Strumenti di misurazione delle radiazioni ionizzanti: dispositivi, dosimetria e protezione

Radiazioni: dispositivi di misurazione e protezione

Per motivi di sicurezza, poiché le radiazioni ionizzanti non possono essere rilevate dai sensi umani, è necessario utilizzare attrezzature in grado di identificarle ogni volta che una persona è esposta. Di seguito sono descritti i principali strumenti e concetti correlati alla misura delle radiazioni ionizzanti.

Tipi di rivelatori di radiazione

• Rivelatore a emulsione fotografica: è composto da una pellicola di acetato di cellulosa con uno strato di emulsione contenente sali d'argento. Le radiazioni modificano l'emulsione, scurendo il film. Il film esposto viene quindi portato in laboratorio e confrontato con un film pulito per determinare il grado di scurimento e, di conseguenza, la quantità di radiazione intercettata.
• Rivelatore a ionizzazione gassosa: basato sul principio della raccolta degli ioni prodotti dall'azione delle radiazioni su un gas (aria o gas inerti come elio, argon, krypton). Il rivelatore è costituito da un cilindro metallico che funge da catodo e da un filo centrale che funge da anodo. Quando il gas è ionizzato dalle radiazioni, diventa conduttore e l'intensità della corrente è proporzionale alla quantità di radiazioni presenti nell'ambiente.
• Rivelatore a scintillazione: le radiazioni vengono rilevate tramite i lampi di luce emessi da determinati cristalli quando vengono eccitati. La luce viene catturata e trasformata in impulsi elettrici mediante un fotomoltiplicatore, che amplifica il segnale e permette di determinare l'intensità della radiazione a cui il rivelatore è esposto.
• Rivelatore a luminescenza termica (TLD): alcuni cristalli, se riscaldati, emettono luce dopo essere stati esposti a radiazioni ionizzanti. Questi cristalli vengono utilizzati in piastre o anelli che, analizzati in laboratorio, permettono di determinare la dose cumulativa di radiazione ricevuta.
• Dosimetro personale a lettura diretta (quarzo, ecc.): questo tipo di dosimetro consente all'operatore di leggere direttamente la dose assorbita in un dato intervallo di tempo. Permette la registrazione quotidiana delle dosi assorbite ed è uno strumento utile per strategie di prevenzione.

Unità di misura e quantità rilevanti

Quando le radiazioni ionizzanti interagiscono con la materia, sono importanti tre grandezze principali:

• Energia trasferita (Linear Energy Transfer, LET): grandezza che descrive l'energia trasferita per unità di percorso dalla radiazione alla materia.
• Dose assorbita: energia assorbita per unità di massa di materiale; le unità correnti sono il gray (Gy) e, in termini storici, il rad (1 rad = 0,01 J/kg = 0,01 Gy).
• Equivalente di dose (effetto sull'uomo): tiene conto dell'effetto biologico della radiazione su tessuti e organi e si misura in sievert (Sv); in unità storiche 1 Sv = 100 rem.

Altre unità e riferimenti:

• Roentgen (R): unità radiometrica di esposizione che indica la carica totale di ioni liberata in una massa di aria secca a pressione e temperatura standard. 1 R corrisponde a 2,58 × 10^-4 C/kg (coulomb per chilogrammo) di aria secca.
• Rad: unità storica di dose assorbita: 1 rad = 100 erg/g = 0,01 J/kg.
• Rem: unità storica per l'equivalente di dose biologico; 1 Sv = 100 rem.

Effetti stocastici e deterministici

Effetti stocastici (casuali): sono effetti la cui probabilità di comparsa aumenta con la dose ricevuta, mentre la gravità non dipende dalla dose. Statisticamente non esiste una soglia certa per la loro manifestazione. Tipici esempi sono alcuni tipi di tumore e leucemie.

Effetti deterministici (tessutali): sono quelli in cui la gravità delle lesioni aumenta con la dose di radiazione e generalmente si manifestano solo dopo il superamento di una dose soglia. Tra questi si annoverano le ustioni da radiazione, danni a organi e tessuti con conseguenze immediate o sub-acute.

