Lezione 29 del 16/12/2014 Onde E-M Abbiamo visto che campi elettrici e magnetici sono tra loro correlati. • Le cariche in movimento (correnti) creano campi magnetici • I campi magnetici variabili creano correnti elettriche La loro correlazione è molto più forte, la luce è un’onda di natura elettromagnetica • propagazione anche nel vuoto, velocità c = λf =3*108 m/s • perturbazione sono i campi elettrici e magnetici • E e B sempre perpendicolari tra loro • onde trasversali • Trasportano energia, le ampiezze dei campi Trasporto Le onde E-M possono viaggiare sia nel vuoto che nei metalli. Nei cavi coassiali vengono trasmessi suoni e immagini della televisione, preventivamente trasformati in onde E-M. Il microfono o l’altoparlante sono dei trasduttori, trasformano onde sonore in onde E-M e viceversa. Gabbia di Faraday A un concerto sente prima una persona in fondo al palco o una persona che lo ascolta alla radio? Assorbimento L’onda che investe un materiale deposita parte della propria energia eccitando le particelle cariche (campi elettrici e manetici), come l’esempio dell’onda che viaggia sulla corda e raggiunge il capo opposto. Spettro elettromagnetico Intervallo di frequenze di onde con sorgenti non naturali (TV, satelliti, telefonia, radio) Spettro solare "MAX 0.2897(cmK) = T(K) Legge di Wien: Picco di emissione di un corpo nero alla temperatura T ! Irradiazione "MAX 0.2897(cmK) = T(K) Si calcoli la lunghezza d’onda λmax di un corpo che emette a una temperatura di 37 oC ! la lunghezza d’onda λmax di un corpo che emette a una Si calcoli temperatura di 1000 oC Si ricavi dal grafico dello spettro solare λmax e si ricavi la temperatura teorica del sole. Corpo nero !MAX 0.2897(cmK ) = ! 550nm 5780K Natura corpuscolare luce Le onde E-M hanno anche una natura corpuscolare. La luce che colpisce la materia viene assorbita a pacchetti di energia, detti fotoni. Ogni fotone ha un’energia E=hν, dove h è la costante di Planck (6.626*10-34 Js) Non è importante solo la quantità di energia che viene inviata su un materiale ma anche la frequenza della luce che compone il fascio, cioè l’energia di ciascun fotone Esempio Si calcoli l’energia di un fotone di frequenza 1 MHz (h=6.626*10-34 Js) E=6.626*10-34 Js*106/s=6.626*10-28 J E=6.626*10-28/1.6*10-19 eV=4*10-9 eV Si calcoli l’energia di un fotone di frequenza 1014 Hz E=6.626*10-34 Js*1014/s=6.626*10-20 J E=6.626*10-20/1.6*10-19 eV=0.4 eV Fotone con λ=1 Å => v=νλ => ν=v/λ=3*108 m/s /10-10 m=3*1018 Hz E=6.626*10-34 Js*3*1018/s=2*10-15 J E=2*10-15/1.6*10-19 eV=1.2*104 eV λ compresa tra 1 mm e 0.7 µm Si ottengono per emissione termica I "T 4 Infrarosso "MAX 0.2897(cmK) = T(K) Quale è la temperatura a cui un corpo emette la radiazione infrarossa massima λ=0.7 µm? T(K)=0.2897 cm K/0.7 µm= 0.2897 104 µmK/0.7 µm=4138 K Calcolare la lunghezza d’onda massima di una radiazione emessa alla temperatura di 1200 ! K. λ=0.2897 cmK/1200 K=1.96 10-4 cm=2.41µm Infrarosso Sole (lampada a 5800 K): potente sorgente infrarossa λ =0.7 µm penetrazione qualche centimetro λ =1.4 µm assorbimento nell’epidermide Per usare infrarossi in terapia occorre usare infrarossi con λ piccola Lampade ad alta temperatura (T=3000 K). Le stufe, che lavorano a T<1200 oC, riscaldano il corpo per conduzione dagli strati esterni. Fotografia all’infrarosso: una regione infiammata presenta una T>Tc, poco usata oggi per presenza troppe variabili e rumore di fondo Ultravioletto λ compresa tra 0.4 µm (400 nm) e 100 nm Fotoni di energia tra 3eV e 12eV Si ottengono per emissione termica ad altissima temperatura Lampade a incandescenza o a fluorescenza con gas di