generată de un reactor nuclear răcit cu apă . Operațiune. Din acest motiv, preferă să modereze neutronii, adică să-și încetinească viteza, ecranele de hidrocarburi mediate care au o abundență de hidrogen .

În materialele fisibile , neutronii secundari pot produce un lanț nuclear de dezintegrare , provocând o cantitate mai mare de ionizare a produselor de fisiune .

În afara nucleului, neutronii liberi sunt instabili și au o durată de viață de 14 '42 ". Un neutron liber se descompune prin emiterea unui electron și a unui antineutrino de electroni pentru a deveni un proton, un proces cunoscut sub numele de dezintegrare beta : ^[14]

În figura laterală, de mai jos, este prezentat un neutron care se ciocnește elastic cu un proton al materialului țintă, care devine un proton rapid care se ionizează la rândul său. În timp ce neutronul termic este captat de un nucleu într-o reacție- (n, γ), ceea ce duce la o rază γ.

Efecte fizice

Radiațiile ionizante de înaltă intensitate din aer pot produce o luminiscență vizibilă albastru-purpuriu a aerului ionizat. În aceasta se ajunge la radiații ionizante ale unui ciclotron .

Efecte nucleare

Neutronii, razele alfa și razele gamma extrem de energice (> 20 MeV) pot provoca transmutația energiei nucleare. Mecanismele relevante sunt „ activarea neutronilor și fotodisintegrarea . Un număr suficient de mare de transmutații poate schimba proprietățile macroscopice și poate face ca obiectivele să devină radioactive, chiar și după eliminarea sursei originale.

Efecte chimice

Radiațiile ionizante care interacționează cu moleculele pot duce la:

radioliza (ruperea legăturilor chimice)
formarea de radicali liberi, foarte reactivi. Acești radicali liberi, având un electron nepereche , pot reacționa chimic cu elementele învecinate, scăzându-le un electron, chiar și după oprirea radiației originale.
distrugerea rețelelor de cristal, determinându-le să devină amorfe.
accelerarea reacțiilor chimice, cum ar fi polimerizarea, ajutând la atingerea energiei de activare necesare reacției.

Pe de altă parte, există unele elemente care sunt imune la efectele chimice ale radiațiilor ionizante, cum ar fi fluidele monatomice (de exemplu, sodiu topit) care nu au legături chimice de rupt și nici rețele cristaline de deranjat. În schimb, compușii diatomici simpli cu entalpia de formare foarte negativi, cum ar fi „ acidul fluorhidric , cu toate acestea se vor reforma rapid și spontan după ionizare.

Efecte electrice

Ionizarea materialelor le crește temporar conductivitatea. Acesta este un pericol deosebit în microelectronica semiconductoarelor , utilizată în echipamentele electronice, cu riscul de întârziere a curentului care introduce erori de funcționare sau în cazul debitelor mari este deteriorat permanent dispozitivul în sine. Radiația de protoni existentă în spațiu poate schimba în mod semnificativ starea circuitelor digitale.

Dispozitivele destinate mediilor cu radiații ridicate, cum ar fi echipamentele spațiale (extra-atmosferice) și industria nucleară, pot fi fabricate pentru a rezista acestor efecte prin proiectare, selectarea materialelor și metode de fabricație. În realitate, cele mai complexe circuite prin intermediul software-ului sunt capabile să compenseze erorile cauzate de iradiere.

Pătrunderea în materie

Modalitățile de penetrare a radiației diferă în funcție de natura particulelor care o compun.

Pătrunderea radiațiilor ionizante indirect

Radiațiile ionizante indirect sunt caracterizate printr-o „ atenuare exponențială: luați în considerare un fascicul colimat de particule neutre cu același flux de energie $\phi _{0}$ ${\ displaystyle \ phi _ {0}}$ ${\ displaystyle \ phi _ {0}}$ care străbate o grosime de material $L$ ${\ displaystyle L}$ $L$ . După grosimea materialului, debitul va fi redus la

\phi (L)=\phi _{0}e^{-\mu L}

{\ displaystyle \ phi (L) = \ phi _ {0} e ^ {- \ mu L}}

{\ displaystyle \ phi (L) = \ phi _ {0} e ^ {- \ mu L}}

unde este $\mu$ ${\ displaystyle \ mu}$ $\ mu$ se numește coeficient de atenuare liniară, care are dimensiunile inversului unei lungimi.

Pătrunderea radiațiilor ionizante direct

Particulele încărcate de același tip și aceeași energie prin aceeași grosime medie a materialului, respectiva gamă. În timpul traversării mediului ei se predă, cu fiecare interacțiune cu acesta, o parte din energia lor. Prin urmare, este definită puterea de frânare a vehiculului $S.$ ${\ displaystyle S}$ $S.$ ca cantitatea de energie pierdută de particulele încărcate în unitatea de cale.

