Figura 5.4 Andamento, in funzione dell’energia dei fotoni, del rapporto de
7.3 Le grandezze dosimetriche operative
7.3.1. a L’equivalente di dose ambientale
L’equivalente di dose ambientale, H*(d), è la grandezza dosimetrica
operativa che si utilizza per avere una stima della dose efficace nel monitoraggio di area con radiazione fortemente penetrante. Nell’ambito
Figura 7.2 - Rappresentazione schematica dei concetti di campo espanso e di campo allineato ed espanso nel caso in cui la sfera ICRU sia realmente presente nel campo di radiazione. Nel campo espanso, la radiazione primaria incidente sulla sfera ICRU ha, su tutta la superficie della sfera, le stesse caratteristiche che il campo reale ha nel punto in cui viene effettuata la misura. All’interno della sfera è presente: a) sia quella componente della radiazione primaria (frecce lineari) che non ha subito interazioni e che ha quindi le medesime caratteristiche della radiazione primaria incidente, b) sia la radiazione secondaria (frecce curvilinee) caratterizzata da energie e direzioni diverse rispetto alla radiazione primaria. Un’analoga situazione vale per il campo allineato ed espanso. Come in figura 7.1, la diversa direzione ed energia della radiazione primaria sono schematizzati dal diverso orientamento e dal diverso spessore delle frecce lineari
delle radiazioni ambientali di maggior interesse in radioprotezione sono tipicamente considerate radiazioni fortemente penetranti i neutroni, i fotoni con energia maggiore di 15 keV e la radiazione beta con energia superiore a 2 MeV.
La definizione di questa grandezza è la seguente:
L’equivalente di dose ambientale, H*(d), in un punto in un campo di radiazione è l’equivalente di dose (eq. 4.17) che sarebbe prodotto dal corrispondente campo allineato ed espanso nella sfera ICRU alla profondità d sul raggio della sfera situato in direzione opposta a quella del campo allineato.
Il significato di H*(d) è illustrato in figura 7.3. Il valore raccomandato per
la profondità d è 10 mm. Quindi per il monitoraggio di area la grandezza usata per radiazione fortemente penetrante è l’equivalente di dose ambientale H*(10).
Poiché per sua definizione H*(10) non dipende dalla direzione della radiazione incidente, gli strumenti usati per la misura di questa grandezza devono avere anch’essi una risposta il più possibile indipendente dall’orientazione nel campo di radiazione. Qualsiasi rivelatore ha una risposta tanto più isotropa quanto maggiore è l’energia della radiazione. Perciò l’impiego di H*(10) è limitato a radiazioni fortemente penetranti. L’espansione e l’allineamento del campo di radiazione non sono necessari nelle reali condizioni di misura. Si tratta di una condizione richiesta solo sul piano teorico, per definire la grandezza H*(10) e allorché si vogliano calcolare i valori di H*(10) nel punto di interesse nella sfera ICRU, in funzione dell’energia di un dato tipo di radiazione. Figura 7.3 - La sfera ICRU esposta a un campo di radiazione allineato ed espanso. Il punto in cui si determina l’equivalente di dose ambientale H*(d) si trova alla profondità d nella sfera lungo il raggio della sfera opposto alla direzione di allineamento del campo. Il campo allineato ed espanso è un campo unidirezionale avente la stessa fluenza e la stessa distribuzione di energia che ha il campo reale nel punto al quale H*(d) è riferito (il punto dove è posto il rivelatore con cui si effettua la misura)
Tali valori forniscono, come si vedrà in seguito, i fattori di conversione da utilizzarsi in fase di taratura dello strumento. Naturalmente anche in fase di taratura è importante che i fasci di radiazione utilizzati siano quanto più possibile “allineati ed espansi”.
L’equivalente di dose ambientale è una grandezza che in base alla sua definizione ha come unità di misura il “sievert” (Sv) e fornisce una stima ragionevole della dose efficace, E, la grandezza con cui si esprimono i limiti di dose in radioprotezione. Questa stima è più o meno accurata a seconda del tipo e di energia della radiazione e delle condizioni di irraggiamento (in particolare l’angolo di incidenza della radiazione). Nella pratica la radiazione ambientale non ha una direzione privilegiata, né la possiede l’individuo che si muove nel campo di radiazione.
Nella gran parte delle condizioni di irraggiamento – in relazione ai tipi diversi di radiazioni e alle diverse energie e direzioni di incidenza – l’equivalente di dose ambientale H*(10) sovrastima la dose efficace E, come è mostrato nell’esempio riportato in figura 7.4 riguardante una situazione di irraggiamento con fotoni. Le poche eccezioni in cui H*(10) Figura 7.4 - Dipendenza dell’equivalente di dose ambientale H*(10) (linea piena) e della dose efficace E (linea tratteggiata), dall’energia dei fotoni in una tipica condizione di irraggiamento (radiazione incidente frontalmente su tutto il corpo). I valori di H*(10) e di E sono normalizzati al kerma in aria Ka dei fotoni. Nell’intervallo di energia dei fotoni di maggiore interesse in radioprotezione (al di sotto di 1 MeV), l’equivalente di dose ambientale sovrastima la dose efficace di cui ha però lo stesso andamento in funzione dell’energia (curve ottenute con dati da ICRU 1998)
sottostima E riguardano essenzialmente esposizioni ai neutroni (si veda l’esempio in figura 7.5) ad energie meno frequenti nei campi di radiazione ambientali. Nell’approssimare la dose efficace è in generale preferibile una sovrastima anziché una sottostima. Una sovrastima è infatti maggiormente cautelativa dal punto di vista protezionistico in quanto essa induce a mettere in atto precauzioni (come le schermature) più efficaci di quanto sarebbe realmente necessario.