mercurio, tubi a scarica UVA 400-315 nm lampade a fluorescenza UVB 315-280 nm UVC 280-100 nm fermati dall’atmosfera, tramite ossigeno e ozono Ultravioletto Provocano modificazioni chimiche -- legame C-C 4 eV Nella pelle UVB 280 nm formazione vitamina D Abbronzatura: pigmento che assorbendo UV protegge strati sottostanti Retina protetta da cornea e umor acqueo e cristallino Azione battericida tramite modificazioni chimiche Struttura atomi Gli atomi presentano delle periodicità nelle dimensioni e nelle energie di ionizzazione. Atomi con tanti elettroni sembrano non troppo diversi da quelli con pochi elettroni. Struttura atomi Nella fisica moderna non è possibile individuare la posizione degli elettroni rispetto al nucleo ma si parla di probabilità di stare a una certa distanza Struttura atomi Gli elettroni sono organizzati a livelli con delle precise simmetrie. Ciascun livello elettronico corrisponde a un energia ben definita. I passaggi tra livelli sono associati a emissione/assorbimento di fotoni di energia corrispondente alla differenza di energia tra i livelli in questione. Lezione (30) del 18/12/2011 Struttura atomi Dalla eccitazione/diseccitazione di atomi possiamo produrre onde e-m: se riscaldiamo termicamente un atomo o facciamo urtare atomi tra loro possiamo indurre transizioni tra gli stati elettronici. Questo fenomeno però interessa solo i livelli elettronici più esterni, quelli che coinvolgono gli elettroni di valenza. E le onde e-m, o i fotoni emessi, si trovano nella regione al massimo dell’ultravioletto (qualche eV di energia). Basti pensare che per eccitare termicamente un elettrone con energia di legame di 1 eV ci vorrebbero 11594 K! 1eV=1.6*10-19j=kBT Raggi X I raggi X sono onde e-m di lunghezza d’onda molto piccola (λ≈10-10-3 Å) e quindi frequenze elevate (1017-1021 Hz) o da 102 a 106 eV. Sono pertanto assenti da emissioni termiche o emissioni ottenute con scariche elettriche e lampade gas. Occorre eccitare gli elettroni più interni degli atomi e questo viene fatto bombardando un metallo con elettroni liberi e con un’energia cinetica molto alta. Quando particelle cariche vengono frenate bruscamente si ha emissione di fotoni, si parla di radiazione di frenamento (bremsstrahlung)!!! Tubo a raggi X Dispositivo che accelera elettroni contro una placca metallica. Circuito primario a basso potenziale per scaldare il catodo, effetto Joule, creo elettroni liberi. Circuito secondario ad alto potenziale per accelerare gli elettroni usciti. All’anodo escono radiazioni X. Spettro Spettro tipico di un tubo a raggi X. Viene data l’intensità del fascio in funzione dell’energia dei fotoni Lo spettro è costituito dalla sovrapposizione di una curva continua più alcuni picchi. Lo spettro rispecchia la struttura dell’atomo Quando gli elettroni accelerati colpiscono il metallo interagiscono direttamente con ciascun atomo. Vengono deflessi più o meno dall’atomo e perdono energia emettendo raggi X. L’energia che perdono è l’energia dei fotoni X. Modello atomo La radiazione da frenamento spiega la curva continua della spettro Se acceleriamo un elettrone, questo acquisterà energia cinetica pari a: 1 2 mv = e!V 2 In formula Se TUTTA l’energia cinetica (migliaia di eV) viene persa per frenamento, il fotone uscirà con energia: E = hfmax = e!V La frequenza massima dipende dal potenziale acceleratore. La lunghezza d’onda minima sarà quindi: hc 1238 !min = = Volt " nm e!V !V Spettro a linee Cosa succede se invece di rallentare gli elettroni del fascio accelerato scalzano gli elettroni del metallo? Uno dei livelli elettronici si svuota, e un elettrone più esterno può cambiare livello emettendo un fotone X L’energia del fotone X è la differenza di energia tra i due livelli elettronici. Questo processo spiega le linee dello spettro a raggi X Spettro totale Il tipo di metallo che compone l’anodo del tubo a raggi X caratterizza lo spettro totale, sia la parte continua che quella a linee. Spettro raggi X Ci sono due maniere di modificare lo spettro di emissione di un tubo a raggi X. 1) Si agisce sul circuito secondario. 