$S={\frac {\operatorname {d} T}{\operatorname {d} l}}$ ${\ displaystyle S = {\ frac {\ operatorname {d} T} {\ operatorname {d} l}}}$ ${\ displaystyle S = {\ frac {\ operatorname {d} T} {\ operatorname {d} l}}}$

O mai mare utilitate practică este puterea de frânare în masă, definită ca, numită $\rho$ ${\ displaystyle \ rho}$ $\ rho$ densitatea mediului:

${\frac {S}{\rho }}={\frac {1}{\rho }}{\frac {\operatorname {d} T}{\operatorname {d} l}}$ ${\ displaystyle {\ frac {S} {\ rho}} = {\ frac {1} {\ rho}} {\ frac {\ operatorname {d} T} {\ operatorname {d} l}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {S} {\ rho}} = {\ frac {1} {\ rho}} {\ frac {\ operatorname {d} T} {\ operatorname {d} l}}}$

măsurat de exemplu în MeV · cm ^{2 ·} g ^-1. Puterea de frânare poate fi împărțită în trei componente:

Puterea electronică de frânare în masă, datorată pierderilor de energie datorate coliziunilor cu electronii atomici.
Puterea de frânare în masă prin radiație, datorată pierderilor de energie prin radiație.
Puterea de frânare a masei nucleare, datorată pierderilor de energie datorate coliziunilor elastice cu nucleele.

Puterea de frânare electronică a fost calculată teoretic de Bethe și Bloch și condensată în formula lui Bethe , care descrie tendința puterii de frânare electronică de a varia $\beta \ e\ \gamma$ ${\ displaystyle \ beta \ e \ \ gamma}$ ${\ displaystyle \ beta \ e \ \ gamma}$ a particulei. ( $\beta$ ${\ displaystyle \ beta}$ $\ beta$ este raportul dintre viteza particulei și cea a luminii, $\gamma$ ${\ displaystyle \ gamma}$ $\gamă$ este factorul Lorentz care $\gamma ={\frac {1}{\sqrt {1-\beta ^{2}}}}$ ${\ displaystyle \ gamma = {\ frac {1} {\ sqrt {1- \ beta ^ {2}}}}}$ ${\ displaystyle \ gamma = {\ frac {1} {\ sqrt {1- \ beta ^ {2}}}}}$ ).

Un interes deosebit în aplicații este curba Bragg, care descrie pierderea de energie datorată ionizării particulelor încărcate pe măsură ce adâncimea de penetrare variază. La sfârșitul traseului curbei Bragg prezintă un vârf, a spus vârful Bragg , exploatat în „ hadrontherapy pentru a concentra fasciculul pe zona tumorii.

Efecte asupra sănătății umane

Același subiect în detaliu: Boala de radiații .

În cazul în care radiațiile ionizante ar afecta țesutul biologic, pot provoca daune tipului de sănătate, este corpul uman creierului. ^[15]

Daunele pe care radiațiile ionizante le pot provoca țesuturilor biologice sunt de diferite tipuri și sunt împărțite în:

În special, radiația alfa are o putere de penetrare scăzută, astfel încât este ușor oprită de stratul superficial al pielii format din celule moarte, prin urmare nu este periculos pentru oameni în caz de iradiere externă. Pe de altă parte, devine periculos în situațiile în care sursa radioactivă este inhalată sau ingerată (iradiere internă), deoarece în acest caz poate deteriora direct țesuturile radiosensibile (un caz tipic este cel al radonului în care izotopul radioactiv este inhalat și, prin urmare, poate decadea în interiorul corpului uman prin emisia de radiații alfa). Radiațiile gamma (fotoni) pe de altă parte, având o putere de penetrare foarte mare, pot fi periculoase pentru ființele vii chiar și în situații de iradiere externă. Cantitatea de radiații absorbită de un corp se numește doză absorbită și este măsurată în gri .

Effetti delle radiazioni ionizzanti sul cavo orale

La radioterapia rappresenta un trattamento largamente utilizzato, da solo o in associazione alla chirurgia e/o alla chemioterapia, nel trattamento delle neoplasie maligne del cavo orale . L'effetto biologico delle radiazioni ionizzanti si traduce in un miglioramento del controllo loco regionale della malattia ma anche in una serie di effetti collaterali acuti e cronici a carico delle strutture del cavo orale quali mucosite, carie dentarie e paradontopatie , xerostomia , trisma e osteoradionecrosi.

Il danno da radiazioni ionizzanti a carico dei denti e delle strutture paradontali sono una delle più importanti ed invalidanti tossicità correlate ad un trattamento radioterapico per neoplasia del cavo orale; insorgono a partire da 12-18 mesi dalla fine della radioterapia e tendono a peggiorare sensibilmente nel tempo [1].

Genesi multifattoriale del danno dentario da radiazioni ionizzanti

Le alterazioni dentarie indotte dalle radiazioni ionizzanti hanno una genesi multifattoriale e possono essere provocate sia da un danno diretto a carico delle strutture del dente sia, più frequentemente, sono secondarie al danno provocato dalle radiazioni ionizzanti a carico della mucosa del cavo orale e delle ghiandole salivari.

Mucosite attinica

Le radiazioni ionizzanti inducono la mucosite sia per un meccanismo fisico diretto sia mediato dal rilascio di mediatori dell'infiammazione.

