LE GRANDEZZE DI INTERESSE IN RADIOPROTEZIONE
7.2 Le grandezze radioprotezionistiche
7.3.3 Modalità di taratura degli strumenti di misura delle grandezze dosimetriche operative
Nella pratica radioprotezionistica la misura di una qualsiasi grandezza dosimetrica si riduce sempre alla misura di un segnale (di carica, di luce ecc.) specifico del tipo di rivelatore (a gas, a stato solido o chimico) del complesso si misura impiegato. È il tipo di taratura che si effettua sul complesso di misura, che consente di tradurre il valore del segnale misurato in un’informazione sul valore della grandezza che si intende misurare.
La taratura di uno strumento rispetto a una data grandezza presuppone che di quella grandezza sia definita una opportuna unità di misura e che di quest’ultima esista un campione primario (cfr. cap. 6). Per le grandezze dosimetriche operative non esistono campioni primari che forniscano direttamente il valore di H
10, di H' d
,
e di H
dp . Di queste
grandezze possono essere però realizzati campioni di riferimento indiretti basati sui campioni di kerma, K, o di dose assorbita, D, o di fluenza, Φ, per il tipo di radiazione di interesse. Una volta noti, per un dato campo di radiazione, il valore di K, o di D, o di Φ in un dato punto, è poi possibile calcolare il coefficiente di conversione, h, che permette di ottenere ciascuna delle grandezze H
10 , H' d
,
e H
dp a partire dai valori di
K o di D, o di Φ.
Figura 7.11 - Dipendenza del rapporto Hp(10, α)/Hp(10, 0°) dalla direzione di incidenza α di neutroni monoenergetici su un fantoccio di tessuto molle di dimensioni 300 mm × 300 mm × 150 mm. Il rapporto Hp(10, α)/Hp(10, 0°) in funzione di α è riportato per diverse energie dei neutroni incidenti (cfr. ICRU 1998)
Se ad esempio si conosce in un punto in aria libera il valore del kerma in aria Ka dovuto a uno specificato campo di radiazione gamma, quel
medesimo campo produrrà un equivalente di dose ambientale dato da:
h
H Ka
KaH 10 , (7.3)
dove h
H,Ka
è il coefficiente di conversione che permette di ottenere
10
H in funzione di Ka. In tal caso, se si vuole tarare uno strumento in
termini di H
10 si irraggia quello strumento posto in aria libera in un punto in cui un campo di radiazione gamma di riferimento produce un valore noto di kerma in aria, Ka. Il valore di Ka è ottenutopreventivamente da una misura mediante un campione di kerma in aria. Lo strumento uniformemente irraggiato in aria libera nel campo noto di radiazione fornisce un segnale M mediante il quale si può determinare un coefficiente di taratura (cfr. § 6.2) dato in questo caso da:
M h
H K
K M HNH 10 , a a (7.4)
Con analogo procedimento si possono determinare i coefficienti di taratura rispetto alle altre grandezze dosimetriche operative. Infatti, per i diversi tipi di radiazione e alle diverse energie, sono noti i coefficienti di conversione h
H,G
, h
H ,'G
e h
H G
p, che permettono di ottenere
ciascuna grandezza operativa in funzione della grandezza dosimetrica di base, G, con cui si caratterizza il campo di radiazione considerato. Per un campo di fotoni, la grandezza G in funzione della quale si esprime h è tipicamente il kerma in aria, Ka. Per i neutroni, h è invece determinato in
funzione della fluenza Φ, mentre per gli elettroni h è tipicamente espresso in funzione della dose assorbita, D, in un mezzo tessuto equivalente. I coefficienti di conversione h sono determinati come il rapporto:
h = H/G (7.5)
dove H denota una specifica grandezza dosimetrica operativa e G la grandezza dosimetrica di base in funzione di cui si intende esprimere h. I coefficienti di conversione h raccomandati sono quelli riportati nelle apposite pubblicazioni dell’ICRU e dell’ICRP (cfr. ICRU 1998 e ICRP 2010). Essi sono determinati a partire dalla conoscenza del campo di radiazione (tipo di particelle, energia, fluenza ecc.) in un punto, generalmente in aria. Si calcola quindi il valore di G (cioè di K o di Φ o di D) che quel campo determina in quel punto in base alle correlazioni che è possibile stabilire fra queste grandezze (cfr § 5.3). Si calcolano poi i valori delle grandezze H
10 , H'
d,Φ
e H
dp in base alla loro
definizione, a partire dalla conoscenza del campo di radiazione e quindi della dose assorbita che questo campo determina nelle condizioni
precisate dalle definizioni di ciascuna delle tre grandezze. In particolare dalla (4.17) si ha:
D
Q H 10 10 (7.6)
dα
D
dα
Q H' , ' , (7.7)
d D
d Q Hp p (7.8)dove Q è il fattore di qualità relativo alla radiazione considerata e D
10 ,Tabella 7.1 - Coefficienti di conversione h*(E) = H*(10)/Ka per la taratura di dosimetri in termini di H*(10), alle diverse energie di un fascio di fotoni di cui è noto il valore del kerma in aria nel punto di taratura (cfr. ICRU 1998)
Energia dei fotoni (keV) h*(E) = H*(10)/Ka (Sv Gy⁻¹) 10 0,01 20 0,60 30 1,10 40 1,47 50 1,67 60 1,74 80 1,72 100 1,65 150 1,49 200 1,40 300 1,31 400 1,26 500 1,23 600 1,21 800 1,19 1000 1,17 1500 1,15 2000 1,14 3000 1,13 4000 1,12 5000 1,11
,
' d
D e Dp
d sono le dosi assorbite calcolate nelle condizioni precisate nelle definizioni di H
10 , H' d
,
e H
dp , rispettivamente. I
coefficienti h sono calcolati mediante metodi Monte Carlo.