2) Si agisce sul circuito primario. Mentre il secondario fissa la massima energia dei fotoni (conservazione energia), il primario fissa l’intensità totale. 1 2 Riassunto Se si agisce sul circuito secondario si cambia il potenziale acceleratore. Un aumento del potenziale crea elettroni più energetici e quindi raggi X più energetici Se si agisce sul circuito primario si aumenta il numero di elettroni che escono dal metallo per effetto Joule. L’intensità cambia ma non l’energia di ciascun fotone X. Assorbimento I raggi X, come tutte le radiazioni e-m, vengono assorbiti dai materiali/tessuti. La legge di assorbimento è quella che abbiamo già visto: la variazione di energia depositata dipende dall’energia iniziale e da un coefficiente di assorbimento. dI ! = µ I(x) dx !µ x I(x) = I 0 e Assorbimento L’assorbimento dei raggi X da parte degli atomi del materiale irraggiato dipende da diversi meccanismi: diffusione, effetto fotoelettrico, effetto Compton e produzione di coppie elettrone-positrone Nella diffusione (figura a lato) i fotoni incidenti vengono deviati dagli atomi in tutte le direzioni senza variazione di energia, e il fascio uscente si estingue mentre la differenza di intensità si distribuisce in maniera uniforme: radiazione diffusa che crea rumore di fondo negli studi radiologici. Assorbimento Nell’effetto fotoelettrico i raggi X vengono assorbiti con rilascio di un elettrone (detto fotoelettrone). Questo assorbimento dipende fortemente dal numero Z degli atomi che costituiscono il materiale: 4 Z µ = Cn d 3 E Nell’effetto Compton si ha contemporaneamente emissione di un elettrone (di valenza) e deviazione del fotone originario. Questo assorbimento non dipende da Z. d µ! E Assorbimento La produzione di coppie si ha con un’energia di soglia, circa 1 MeV, cioè per energie molto alte. Dalla relazione di Einstein si può ricavare l’energia necessaria a creare un elettrone (positrone): E=mc2=0.51 Mev Assorbimento L’assorbimento totale è dato dalla somma dei vari meccanismi. Come si vede in figura questi possono essere preponderanti in alcune regione. µ = µ + µ + µ ! " # Per le radiografie si utilizza fondamentalmente il meccanismo di assorbimento per effetto fotoelettrico per la sua forte dipendenza da Z! Principio radiografia I(x) = I0e" µx µ # Z4 Assorbimento Immagine radiologica Il differente assorbimento dei raggi X nei tessuti viene usato per produrre immagini radiologiche. Immagini Schermo fluorescente vs pellicola fotografica Immagini positive e negative Nella radioscopia si produce luce visibile proporzionale all’intensità dei raggi X uscenti: per le ossa si ha quasi assenza di luce. Nella radiografia si usa invece una pellicola che diventa scura per un’intensità elevata di raggi X, cioè qui le ossa sono chiare. Radiazioni ionizzanti, dosi e danni biologici Si ringraziano Prof. P. Randaccio Dott.ssa A. Bernardini Servizio di Fisica Sanitaria e Radioprotezione Dipartimento di Fisica, Unica Decadimenti Radioattivi La materia in se non è stabile per sempre ma è soggetta a trasformazioni spontanee e casuali, dette decadimenti Naturalmente valgono i principi di conservazione di energia e massa, ovvero