A partire dalla seconda settimana di radioterapia compare un arrossamento delle mucose associato a bruciore; il quadro clinico prosegue nelle settimane successive con la formazione di lesioni ulcerative irregolari, spesso coperte da pseudomembrane che possono sanguinare e provocare dolore alla deglutizione con difficoltà ad alimentarsi e calo ponderale. Il quadro clinico può diventare particolarmente severo e rendere necessaria l'ospedalizzazione del paziente per consentire un adeguato supporto nutrizionale ed antalgico ed evitare così un ritardo nel completamento delle terapie prescritte che comprometterebbe il risultato terapeutico.

L'incidenza e la gravità della mucosite attinica dipende da fattori sia correlati al trattamento che al paziente oncologico. Tra i primi ricordiamo l'associazione con la chemioterapia e fattori radioterapia-correlati, come dose totale, frazionamento, volume irradiato, e tecnica di irradiazione. L'impiego dell'ipofrazionamento si associa a quadri più severi di mucosite, mentre l'uso di tecniche di irradiazione a fasci modulati (IMRT) consente di ridurre sensibilmente la dose di radiazioni alle mucose del cavo orale.

Tra i pazienti con neoplasie del distretto cervico-facciale sono abbastanza comuni condizioni predisponenti che possono influenzare l'esordio e la gravità della mucosite quali carenze nutrizionali, scarsa igiene orale ed abitudine al fumo. Dopo la risoluzione del quadro acuto, a distanza di 12-18 mesi dalla fine del trattamento, possono insorgere gli effetti tardivi della radioterapia, legati ai danni a carico della componente vascolo-stromale della mucosa. Si verifica una riduzione della capacità di riparazione dei tessuti parodontali e si osserva il progressivo allargamento dello spazio parodontale, la distruzione della lamina dura alveolare e la perdita progressiva di attacco del dente. Il rischio di infezione parodontale viene, inoltre, aumentato dalla iposcialia con aumento dell'accumulo di biofilm e modifica della composizione del microbiota orale.

Ageusia

L' ageusia è un quadro clinico caratterizzato dalla perdita del gusto come conseguenza di un danno a carico delle papille gustative localizzate a livello della base linguale. L'ageusia è un'alterazione che insorge precocemente in corso di radioterapia sul cavo orale

Xerostomia

La xerostomia è un quadro clinico caratterizzato da secchezza della bocca dovuta a un'insufficiente produzione di saliva . Tutti i pazienti sottoposti a trattamento radioterapico per le neoplasie del testa-collo mostrano un qualche grado di xerostomia come risultato del danno da radiazione a carico delle ghiandole salivari.

Le ghiandole salivari rispondono precocemente alle radiazioni ionizzanti con una riduzione del flusso salivare che insorge già dopo le prime sedute di radioterapia. Il danno alla ghiandola parotide diviene irreversibile già per dosi basse ed è legata principalmente ad una distruzione degli acini ghiandolari responsabili della secrezione sierosa della ghiandola [2]. Come conseguenza del danno radioindotto la saliva diventa più vischiosa perdendo la sua capacità lubrificante e si verifica un cambiamento della composizione chimica salivare con riduzione della concentrazione di elettroliti e di quella enzimatica ed anticorpale. Tali modifiche rendono la saliva incapace favorire la naturale re-mineralizzazione dei tessuti duri del dente e di svolgere una azione antibatterica con maggior rischio di infezioni parodontali.

Danno dentale diretto da radiazioni ionizzanti

L'azione diretta delle radiazioni ionizzanti a carico della struttura dentaria consiste in un danno specifico della giunzione fra smalto e dentina, denominata delaminazione, in grado accelerare il processo della carie, già favorito da mucosite, ageusia ed iposalivazione radio indotte [4].

Lo sviluppo della carie radio-indotte segue un percorso evolutivo diverso da quello della carie tradizionale. Anziché fessurazioni o cavità a livello della zona interdentale, le lesioni dentali post-attiniche si manifestano con usura dello smalto e fessurazioni a livello della regione cervicale e cuspidale del dente, solitamente considerate come zone resistenti alle carie. Successivamente lo smalto che riveste la corona assume un colorito brunastro e compaiono fessurazioni delle superficie incisale e occlusale del dente che tendono rapidamente a progredire con fessurazioni della dentina (carie penetranti), fino all'amputazione della corona e diffusa distruzione della dentizione nel giro di pochi mesi.

La giunzione smalto-dentina è costituita da una matrice organica ricca di proteine e sali minerali che serve a mantenere adesi tra loro i due tessuti duri del dente dissipando gli insulti meccanici ed impedendo alle alterazioni dello smalto di propagarsi nella dentina. L'analisi in vivo o in vitro della giunzione smalto/dentina di denti che avevano ricevuto una dose di radioterapia di 40-70 Gy ha evidenziato una riduzione della componente proteica della matrice che si traduce in una minore elasticità della stessa ed in una maggiore probabilità di delaminazione. Ciò dimostra che la radioterapia rappresenta un fattore di rischio indipendente alla base del danno radiondotto della giunzione smalto-dentina [5]. Tale osservazione trova una corrispondenza anche a livello clinico nell'osservazione di una relazione tra dose ricevuta dai denti e gravità del danno dentale. In conclusione le alterazioni delle capacità lubrificanti ed antibatteriche correlate all'iposalivazione insieme alla cattiva igiene orale e ad abitudini dietetiche scorrette, rappresentano le cause principali dello sviluppo delle carie dentali da radioterapia, con insorgenza peculiare a livello della regione cervicale del dente dove smalto e dentina sono più direttamente esposte alle modificazioni radioindotte dell'ambiente orale.