Livelli di rischio e sintomi: a basse dosi (ad esempio meno di 5 rem/anno) il rischio è limitato ma non nullo. Dosi elevate a livello dell'intero corpo (ad esempio nell'ordine di 1–6 Sv) possono produrre gravi lesioni e morte. Le esposizioni possono causare condizioni come leucemia, infertilità, anomalie dello sviluppo fetale, cataratta e danni agli apparati respiratorio e gastrointestinale.

Tecniche di radioprotezione

• Distanza: la dose di radiazione diminuisce con l'aumentare della distanza dalla sorgente secondo la legge dell'inverso del quadrato (per sorgenti puntiformi).
• Tempo: minore è il tempo di esposizione, minore è la dose assorbita; l'intensità della dose è proporzionale al tempo di esposizione.
• Schermatura (armatura): l'uso di materiali schermanti di adeguato spessore consente di assorbire parte della radiazione e ridurne l'intensità a vantaggio degli operatori.

Normativa e definizioni (Riferimento: Standards e Decreti)

Radiazioni ionizzanti: propagazione di energia di natura corpuscolare o elettromagnetica che, interagendo con la materia, produce ionizzazione.

Materiale radioattivo: qualsiasi materiale con attività specifica superiore a 2 × 10^-3 microcurie per grammo.

Impianto radioattivo: qualsiasi struttura che produce, lavora, gestisce, conserva o utilizza materiali radioattivi o apparecchiature che generano radiazioni ionizzanti.

Sostanza nucleare: combustibili nucleari e uranio impoverito (escluso l'uranio naturale), che da soli o in combinazione con altre sostanze sono in grado di sostenere un processo di fissione nucleare al di fuori di un reattore.

Rifiuti radioattivi: sostanze radioattive o materiali contaminati che, dopo impieghi in ambito medico, scientifico o agricolo, vengono scartati.

Dosimetria: tecnica per misurare la dose assorbita da una persona esposta a radiazioni in un intervallo di tempo.

Storia dosimetrica: insieme di documenti attestanti le dosi ricevute da persone esposte a radiazioni ionizzanti durante lo svolgimento del proprio lavoro.

Classificazione degli impianti radioattivi (Decreto 133)

• Categoria 1: strutture con acceleratori di particelle, impianti di irradiazione, laboratori con materiali radioattivi ad alta attività, radioterapia, radiografia industriale, scintigrafia. Richiedono autorizzazione per costruzione, esercizio e chiusura (temporanea o definitiva).
• Categoria 2: laboratori con bassa attività radiotossica, apparecchiature a raggi X per diagnostica medica e dentale. Anch'essi soggetti ad autorizzazione per esercizio e chiusura.
• Categoria 3: imprese che impiegano sorgenti sigillate per uso industriale (pesometri, densitometri, misuratori di portata); richiedono solo permesso operativo.

Decreto legge sulla protezione dalle radiazioni

Persona professionalmente esposta: individuo che lavora in impianti radioattivi o su macchine che generano radiazioni ionizzanti. Deve indossare durante l'orario di lavoro un dosimetro personale progettato per registrare e rilevare le radiazioni; il dosimetro deve essere fornito dal datore di lavoro con periodicità appropriata.

Limiti di dose per i lavoratori esposti:

• Tutto il corpo, gonadi e midollo osseo: 5 rem/anno (valore storico - fare riferimento ai limiti nazionali aggiornati espressi in sievert o millisievert).
• Occhio (cristallino): 30 rem/anno (valore storico).
• Ogni altro organo singolo: 50 rem/anno (valore storico).

Donne in età fertile: non dovrebbero essere esposte a radiazioni ionizzanti; qualora necessaria l'esposizione, non dovrebbe superare 1,25 rem per trimestre (valore storico; consultare normativa vigente).

Minorenni: i minori di 18 anni non possono essere impiegati in posti di lavoro dove si è esposti a radiazioni ionizzanti.