si ha trasformazione con produzione di qualcosa d’altro sotto forma di altra energia e massa (particelle), dette radiazioni Il decadimento radioattivo è un fenomeno naturale!!! Nucleo(A, Z) è Nucleo(A-4, Z-2) + α + (γ) n è p + β- + (γ) p è n + β+ + (γ) Mentre la particella α è un “frammento” del nucleo, quelle β NON sono costituenti del nucleo. Da dove provengono? La vitamedia media di alcune Vita particelle e atomi n (neutrone) p (protone) e (elettrone) P (muone) U 238 U 235 W= 15 minuti W> 1032 anni W= infinito W = 2.19 10-6 s W= 4.5 109 anni W= 7.1 108 anni Prof. Paolo Randaccio – [email protected] Servizio di Fisica Sanitaria e Radioprotezione – Università di Cagliari Nuclei La forza forte, con un azione molto breve, tiene insieme i protoni nel nucleo, che si respingerebbero per l’azione della forza elettrostatica, il cui raggio di azione è infinito. I neutroni, per cui non esiste forza elettrostatica, sono il collante dei nuclei: per i nuclei con alto Z i neutroni sono più dei protoni, come si vede dalla figura. Neutroni Protoni Non tutti i nuclei sono stabili ma decadono, per un eccesso di neutroni o protoni, verso nuclei stabili (pallini neri in figura). Questi decadimenti fanno cambiare il numero di protoni e neutroni. Lezione 31 del 20/12/2014 Decadimento • Il decadimento è un fenomeno probabilistico • λ = probabilità che una particella decada in un secondo. Di solito è un numero molto piccolo • Essendo un fenomeno probabilistico non possiamo dire esattamente quando decadrà • Ma se abbiamo un numero molto grande N di particelle, possiamo dire che in un secondo decadono λN particelle • Detto N(t) il numero di particelle all’istante t si ha: dN(t) = !! N(t)dt Legge decadimento dN(t) = !! N(t) dt La soluzione di questa equazione differenziale l’abbiamo già trovata nella carica/scarica dei condensatori, detto N0 il numero di particelle all’istante t=0 abbiamo: N(t) = N 0 e ! !t Tempo di dimezzamento N(t) = N 0 e ! !t Misura radioattività N(t) = N 0 e ! !t La radioattività si quantifica usando l’Attività. Questa grandezza misura il numero di decadimenti al secondo ed è quindi definita come: A(t) = ! N(t) = ! N 0 e ! !t = A0 e ! !t Ha lo stesso andamento nel tempo del numero di nuclei N(t). L’attività diminuisce esponenzialmente nel tempo! L’unità di misura dovrebbe essere Hertz (s-1) ma per associarla al processo fisico di decadimento si usa un’unità di misura ad hoc, il Bequerel (Bq) Particelle alfa (α) Particelle beta (β) Radiazione gamma (γ) Il carbonio Le famiglie radioattive La famiglia dell’Uranio 238 Condizione di Equilibrio Dinamico Le condizioni di equilibrio nella famiglia radioattiva U238 N1 dN 1 dt O1 N 1 La velocità di svuotamento (-dN/dt) dipende dal livello nel serbatoio (N) e dalle dimensioni della valvola di scarico (O) Th234 N2 dN 2 dt Possiamo immaginare la famiglia radioattiva come una serie di serbatoi ciascuno dei quali si svuota riempiendo il successivo Quando si raggiungono le condizioni di equilibrio le velocità di svuotamento di tutti i serbatoi sono uguali O2 N 2 Pa234 N3 dN 3 dt O3 N 3 La velocità di decadimento di un radioisotopo (analoga alla velocità di svuotamento del serbatoio) è chiamata Attività e dipende dalla costante di decadimento O In condizioni di equilibrio le Attività di tutti i radioisotopi della famiglia sono uguali Prof. Paolo Randaccio – [email protected] Servizio di Fisica Sanitaria e Radioprotezione – Università di Cagliari Energie del decadimento U238 Segnali radioisotopi Uno spettro J in condizioni di equilibrio : roccia dei fondali del mare de La Maddalena Spettro gamma - Roccia campione 