Prevenzione delle carie radio indotte

Il paziente candidato a radioterapia per neoplasia del cavo orale dovrebbe eseguire sempre una valutazione odontoiatrica prima di iniziare il trattamento; infatti, risulta chiaro come numerose patologie del cavo orale e un'igiene scadente facilmente si tramutino durante e dopo il trattamento in complicanze odontogene che possono richiedere procedure chirurgiche invasive. La valutazione odontoiatrica preliminare ha lo scopo di identificare le malattie ei disturbi orali presenti e il potenziale rischio di malattie orodentali che potrebbero manifestarsi o aggravarsi con le terapie oncologiche; la visita preliminare deve essere sempre accompagnata da un'ortopantomografia e, qualora sussistano dubbi diagnostici, da radiogrammi endorali. L'intervento terapeutico odontoiatrico da eseguire prima dell'inizio delle cure oncologiche comprende:

- arrotondamento, levigatura e lucidatura delle parti acuminate e taglienti dei denti naturali, dei restauri conservativi e protesici, in modo che non siano causa di trauma e lesione per le mucose orali;

- valutazione e correzione di protesi complete o parziali rimovibili, in modo che non provochino lesioni mucose o ristagno di cibo che, in associazione all' iposalivazione conseguente al trattamento radiante, faciliterebbe l'insorgenza di infezioni parodontali o carie secondarie.

- restauro degli elementi dentali cariati con idonea prognosi; qualora sia possibile la conservazione degli elementi dentali, è importante tuttavia valutare la motivazione e le capacità del paziente di effettuare una corretta igiene orale nel corso della radioterapia.

- estrazione chirurgica degli elementi dentali con prognosi dubbia o infausta (carie dentarie non curabili, lesioni o granulomi apicali, residui radicolari) per evitare infezioni in corso di radioterapia. le estrazioni dentali dovrebbero essere preferibilmente completate tre settimane prima del'inizio delle terapie oncologiche, e, comunque, non meno di dieci giorni prima. Anticipare l'estrazione di tutti gli elementi dentari con prognosi non prevedibile consente inoltre di contenere il rischio di osteoradionecrosi correlata agli interventi estrattivi eseguiti dopo il termine della radioterapia [8].

- sospensione dei trattamenti ortodontici e rimozione degli apparecchi ortodontici fissi per evitare traumi ai tessuti orali; la costituzione di nuovi manufatti protesici deve essere comunque rimandata ad almeno sei mesi dalla fine del trattamento radiante.

La prevenzione del danno a carico delle mucose del cavo orale e delle ghiandole salivari maggiori si basa anche sull'impiego di tecniche di radioterapia con fasci modulati o volumetriche (IMRT,VMAT) che consentono di ridurre sensibilmente la dose a carico di queste strutture critiche e spesso di escludere dal volume di trattamento la ghiandola parotide controlaterale alla lesione neoplastica [9] . L'impiego di tecniche IMRT dovrebbe rappresentare quindi lo standard terapeutico per il trattamento radiante delle neoplasie del distretto cervico-facciale. Tutti gli altri presidi per la prevenzione dell'iposalivazione si sono dimostrati inefficaci (ad esempio gli stimolatori della secrezione salivare come la pilocarpina) o correlati ad importanti effetti collaterali che ne hanno limitato l'uso nella pratica clinica (ad esempio farmaci radioprotettori come l'amifostina).

Cure dentali dopo la radioterapia

Nei pazienti che hanno effettuato radioterapia, le estrazioni dentali sono da evitare per l'elevato rischio di osteoradionecrosi. Una revisione sistematica ha stimato l'incidenza totale di osteoradionecrosi dopo l'estrazione del dente in pazienti irradiati al 7%; se le estrazioni venivano effettuate in regime di ossigeno terapia iperbarica profilattica, l'incidenza era ridotta al 4%, mentre alle estrazioni dentali con terapia antibiotica preventiva conseguiva osteoradionecrosi nel 6% dei casi [10]. Le estrazioni dovrebbero essere condotte con tecnica minimamente traumatica ed è opportuno cercare di ottenere la chiusura primaria della ferita nei tessuti molli. In caso di rischio elevato di osteoradionecrosi (immunodeficienza, malnutrizione, dose somministrata superiore a 60Gy, elevato frazionamento della dose, previsione di trauma locale elevato, parodontite) è opportuno considerare il mantenimento dell'elemento con terapia canalare e restauro o amputazione coronale.

Le terapie restaurative delle carie radiondotte dovrebbero essere posposte al momento in cui il paziente è in remissione della malattia oncologica primaria. L'esecuzione dei restauri protesici con corone complete potrà essere realizzato solo se il paziente è in grado di mantenere adeguati standard igienici e preferibilmente con margini subgengivali.