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Per motivi di sicurezza, poiché le radiazioni ionizzanti non possono essere rilevate dai sensi umani, è necessario utilizzare attrezzature in grado di identificarle ogni volta che una persona è esposta. Di seguito sono descritti i principali strumenti e concetti correlati alla misura delle radiazioni ionizzanti.

Tipi di rivelatori di radiazione (ripetizione)

• Rivelatore a emulsione fotografica: è composto da una pellicola di acetato di cellulosa con uno strato di emulsione contenente sali d'argento. Le radiazioni modificano l'emulsione, scurendo il film. Il film esposto viene quindi portato in laboratorio e confrontato con un film pulito per determinare il grado di scurimento e, di conseguenza, la quantità di radiazione intercettata.
• Rivelatore a ionizzazione gassosa: basato sul principio della raccolta degli ioni prodotti dall'azione delle radiazioni su un gas (aria o gas inerti come elio, argon, krypton). Il rivelatore è costituito da un cilindro metallico che funge da catodo e da un filo centrale che funge da anodo. Quando il gas è ionizzato dalle radiazioni, diventa conduttore e l'intensità della corrente è proporzionale alla quantità di radiazioni presenti nell'ambiente.
• Rivelatore a scintillazione: le radiazioni vengono rilevate tramite i lampi di luce emessi da determinati cristalli quando vengono eccitati. La luce viene catturata e trasformata in impulsi elettrici mediante un fotomoltiplicatore, che amplifica il segnale e permette di determinare l'intensità della radiazione a cui il rivelatore è esposto.
• Rivelatore a luminescenza termica (TLD): alcuni cristalli, se riscaldati, emettono luce dopo essere stati esposti a radiazioni ionizzanti. Questi cristalli vengono utilizzati in piastre o anelli che, analizzati in laboratorio, permettono di determinare la dose cumulativa di radiazione ricevuta.
• Dosimetro personale a lettura diretta (quarzo, ecc.): questo tipo di dosimetro consente all'operatore di leggere direttamente la dose assorbita in un dato intervallo di tempo. Permette la registrazione quotidiana delle dosi assorbite ed è uno strumento utile per strategie di prevenzione.

Unità di misura e quantità rilevanti (ripetizione)

Quando le radiazioni ionizzanti interagiscono con la materia, sono importanti tre grandezze principali:

• Energia trasferita (Linear Energy Transfer, LET): grandezza che descrive l'energia trasferita per unità di percorso dalla radiazione alla materia.
• Dose assorbita: energia assorbita per unità di massa di materiale; le unità correnti sono il gray (Gy) e, in termini storici, il rad (1 rad = 0,01 J/kg = 0,01 Gy).
• Equivalente di dose (effetto sull'uomo): tiene conto dell'effetto biologico della radiazione su tessuti e organi e si misura in sievert (Sv); in unità storiche 1 Sv = 100 rem.

Altre unità e riferimenti (ripetizione):

• Roentgen (R): unità radiometrica di esposizione che indica la carica totale di ioni liberata in una massa di aria secca a pressione e temperatura standard. 1 R corrisponde a 2,58 × 10^-4 C/kg (coulomb per chilogrammo) di aria secca.
• Rad: unità storica di dose assorbita: 1 rad = 100 erg/g = 0,01 J/kg.
• Rem: unità storica per l'equivalente di dose biologico; 1 Sv = 100 rem.

Effetti stocastici e deterministici (ripetizione)

Effetti stocastici (casuali): sono effetti la cui probabilità di comparsa aumenta con la dose ricevuta, mentre la gravità non dipende dalla dose. Statisticamente non esiste una soglia certa per la loro manifestazione. Tipici esempi sono alcuni tipi di tumore e leucemie.

Effetti deterministici (tessutali): sono quelli in cui la gravità delle lesioni aumenta con la dose di radiazione e generalmente si manifestano solo dopo il superamento di una dose soglia. Tra questi si annoverano le ustioni da radiazione, danni a organi e tessuti con conseguenze immediate o sub-acute.