1 1120 keV : Bi214 1462 keV : K40 968 keV : Ac228 (Th) 609 keV : Bi214 352 keV : Pb214 Si notano anche le righe dei discendenti del Th232 e la presenza del K40 911 keV :Ac228 (Th) 1000 583 keV : Tl208 (Th) 2000 511 keV : Tl208 (Th) 3000 186 keV : Ra226 77 keV : Pb214 4000 93 keV : Th234 Conteggi 5000 Nello spettro sono presenti le righe tipiche dei discendenti dell’U238 nelle proporzioni corrispondenti alle condizioni di equilibrio 338 keV Ac228 (Th) 6000 295 keV : Pb214 242 keV : Bi214 7000 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Energia (keV) Prof. Paolo Randaccio – [email protected] Servizio di Fisica Sanitaria e Radioprotezione – Università di Cagliari 1600 1800 Una strana anomalia : un eccesso di Th234 in un campione di alghe rosse Spettro gamma - Alghe - Prima misura 10000 La concentrazione di Th234 è molto più alta di quanto ci si aspetta in condizioni di equilibrio 93 keV : Th234 9000 8000 Si nota anche la presenza del Pa 234m che è il discendente del Th234 7000 1120 keV : Bi214 1001 keV : Pa234m 766 keV : Pa234m 609 keV : Bi214 583 keV : Tl208 481 keV : Pa234 1000 352 keV : Pb214 2000 242 keV : Bi214 3000 186 keV : Ra226 4000 113 keV : Th234 5000 63 keV : Th234 Conteggi 6000 1462 keV : K40 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Energia (keV) Prof. Paolo Randaccio – [email protected] Servizio di Fisica Sanitaria e Radioprotezione – Università di Cagliari 1600 1800 Radioisotopi naturali Radioisotopi artificiali I-131 8 giorni Miscele di isotopi Stimare quanti atomi di K40 si trovano nel nostro corpo e la sua attività Un altro radioisotopo mitico Tc 99 metastabile Il Mo99 decade in Tc99* con un tempo di dimezzamento di circa 6 giorni Il Tc99* rimane in uno stato eccitato (metastabile) per un tempo T = 6 h. Questo tipo di decadimento è chiamato transizione isomerica (isomero: stesso Z, stesso A) Mo 99 E Tc 99 * J Tc 99 • In pratica si acquista settimanalmente il radioisotopo Mo99 • All’atto della preparazione del radiofarmaco si separa chimicamente il Tc dal Mo, dato che Tc e Mo hanno comportamenti chimici molto diversi • Al paziente si somministra il Tc99* che va incontro a decadimento isomerico emettendo solo radiazione J Prof. Paolo Randaccio – [email protected] Servizio di Fisica Sanitaria e Radioprotezione – Università di Cagliari Impiego di radioisotopi in medicina nucleare Un sistema di diagnosi per immagini in medicina nucleare consiste in: • un particolare radiofarmaco che viene metabolizzato dall'organismo e si concentra nell’organo di interesse; • un rivelatore di radiazioni ( Gammacamera = macchina fotografica per raggi gamma) che fornisce una distribuzione spaziale del radioisotopo all’interno del corpo del paziente. Prof. Paolo Randaccio – [email protected] Servizio di Fisica Sanitaria e Radioprotezione – Università di Cagliari Gli ioni nei legami chimici Le radiazioni ionizzanti sono chiamate così per la loro capacità di ionizzare gli atomi della materia con cui interagiscono. + Il comportamento chimico di uno ione è diverso rispetto neutrone a quello di un atomo neutro e questo altera il materiale di cui l’atomo ionizzato fa parte. protone + elettrone Ione Dott.Alessandra Bernardini – [email protected] Servizio di Fisica Sanitaria e Radioprotezione – Università di Cagliari 2 Spettro elettromagnetico • • • • Le radiazioni luminose hanno energie comprese tra 1,5 e 3 eV I raggi ultravioletti tra 3 e 20 eV I raggi X usati per le radiografie tra 20.000 e 100.000 ev (20 e 100 keV) I raggi gamma emessi dal Cesio 137 esattamente 661.645 eV (~662 keV) • 1 keV = 1000 eV Dott.Alessandra Bernardini – [email