Anche la patologia parodontale dovrebbe essere trattata adeguatamente, con minimo trauma alle strutture adiacenti e ai tessuti molli. Sono utili sedute di rinforzo della motivazione del paziente al mantenimento dell'igiene orale, istruzioni di igiene orale personalizzate e trattamento di igiene orale professionale la cui frequenza viene stabilita su base individuale.

Dosimetria e radioprotezione

La dosimetria è una branca della fisica che si occupa di valutare la quantità di energia ceduta dalle radiazioni alla materia. La principale grandezza dosimetrica è la dose assorbita , che quantifica l'energia assorbita per unità di massa, che però è indipendente dai danni biologici della radiazione. Tali danni sono compresi nella definizione dell'equivalente di dose, ma per usi pratici in radioprotezione si usano la dose equivalente , che considera i danni indotti da diversi tipi di radiazione, e la dose efficace , che considera la diversa sensibilità dei vari tessuti degli organismi viventi.

La tabella seguente mostra le unità di misura utilizzate per alcune quantità relative alle radiazioni e le quantità di dosaggio nelle unità SI e non SI.

Grafico che mostra la relazione tra la radioattività e la radiazione ionizzante rilevata

Quantità	Rivelatore di particelle	unità CGS	unità SI	Altre unità
Tasso di disintegrazione			Becquerel (Bq) 1 decadimento al secondo	Curie (1 Ci=37 GBq)
Flusso di particelle	contatore Geiger , contatore proporzionale , scintillatore	numero/(cm²·s)	numero/(m²·s)
Energia radiante per u di superficie	dosimetro termoluminescente, dosimetro a pellicola		^joule ⁄ _{metre ²}	^MeV ⁄ _{cm ²}
Fascio di energia	Contatore proporzionale		Joule	Elettronvolt
Trasferimento lineare di energia	quantità derivata	^MeV ⁄ _cm	^Joule ⁄ _metro	^keV ⁄ _μm
Kerma (Energia cinetica rilasciata nella materia)	camera a ionizzazione , rivelatore a semiconduttore , dosimetro a fibra di quarzo, misuratore di caduta Kearny	^StatC ⁄ _{cm ³}	Gray (Gy) [Gy]= J/Kg	Rad (1Rad=0,01 Gy)
Dose assorbita	calorimetro	rad	Gray	rep
Dose equivalente	quantità derivata dalla dose assorbita, moltiplicata per un fattore di pericolosità dipendente dalla radiazione		Sievert (Sv) 1Sv=1J/1Kg	Rem (1 rem=0,01 Sv)
Dose efficace	quantità derivata		Sievert	Rem

Di particolare importanza è la protezione dai pericoli delle radiazioni ionizzanti, che tramite opportuni protocolli di radioprotezione cerca di prevenire il più possibile tali danni. A livello internazionale l'ente che si occupa di promuovere il miglioramento delle conoscenze nel campo della radioprotezione è l'International Commission on Radiological Protection (ICRP) ^[16] .

Generalmente ci sono tre metodi standard per limitare l'esposizione e quindi i danni:

Tempo : le persone esposte a radiazione, oltre a quella di fondo naturale, limitano o riducono al minimo la dose di radiazioni riducendo il tempo di esposizione.
Distanza : l'intensità delle radiazioni diminuisce notevolmente con la distanza, con buona approssimazione con il quadrato della distanza (esattamente nel vuoto). ^[17]
Schermatura : l'aria o la pelle possono essere sufficienti per attenuare sostanzialmente la radiazione alfa e beta. Le barriere di piombo , calcestruzzo o acqua sono spesso utilizzate per dare protezione efficace da particelle più penetranti come i raggi gamma ei neutroni . Alcuni materiali radioattivi sono immagazzinati o manipolati sott'acqua o da telecomando in locali costruiti con calcestruzzo spesso o foderati con piombo. Ci sono particolari schermi plastici che bloccano le particelle beta, mentre l'aria basta ad arrestare le particelle alfa. L'efficacia di un materiale nella schermatura di radiazioni è determinata dal suo strato emivalente , ovvero lo spessore del materiale che riduce la radiazione della metà. Questo valore è una funzione del materiale stesso e del tipo e dell'energia delle radiazioni ionizzanti. Alcuni spessori di materiale attenuante generalmente accettati sono 5 mm di alluminio per gran parte delle particelle beta e 3 cm di piombo per radiazioni gamma.

Questi metodi possono essere applicati tutti sia a fonti naturali che artificiali. Per le fonti artificiali l'uso di schermature è importante per ridurre l'assorbimento. I materiali radioattivi sono confinati nello spazio più piccolo possibile e mantenuti fuori dall'ambiente, ad esempio in una cella calda (per la radiazione) o in una glovebox ( scatola a guanti ). Ad esempio, gli isotopi radioattivi per uso medico sono dispensati in strutture di trattamento chiuso, di solito glovebox , mentre i reattori nucleari operano in sistemi chiusi con barriere multiple che contengono i materiali radioattivi. Le stanze di lavoro, le celle calde e le glovebox sono a pressione inferiore a quella dell'ambiente esterno per impedire la fuoriuscita del materiale radioattivo all'esterno.