7.3.1.b L’equivalente di dose direzionale
L’equivalente di dose direzionale è una grandezza dosimetrica che si utilizza per avere una stima della dose efficace E nel monitoraggio di area con radiazione debolmente penetrante. Nell’ambito della radiazione ambientale di maggior interesse in radioprotezione sono tipicamente Figura 7.5 - Dipendenza dell’equivalente di dose ambientale H*(10) (linea piena) e della dose efficace E (linea tratteggiata) dall’energia dei neutroni, in una tipica condizione di irraggiamento (radiazione incidente frontalmente su tutto il corpo). I valori di H*(10) e di E sono normalizzati alla fluenza Ф dei neutroni. Nell’intervallo di energia dei neutroni fra 0,01 eV e 1 eV, l’equivalente di dose ambientale sovrastima la dose efficace di cui ha però lo stesso andamento in funzione dell’energia. L’equivalente di dose ambientale sottostima invece la dose efficace nell’intervallo di energia fra 1 eV e 100 keV e nell’intervallo tra alcuni MeV e 40 MeV. La sottostima di E da parte di H*(10) si ha quindi solo per neutroni di minor interesse in radioprotezione poiché relativi a energie meno frequenti nei campi di radiazione ambientali (curve ottenute con dati da ICRU 1998)
considerate radiazioni debolmente penetranti le particelle alfa, la radiazione beta con energia inferiore a 2 MeV e i fotoni con energia al di sotto di 15 keV. La definizione di questa grandezza è la seguente:
l’equivalente di dose direzionale H’(d,a) in un punto in un campo di radiazione è l’equivalente di dose (eq. 4.17) che sarebbe prodotto dal corrispondente campo espanso nella sfera ICRU alla profondità d su un raggio della sfera situato in una direzione α specificata.
Il significato di H’(d,a), la cui unità di misura è il “sievert” (Sv), è illustrato in figura 7.6.
Il valore raccomandato per la profondità d è d = 0,07 mm se H’(d,a) è riferito alla pelle e d = 3 mm se H’(d,a) è riferito all’occhio.
Quindi per il monitoraggio di area con radiazione debolmente penetrante, la grandezza usata è H’(0,07,a) e H’(3,a) a seconda dei due particolari organi cui la misura deve essere riferita.
La definizione di H’(d,a) deve includere la dipendenza da α poiché, con radiazione poco penetrante, la dose efficace, E, – di cui H’(d,a) deve fornire un’adeguata approssimazione – è anch’essa dipendente dall’angolo di incidenza della radiazione sul corpo umano. La radiazione di bassa energia può essere fortemente attenuata nell’attraversare il corpo umano. Quindi la dose assorbita nei punti del corpo situati nella regione opposta a quella dove la radiazione incide, può risultare sensibilmente inferiore alla dose nei punti posti nella regione frontale alla direzione di incidenza.
In base alla sua definizione, la dose efficace E può essere fortemente variabile in funzione dell’angolo di incidenza della radiazione sul corpo, se la radiazione è poco penetrante. A causa di questa dipendenza è
Figura 7.6 - La sfera ICRU esposta a un campo di radiazioni espanso. Il punto in cui si determina l’equivalente di dose direzionale, H’(d, α) si trova alla profondità d nella sfera lungo un raggio della sfera avente una specificata direzione α rispetto a una data direzione di riferimento. Il campo espanso è un campo con la stessa fluenza e la stessa distribuzione di energia e di direzione che ha il campo reale nel punto al quale H’(d, α) è riferito (il punto dove è posto il rivelatore con cui si effettua la misura)
necessario specificare la direzione α ogni qualvolta si indica un dato valore dell’equivalente di dose direzionale.
Poiché, per sua definizione, H’(d,a) dipende dalla direzione della radiazione incidente, gli strumenti usati per la misura di questa grandezza devono avere anch’essi una risposta il più possibile dipendente dall’orientazione nel campo di radiazione. Qualsiasi rivelatore ha d’altra parte una risposta tanto meno isotropa quanto minore è l’energia della radiazione.
Uno strumento tarato in termini di H’(d,a) misurerà quindi con adeguata accuratezza questa grandezza purché esso sia progettato in modo da avere, per una data energia della radiazione, una risposta anisotropa in funzione di α, in misura confrontabile con la corrispondente variazione della dose efficace E in funzione dell’angolo di incidenza della radiazione sul corpo umano.
Nelle figure 7.7 e 7.8 è mostrato l’andamento dell’equivalente di dose
direzionale H’(0,07,a) al variare dell’angolo α tra la direzione di riferimento per la misura e la direzione di un fascio di fotoni e di elettroni, rispettivamente. La pronunciata dipendenza da α è dovuta al fatto che la radiazione, a seconda della sua direzione di incidenza, attraversa spessori di sfera ICRU significativamente diversi tra loro. Figura 7.7 - Dipendenza del rapporto H’(0,07, α)/H’(0,07, 0°) dall’angolo di incidenza α (rispetto a una direzione di riferimento a 0°) di un fascio di fotoni di diversa energia sulla sfera ICRU (curve ottenute con dati da ICRU 1998)