protected] Servizio di Fisica Sanitaria e Radioprotezione – Università di Cagliari 18 Potere frenante !E S= !x Il potere frenante delle particelle misura quanta energia viene rilasciata attraverso i tessuti/materiali. Percorsi Penetrazione cute Potere di penetrazione Perché non si usano elementi “pesanti” per schermare la radiazione β? Irraggiamento esterno vs interno Danni biologici da radiazione 1 Il danno biologico, provocato dalle radiazioni, deriva dalla ionizzazione degli atomi che compongono le strutture molecolari alla base delle cellule negli organismi viventi. Un atomo ionizzato tenderà a produrre nuovi legami chimici all’interno della molecola alla quale appartiene. Le funzioni vitali della cellula possono essere compromesse se la molecola danneggiata ha una importanza critica all’interno della Dott.Alessandra Bernardini – [email protected] cellula. Servizio di Fisica Sanitaria e Radioprotezione – Università di Cagliari CELLULA 3 Danni biologici da radiazione 2 Il danno biologico: Molecolare Cellulare Organico Un danno cellulare o organico è sempre prodotto da un danno molecolare. L’esposizione a radiazioni ionizzanti di un corpo vivente ne può alterare il bilanciamento chimico compromettendo la funzionalità delle cellule. Se il numero delle cellule compromesse è elevato, allora la funzionalità dell’intero corpo potrebbe essere inibita. Dott.Alessandra Bernardini – [email protected] Servizio di Fisica Sanitaria e Radioprotezione – Università di Cagliari 4 Danni biologici da radiazione 3 Le radiazioni ionizzanti che interagiscono con le cellule producono ionizzazioni ed eccitazioni sia nelle macromolecole vitali (DNA) che nell’acqua contenuta all’interno delle cellule. Nel primo caso viene generato un danno direttamente sulle macromolecole, nel secondo caso vengono prodotti i radicali liberi che indirettamente causano danni alle molecole. Azione diretta Ionizzazioni prodotte direttamente negli atomi delle molecole di DNA. Possono produrre inattività o alterazione della funzionalità delle molecole Azione indiretta Effetti dovuti alla produzione di radicali liberi a causa della idrolisi dell’acqua. Possono produrre la distruzione delle macromolecole con conseguente morte della cellula Dott.Alessandra Bernardini – [email protected] Servizio di Fisica Sanitaria e Radioprotezione – Università di Cagliari 5 Effetti chimici e biologici Gli effetti chimici e biologici, nel tessuto umano, dipendono dalla dose assorbita : (dose assorbita = energia assorbita / massa); Maggiore è l’energia assorbita maggiore è il numero di ionizzazioni ed eccitazioni prodotte; A parità di dose assorbita, il danno biologico può variare, in quanto dipende: dalle ionizzazioni subite per unità di cammino percorso (LET); Linear Energy Transfer reazione biologica (RBE); dalla presenza di ossigeno nei tessuti (OER). Dott.Alessandra Bernardini – [email protected] Servizio di Fisica Sanitaria e Radioprotezione – Università di Cagliari 6 Dose assorbita È la quantità di energia assorbita da una massa unitaria di materiale attraversato: D dE dm Questa quantità non tiene conto: degli effetti biologici indotti da radiazioni di diversa qualità; dalla risposta dei diversi tessuti biologici; dall’effetto di accrescimento dovuto alla eventuale presenza di Ossigeno. Dott.Alessandra Bernardini – [email protected] Servizio di Fisica Sanitaria e Radioprotezione – Università di Cagliari 12 Dose Equivalente È definita mediante un fattore di ponderazione wR che tiene conto del LET della radiazione e Valori di wR in qualche modo anche della RBE ¦w H R T u DT , R R wR = fattore di ponderazione