Nei conflitti nucleari o nei rilasci nucleari civili le misure di difesa civile possono contribuire a ridurre l'esposizione delle popolazioni riducendo l'ingestione di isotopi e l'esposizione professionale.

Usi

La radiazione ionizzante ha molti utilizzi sia positivi e utili al progresso umano (industriali, medici) che negativi e distruttivi (militari). Ovviamente è opportuno valutare i rischi anche negli utilizzi positivi, per non incorrere in incidenti nucleari .

Scopi industriali

La radiazione di neutrone è essenziale per il funzionamento di un reattore nucleare per la produzione di energia. I neutroni servono per bombardare gli atomi di Uranio-235 che oltre a suddividersi in due altri atomi, rilasceranno 3 neutroni che a loro volta andranno a bombardare altri atomi di Uranio-235. Questo processo è chiamato fissione nucleare .

I raggi x, gamma, beta e la radiazione di positrone vengono utilizzati nel controllo non distruttivo . Dei traccianti radioattivi sono utilizzati in applicazioni industriali, biologiche e in chimica delle radiazioni . La radiazione alfa viene usata in elettrostatica e negli impianti di rilevamento incendi .

Scopi medici

La potenza penetrante delle radiazioni a raggi x, gamma, beta e di positrone viene utilizzata per l' imaging medico .

Gli effetti di sterilizzazione delle radiazioni ionizzanti sono anche utili per la pulizia di strumenti medici.

La radioterapia è una tecnica medica che utilizza le radiazioni ionizzanti per distruggere le cellule e le masse tumorali, cercando di risparmiare i tessuti e gli organi sani adiacenti al tumore. Infatti le cellule tumorali, sono in genere più sensibili alle radiazioni di quelle appartenenti ai tessuti sani. La conoscenza delle "curve di trasmissione in profondità della dose" costituisce il presupposto dal quale partire per scegliere la sorgente di radiazioni più adatta. Le curve sono normalizzate alla profondità in corrispondenza della quale, la dose rilasciata è massima. Inoltre, è bene considerare anche le curve TCP e NTCP che esprimono in funzione della dose, la probabilità rispettivamente di "controllo locale" della malattia e di produrre "complicazioni" nei tessuti sani. Quindi in ogni trattamento la dose somministrata deve rappresentare un compromesso tra una probabilità sufficientemente elevata di ottenere il risultato terapeutico e una probabilità sufficientemente bassa di produrre danni gravi e irreversibili ai tessuti sani. ^[18]

Un'altra tecnica medica che utilizza le radiazioni ionizzanti è l' adroterapia , che utilizza particelle adroniche (protoni, ioni carbonio o altri tipi di ioni) prodotte da ciclotroni e sincrotroni. I fasci di protoni e ioni carbonio, rilasciano la loro energia ad una distanza stabilita, il cosiddetto "picco di Bragg". Il vantaggio principale è costituito dalla caduta della dose al di là del picco di Bragg. In Italia l'adroterapia è praticata a Pavia nel CNAO (Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica), che è dotato di un sincrotrone in grado di accelerare i protoni sino all'energia di 250 MeV e gli ioni carbonio fino a 400 MeV/nucleone. ^[18]

Scopi militari

"L'umanità ha inventato la bomba atomica, ma nessun topo avrebbe mai costruito una trappola per topi." (Albert Einstein)

Le radiazioni ionizzanti sono utilizzate per alimentare le armi nucleari , in particolare le bombe al neutrone e al cobalto che sprigionano energia rispettivamente sotto forma di radiazione di neutrone e di raggi gamma per uccidere gli esseri viventi e lasciare intatte le strutture.

Un altro tipo di bomba che utilizza i neutroni è la bomba atomica (Bomba A) che sfrutta il processo di fissione nucleare. L' uranio impoverito viene disperso nell'ambiente attraverso proiettili e corazze .

Sorgenti di radiazioni

La radiazione ionizzante è generata da reazioni nucleari, da decadimento nucleare, da temperature molto elevate o da accelerazione delle particelle cariche in campi elettromagnetici.

Le fonti naturali principali includono il sole, i fulmini e l'esplosione di una supernova. Le fonti artificiali includono reattori nucleari, acceleratori di particelle e tubi a raggi x.

Il Comitato scientifico delle Nazioni Unite per gli effetti della radiazione atomica (UNSCEAR) ha differenziato i vari tipi di esposizioni umane.

Tipi di esposizioni a radiazione
Esposizione pubblica
Fonti naturali	Normali occorrenze	Radiazioni cosmiche
		Fondo di radioattività naturale
	Fonti avanzate	Industria mineraria
		Industria dei fosfati
		Miniere di carbone e produzione di energia dal carbone
		Perforazione di petrolio e gas
		Industrie delle terre rare e del diossido di titanio
		Industrie dello zirconio e delle ceramiche
		Applicazioni del radio e del torio
		Altre situazioni di esposizione
Fonti artificiali	Scopi pacifici	Produzione di energia nucleare
		Trasporto di materiali radioattivi e nucleari
		Altre applicazioni oltre all'energia nucleare
	Scopi militari	Test nucleari
		Residui nell'ambiente. Fallout nucleare Uranio impoverito
Source UNSCEAR 2008 Annex B retrieved 2011-7-4