A titolo di esempio sono riportati nella tabella 7.1 alcuni valori dei coefficienti h
E H
10 Ka per fotoni, per la conversione da kerma inaria, Ka, in equivalente di dose ambientale, H
10 , e nella tabella 7.2alcuni valori dei coefficienti, h
E H
10 Φ per neutroni, per la conversione da fluenza, Φ, in equivalente di dose ambientale.La taratura degli strumenti di misura delle grandezze H
10 e H' d
,
si esegue in aria libera utilizzando un fascio di radiazione unidirezionale e uniforme (in termini di fluenza e distribuzione di energia) su almeno tutta la sezione del rivelatore da tarare. Nel caso di tarature in termini di
,
' d
H l’angolo α viene fatto variare ruotando lo strumento rispetto al fascio fisso unidirezionale.
Gli strumenti di misura della grandezza Hp
d , in base alla definizione di
dHp , non sono invece tarati in aria libera. Ovviamente non è possibile
tarare questi strumenti di misura (i dosimetri personali) direttamente sul corpo umano. Si ricorre perciò all’uso di fantocci antropomorfi o di
Tabella 7.2 - Coefficienti di conversione h*(E) = H*(10)/Ф per la taratura di
dosimetri in termini di H*(10), alle diverse energie di un fascio di neutroni di cui è noto il valore della fluenza Ф in aria nel punto di taratura (cfr. ICRU 1998)
Energia dei neutroni (MeV) h*(E) = H*(10)/Ф (pSv cm²) 1x10⁻⁸ 9,00 2,5x10⁻⁸ 10,6 1x10⁻⁷ 12,9 1x10⁻⁶ 13,3 1x10⁻⁵ 11,3 1x10⁻⁴ 9,40 1x10⁻³ 7,90 1x10⁻² 10,5 1x10⁻¹ 88 1x100 416 1x10¹ 440 5x10¹ 400 1x10² 285
fantocci con dimensioni e forme tali da simulare le proprietà di diffusione e assorbimento della radiazione da parte di diverse parti del corpo umano (tronco, estremità ecc.) cui Hp
d è specificatamente riferito. In fase di taratura, un dosimetro personale deve essere esposto al campo di radiazione di riferimento dopo essere stato collocato sul fantoccio che simula la regione del corpo umano di interesse. Alcuni esempi di questi fantocci sono mostrati in figura 7.12. Fissate le specifiche condizioni sperimentali di taratura, il coefficiente di taratura si determina dalla conoscenza del valore della grandezza di base, G, (ad es. il kerma in aria in un punto in aria in assenza del fantoccio) usata per l'irraggiamento del dosimetro, dal valore del segnale M fornito dal dosimetro irraggiato sul fantoccio e dal coefficiente di conversione, h, relativo alla condizione sperimentale considerata.Figura 7.12 - Esempi di fantocci (a, b, c) di materiale tessuto-equivalente con forme
diverse per la taratura di dosimetri in termini di Equivalente di Dose Personale Hp(d). Fantocci con diverse forme (e dimensioni) sono necessari per poter riferire
Hp(d) a parti diverse del corpo umano quali il tronco e le estremità
Bibliografia
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ICRU Report 43, Determination of Dose Equivalents from External Radiation Sources – Part 2, International Commission on Radiation Units and Measurements, Oxford University Press, 1988.
ICRP Publication 60, 1990 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection, Annals of the ICRP Volume 21/1-3, International Commission on Radiological Protection, Elsevier, 1991.
Electron Radiations, International Commission on Radiation Units and Measurements, Oxford University Press, 1992.
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ICRP Publication 103, The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection, International Commission on Radiological Protection, Elsevier, 2008.
ICRP Publication 105, Radiological Protection in Medicine, International Commission on Radiological Protection, Elsevier, 2008.
ICRP Publication 116, Conversion Coefficients for Radiological Protection Quantities for External Radiation Exposures, International Commission on Radiological Protection (www.icrp.org), Elsevier Sciences, Oxford, 2010. ICRP Publication 119, Compendium of Dose Coefficients based on ICRP Publication 60, International Commission on Radiological Protection (www.icrp.org), Elsevier Sciences, Oxford, 2012.