per la radiazione R DT,R = dose assorbita mediata sull’organo o tessuto T a causa della radiazione R Fotoni di tutte le energie 1 Elettroni e muoni di tutte le energie 1 Neutroni, energia < 10 keV 5 tra 10 keV e 100 keV 10 tra 100 keV e 2 MeV 20 tra 2 MeV e 20 MeV 10 > 20 MeV Protoni tranne quelli di rinculo, energia > 2 MeV Particelle alfa, frammenti di fissione, nuclei pesanti Dott.Alessandra Bernardini – [email protected] Servizio di Fisica Sanitaria e Radioprotezione – Università di Cagliari 5 5 20 Dose Efficace Nella Dose Efficace si tiene conto degli effetti biologici probabilistici in funzione dell’organo o tessuto irradiato mediante il fattore di Valori di wT Gonadi ponderazione wT E ¦w T u HT T wT = fattore di ponderazione per l’organo o tessuto T HT = dose equivalene nel tessuto o organo T Midollo osseo (rosso) Colon Polmone Stomaco Vescica Mammella Fegato Esofago Tiroide Cute Superfici ossee Altri tessuti Dott.Alessandra Bernardini – [email protected] Servizio di Fisica Sanitaria e Radioprotezione – Università di Cagliari 0,20 0,12 0,12 0,12 0,12 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,01 0,01 0,05 Unità di misura Joule Gray (Gy ) 1 kg dE ) dm Dose assorbita (D Dose equivalente (H ¦w R u DT , R) Sievert ( Sv) >Gy @ R Dose efficace ( E ¦w T u H T) Sievert ( Sv) >Gy @ T Quando si parla di Sievert, vuol dire che si sta tenendo conto del tipo di radiazione incidente Dott.Alessandra Bernardini – [email protected] Servizio di Fisica Sanitaria e Radioprotezione – Università di Cagliari 15 Azione diretta e indiretta Azione diretta: la radiazione crea ionizzazione negli atomi che costituiscono le macromolecole vitali (DNA), quindi la cellula viene danneggiata direttamente dalla radiazione. Azione indiretta: il danno è prodotto dai radicali liberi dovuti dalla ionizzazione delle molecole d’acqua che costituiscono circa il 80% del corpo umano. Dott.Alessandra Bernardini – [email protected] Servizio di Fisica Sanitaria e Radioprotezione – Università di Cagliari 16 Effetti biologici delle radiazioni I danni biologici dovuti alle radiazioni ionizzanti sono a carico della cellula Rottura della membrana nucleare Rottura di un complesso DNA-membrana Rottura della guaina proteica Rottura di un doppio filamento di DNA Rottura della membrana mitocondriale Rottura di un singolo filamento di DNA Dott.Alessandra Bernardini – [email protected] Servizio di Fisica Sanitaria e Radioprotezione – Università di Cagliari 18 Danno al DNA Il danno più grave alla cellula è a carico del materiale genetico nucleare (DNA). Alterazioni del DNA possono causare: Morte istantanea della cellula con conseguente detrimento dell’organo di appartenenza. Morte riproduttiva, la cellula non è più in grado di riprodursi. Apoptosi, cioè morte programmata della cellula Induzione di processo neoplastico. Dott.Alessandra Bernardini – [email protected] Servizio di Fisica Sanitaria e Radioprotezione – Università di Cagliari 19 Processi di riparazione Se il danno al DNA è su uno solo dei filamenti di zuccheri e ortofosfati che lo costituiscono, allora il danno è riparabile. Se il danno al DNA è su entrambi i filamenti, allora si possono avere due situazioni: 1- la cellula muore (subito o quando tenta di riprodursi) 2 – la cellula non muore ma la perdita di informazione si traduce in una mutazione che potrebbe dare inizio ad un processo neoplastico. Dott.Alessandra Bernardini – [email protected] Servizio di Fisica Sanitaria e Radioprotezione – Università di Cagliari 20 Effetti radiazioni Confronto fra dosi Dosi “naturali”
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