L'esposizione artificiale media è molto più elevata nei paesi sviluppati, soprattutto a causa di scansioni CT e medicina nucleare . ^{[ senza fonte ]}

Fondo di radioattività naturale

Naturalmente gli esseri viventi sono soggetti all'azione di radiazioni ionizzanti naturali, alle quali si dà il nome di fondo di radioattività naturale . Il fondo di radioattività naturale è dovuto sia alla radiazione terrestre, la radiazione prodotta da nuclidi primordiali o da nuclidi cosmogenici in decadimento radioattivo , sia a quella extraterrestre, la radiazione cosmica . Per la loro presenza l'uomo riceve mediamente una dose di 2,4 millisievert /anno, valore che però varia moltissimo da luogo a luogo. In Italia ad esempio la dose equivalente media valutata per la popolazione è di 3,3 mSv/a. Questo valore deve costituire il riferimento per eventuali valutazioni di rischio radioprotezionistico .

L'elevata radiazione di fondo in un'area abitata si trova a Ramsar , soprattutto a causa del calcare naturale radioattivo utilizzato come materiale da costruzione. Circa 2000 dei residenti più esposti ricevono una dose di radiazioni media di 10 mGy all'anno, (1 rad /a) dieci volte più del limite consigliato dall'ICRP per l'esposizione al pubblico da fonti artificiali. ^[19] Questo unico caso è più di 200 volte superiore alla radiazione di fondo media mondiale. Nonostante gli elevati livelli di radiazione di fondo che i residenti di Ramsar ricevono, non esistono prove convincenti che abbiano un rischio maggiore per la salute.

Radiazione cosmica

Lo stesso argomento in dettaglio: Radiazione cosmica di fondo .

La Terra, e tutte le cose viventi su di essa, sono costantemente bombardate da radiazioni al di fuori del nostro sistema solare. Questa radiazione cosmica è costituita da particelle relativistiche: nuclei (ioni) caricati positivamente che vanno da 1 uma ( protoni ) (circa 85% di essa) a 26 uma e anche oltre. L'energia di questa radiazione può ben superare quella che gli esseri umani possono creare, anche nel più grande acceleratore di particelle (vedi Raggi cosmici ad altissima energia ). Questa radiazione (costituita da raggi x , muoni , protoni , antiprotoni , particelle alfa , pioni , elettroni , positroni e neutroni ) interagisce nell'atmosfera per creare radiazioni secondarie che scendono sulla terra. La radiazione cosmica che giunge sulla terra è in gran parte costituita da muoni, mesoni, neutroni e elettroni, con una dose che varia da parte a parte nel mondo e si basa in gran parte sul campo geomagnetico, sull'altitudine e sul ciclo solare.

I raggi cosmici includono anche raggi gamma ad alta energia, che vanno ben oltre le energie prodotte dal sole o da fonti umane.

Radiazione terrestre

La maggior parte dei materiali presenti sulla Terra contiene alcuni atomi radioattivi, anche se in piccole quantità. La maggior parte delle radiazioni di questo genere proviene da emissioni a raggi gamma da parte di materiali da costruzione, o da rocce e terreni all'aria aperta. I radionuclidi più preoccupanti per la radiazione terrestre sono gli isotopi di potassio , uranio e torio . Un'importante fonte di radiazione naturale è il gas radon , che fuoriesce continuamente dallo strato roccioso del sottosuolo. Il Radon -222 è un gas prodotto dal decadimento del radio -226. Entrambi sono una parte della naturale catena di decadimento dell' uranio . L'uranio si trova nel suolo, in tutto il mondo, in diverse concentrazioni. Tra i non fumatori, il radon è la causa principale del cancro ai polmoni e, in generale, la seconda causa principale. ^[20]

Tutti i materiali che sono i blocchi fondamentali della vita contengono una componente radioattiva. Poiché gli esseri umani, le piante e gli animali consumano cibo, aria e acqua, un inventario di radioisotopi si fonde all'interno dell'organismo (vedere dose equivalente a una banana ). Alcuni radionuclidi, come il potassio-40 , emettono un raggio gamma ad alta energia che può essere misurato dai sistemi sensibili di misurazione delle radiazioni elettroniche. Queste fonti di radiazioni interne contribuiscono alla dose totale di radiazione di fondo naturale assorbita da un individuo.

Esposizione alle radiazioni

Di seguito sono elencate le principali esposizioni da radiazioni.

Esposizione da incidenti
Esposizione professionale alle radiazioni
Fonti naturali		Esposizione ai raggi cosmici dei club dell'aria e degli astronauti
		Esposizioni nelle industrie estrattive e di trasformazione
		Industrie di estrazione di gas naturale e petrolio
		Esposizione al radon in posti di lavoro oltre a quelli delle miniere
Fonti artificiali	Scopi paciifici	Industrie di energia nucleare
		Utilizzi medici della radiazione
		Utilizzi industriali della radiazione
		Utilizzi vari
	Scopi militari	Lavoratori esposti, vittime civili

Varie dosi di radiazioni in sieverts, che vanno dalle più irrilevanti alle più letali.