Livelli di rischio e sintomi (ripetizione): a basse dosi (ad esempio meno di 5 rem/anno) il rischio è limitato ma non nullo. Dosi elevate a livello dell'intero corpo (ad esempio nell'ordine di 1–6 Sv) possono produrre gravi lesioni e morte. Le esposizioni possono causare condizioni come leucemia, infertilità, anomalie dello sviluppo fetale, cataratta e danni agli apparati respiratorio e gastrointestinale.

Tecniche di radioprotezione (ripetizione)

• Distanza: la dose di radiazione diminuisce con l'aumentare della distanza dalla sorgente secondo la legge dell'inverso del quadrato (per sorgenti puntiformi).
• Tempo: minore è il tempo di esposizione, minore è la dose assorbita; l'intensità della dose è proporzionale al tempo di esposizione.
• Schermatura (armatura): l'uso di materiali schermanti di adeguato spessore consente di assorbire parte della radiazione e ridurne l'intensità a vantaggio degli operatori.

Normativa e definizioni (ripetizione)

Radiazioni ionizzanti: propagazione di energia di natura corpuscolare o elettromagnetica che, interagendo con la materia, produce ionizzazione.

Materiale radioattivo: qualsiasi materiale con attività specifica superiore a 2 × 10^-3 microcurie per grammo.

Impianto radioattivo: qualsiasi struttura che produce, lavora, gestisce, conserva o utilizza materiali radioattivi o apparecchiature che generano radiazioni ionizzanti.

Sostanza nucleare: combustibili nucleari e uranio impoverito (escluso l'uranio naturale), che da soli o in combinazione con altre sostanze sono in grado di sostenere un processo di fissione nucleare al di fuori di un reattore.

Rifiuti radioattivi: sostanze radioattive o materiali contaminati che, dopo impieghi in ambito medico, scientifico o agricolo, vengono scartati.

Dosimetria: tecnica per misurare la dose assorbita da una persona esposta a radiazioni in un intervallo di tempo.

Storia dosimetrica: insieme di documenti attestanti le dosi ricevute da persone esposte a radiazioni ionizzanti durante lo svolgimento del proprio lavoro.

Classificazione degli impianti radioattivi (Decreto 133) — ripetizione

• Categoria 1: strutture con acceleratori di particelle, impianti di irradiazione, laboratori con materiali radioattivi ad alta attività, radioterapia, radiografia industriale, scintigrafia. Richiedono autorizzazione per costruzione, esercizio e chiusura (temporanea o definitiva).
• Categoria 2: laboratori con bassa attività radiotossica, apparecchiature a raggi X per diagnostica medica e dentale. Anch'essi soggetti ad autorizzazione per esercizio e chiusura.
• Categoria 3: imprese che impiegano sorgenti sigillate per uso industriale (pesometri, densitometri, misuratori di portata); richiedono solo permesso operativo.

Decreto legge sulla protezione dalle radiazioni — ripetizione

Persona professionalmente esposta: individuo che lavora in impianti radioattivi o su macchine che generano radiazioni ionizzanti. Deve indossare durante l'orario di lavoro un dosimetro personale progettato per registrare e rilevare le radiazioni; il dosimetro deve essere fornito dal datore di lavoro con periodicità appropriata.

Limiti di dose per i lavoratori esposti (ripetizione):

• Tutto il corpo, gonadi e midollo osseo: 5 rem/anno (valore storico - fare riferimento ai limiti nazionali aggiornati espressi in sievert o millisievert).
• Occhio (cristallino): 30 rem/anno (valore storico).
• Ogni altro organo singolo: 50 rem/anno (valore storico).

Donne in età fertile: non dovrebbero essere esposte a radiazioni ionizzanti; qualora necessaria l'esposizione, non dovrebbe superare 1,25 rem per trimestre (valore storico; consultare normativa vigente).

Minorenni: i minori di 18 anni non possono essere impiegati in posti di lavoro dove si è esposti a radiazioni ionizzanti.