Esposizione pubblica

Le procedure mediche, come la radiografia , la medicina nucleare e la radioterapia sono di gran lunga la fonte più significativa di radiazioni artificiali per l'uomo.

Il pubblico è altresì esposto a radiazioni da prodotti di consumo, come tabacco ( polonio -210), combustibili (gas, carbone , ecc.), televisione (tubi elettronici), sistemi aeroportuali.

Di minore impatto sono le radiazioni derivanti dal ciclo del combustibile nucleare , che comprende l'intera sequenza dall'elaborazione dell' uranio allo smaltimento del combustibile esaurito. Gli effetti di tale esposizione non sono stati misurati attendibilmente a causa delle dosi estremamente basse. Gli oppositori affermano che tali attività causano diverse centinaia di casi di cancro all'anno.

La Commissione Internazionale per la Protezione radiologica raccomanda di limitare l'irradiazione artificiale al pubblico a una media di 1 mSv (0.001 Sv) di dose efficace all'anno, escludendo le esposizioni mediche e professionali.

In una guerra nucleare , le fonti di radiazioni sono i raggi gamma e le radiazioni di neutroni dell'esplosione di armi e del fallout nucleare .

Esposizione nel volo spaziale

I raggi cosmici rappresentano un ostacolo enorme alla realizzazione di voli spaziali lunghi, come la missione su Marte. La maggior parte delle particelle pericolose provengono dalle tempeste solari e dai raggi cosmici galattici ( raggi gamma , raggi x , protoni, nuclei di elio e molti altri in minor quantità). Questi nuclei carichi, ad alta energia, sono bloccati dal campo magnetico terrestre, ma rappresentano una preoccupazione per la salute degli astronauti che viaggiano verso la luna o verso qualsiasi posizione lontana dall'orbita terrestre. Inoltre, non sono ancora disponibili contromisure perché le radiazioni spaziali sono così energetiche che richiederebbero un carico troppo pesante nell'astronave per raggiungere una significante riduzione della dose. Infatti per aumentare la schermatura è necessario aumentare il numero atomico del materiale utilizzato come bersaglio.

I principali rischi per la salute a cui vanno incontro gli astronauti sono cancro, danneggiamento di tessuti e sindrome acuta da radiazione. Il cancro è sempre stato considerato il rischio principale associato all'esposizione da radiazioni. La dose limite per gli astronauti è sempre stata calcolata basandosi sul rischio di cancro. Un altro rischio di interesse è quello del danneggiamento del sistema nervoso centrale, perché ad esempio nei topi, anche basse dosi di ioni pesanti provocano perdita di memoria spaziale e del riconoscimento. ^[21]

Esposizione nel trasporto aereo

Il tasso della radiazione cosmica sugli aeroplani è così elevato che, secondo la relazione delle Nazioni Unite UNSCEAR 2000, i lavoratori dell'equipaggio di volo ricevono in media più dose rispetto a qualsiasi altro lavoratore, compresi quelli delle centrali nucleari. Questa radiazione include i raggi cosmici e gli eventi di brillamento solare. ^[22] ^[23] Gli equipaggi delle compagnie aeree ricevono più raggi cosmici se lavorano regolarmente in percorsi di volo vicini al polo Nord o Sud ad alta quota, dove questo tipo di radiazioni è massimale. Programmi software quali CARI, SIEVERT, PCAIRE tentano di simulare l'esposizione dei passeggeri. ^[23]

Segnali di pericolo di radiazioni

Il simbolo di radiazione ionizzante, carattere unicode ☢ (U+2622), è rappresentato dal segno del caratteristico trifoglio su sfondo giallo. Questo trifoglio è costituito da un disco centrale di raggio R e da tre foglie che si dipartono da esso il cui raggio interno è 1,5R e il raggio esterno 5R. ^[24]

Luoghi con livelli pericolosi di radiazioni ionizzanti sono indicati da cartelli con questo simbolo. I cartelli sono generalmente posizionati al limite di un'area controllata di radiazioni o in qualsiasi luogo dove i livelli di radiazione sono significativamente superiori a causa dell'intervento umano.

Il simbolo di avvertimento per la radiazione ionizzante rosso (ISO 21482) è stato lanciato nel 2007 ed è destinato alle categorie IAEA categorie 1, 2 e 3, definite come fonti pericolose in grado di provocare decesso o gravi lesioni, tra cui gli irradiatori alimentari, le macchine teleterapiche per il cancro e le unità radiografiche industriali. Il simbolo deve essere posto sul dispositivo che ospita la sorgente, come avvertimento per non smontare il dispositivo o per non avvicinarsi. Non sarà visibile dall'esterno ma solo se qualcuno cerca di smontare il dispositivo. Il simbolo non si trova sulle porte di accesso agli edifici, sui pacchi di trasporto o sui contenitori ^[25]

Simbolo di pericolo per radiazioni ionizzanti
2007, ISO radioattività simbolo di pericolo destinato a IAEA di categoria 1, 2 e 3, sorgenti definite come fonti pericolose capaci di provocare decesso o gravi lesioni. ^[26]

Note

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Voci correlate

Altri progetti

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Collegamenti esterni

( EN ) Radiazioni ionizzanti , su Enciclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

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Bibliografia

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