CURS 11, 12

RADIOACTIVITATEA NATURALĂ ŞI ARTIFICIALĂ

1. Introducere:

Pornind de la structura substanţei şi luând drept criteriu de

clasificare părţile ei componente, fizica se împarte în:

fizica moleculară, atomică, nucleară, electronică, fizica

particulelor elementare.

Materia se compune din elemente chimice. Până în prezent au fost

identificate 111 elemente.

Dintre acestea, ele\mentele care predomină sunt oxigenul (46,1%), siliciul

(28,2%), aluminiul (8,23%), fierul (5,63%), calciul (4,15%), sodiul (2,36%),

magneziul (2,33%), potasiul (2,09%).

Elementele → atomi caracteristici (conţin un nucleu constituit din protoni, cu

sarcină pozitivă şi neutroni care sunt fără sarcină electrică, şi electroni cu

sarcină negativă, care se mişcă în jurul nucleului, pe orbite discrete, care pot fi

parcurse cu o anumită probabilitate)

→ Atomul conţine un număr egal de protoni şi electroni şi în consecinţă va

fi neutru din punct de vedere electric.

→ Numărul atomic Z reprezintă numărul protonilor şi totodată al electronilor din

atom, iar numărul de masă A reprezintă totalitatea protonilor şi neutronilor dintr-

un atom.

→ Speciile unui element care au număr diferit de neutroni se numesc izotopi ai

acestui element.

1

→ Atomii diferitelor elemente pot avea acelaşi număr de masă. Nuclizii acestor

elemente sunt nuclizi izobari. Nuclizii cu acelaşi număr de neutroni, dar cu

număr diferit de protoni se numesc izotoni.

Obs.

Raportul dintre numărul de neutroni (N) şi numărul de protoni (Z), N/Z,

creşte o dată cu numărul de masă A. S-a dovedit că nucleele sunt stabile numai

în cazul în care raportul N/Z este apropiat de o valoare bine determinată, care

este funcţie de numărul de masă A.

Obs.

O dezmembrare a nucleului necesită învingerea forţelor nucleare şi pentru

aceasta trebuie să fie cheltuită o energie, şi invers, pentru alcătuirea nucleului

din nucleoni liberi trebuie pusă în libertate aceeaşi energie. Această energie se

numeşte energie de legătură.

2. Tipuri de radiaţii:

Def.

Prin radiaţie se înţelege un proces în care o sursă emite energie şi

aceasta se propagă în mediul care înconjoară sursa, sau pur şi simplu, radiaţia

defineşte energia implicată în acest proces.

După natura lor, radiaţiile pot fi corpusculare sau electromagnetice.

Radiaţiile corpusculare sunt formate din particule de substanţă

având o anumită energie cinetică.

Ele pot fi încărcate electric sau pot să fie neutre:

→ Radiaţiile corpusculare încărcate electric sunt de exemplu:

2

particulele (nuclee de heliu) rezultă din dezintegrarea radioactivă de

tip alfa (conţin două sarcini elementare pozitive iar masa lor este egală

cu patru unităţi atomice de masă şi datorită sarcinii lor electrice pozitive,

ele sunt deviate în câmp electric şi magnetic).

particulele – (electroni) rezultând din dezintegrarea radioactivă de tip

minus (poartă o sarcină elementară negativă şi număr de masă zero,

masa lor fiind egală cu 1/1840 unităţi atomice de masă şi datorită sarcinii

electrice negative sunt deviate în câmp electric şi magnetic în sens opus

direcţiei de deviere a radiaţiei α).

Particulele + (pozitroni) şi rezultă din dezintegrarea radioactivă de tip

beta plus sau prin generare de perechi.

Protonii (nuclee de hidrogen)

.

→ Radiaţii corpusculare neutre din punct de vedere electric:

neutronii (particule elementare nucleare cu număr de masă 1).

Neutronii pot fi eliberaţi spontan doar de un număr foarte mic de

nuclizi. În majoritatea cazurilor provin din procesele de fisiune ale

U-235, U-238, Pu-239 etc.

Radiaţiile electromagnetice sunt emise şi absorbite în natură sub formă

de cuante (fotoni).

Fotonii sunt particule fără masă de repaus, ce transportă, fiecare, o cantitate de

energie E = h ν, unde h este constanta lui Planck, iar ν este frecvenţa radiaţiei.

3

Masa de mişcare a fotonilor se leagă de energie prin formula lui Einstein E = m

c2, c fiind viteza luminii în vid.

4

Spectrul undelor electromagnetice:

Radiaţia γ este o radiaţie electromagnetică de natură nucleară,

caracterizată prin lungime de undă foarte scurtă. Ea nu este deviată în câmp

electric sau magnetic şi apare de obicei împreună cu radiaţia α sau β.

Obs.

Radiaţiile amintite prezintă unele proprietăţi comune: sunt invizibile, se

deplasează cu viteză foarte mare şi pot pătrunde în materiale la adâncimi

diferite, în funcţie de natura şi energia radiaţiei.

5

3. Radioactivitatea:

→ Din cei aproximativ 2000 de nuclizi cunoscuţi până în prezent doar 290

sunt stabili, ceilalţi sunt instabili şi se transformă spontan, fără vreo intervenţie

exterioară în nuclee stabile.

→Trecerea spre un nucleu stabil se poate face printr-o singură transformare sau

prin mai multe transformări trecând prin stări intermediare instabile până la

starea finală stabilă, şirul lor formând o serie de dezintegrare.

→Un nuclid instabil se transformă în mod spontan într-un nuclid mai stabil,

cu emisie de radiaţie.

Def.

Prin radioactivitate se înţelege capacitatea nucleelor instabile de a emite

radiaţii ionizante.

Acest fenomen se numeşte dezintegrare radioactivă, în urma căreia nucleul

suferă o modificare bine determinată.

Obs.

În majoritatea cazurilor, nucleele radioactive naturale sunt cele grele, cu Z

cuprins între 81 şi 94. Există însă şi nuclee relativ uşoare, natural radioactive,

cum sunt 14C sau 40K.

De exemplu, radioactiv stabil + β–

Iradierea este acţiunea de expunere la radiaţii a unui corp, iar

interacţiunea dintre radiaţie şi substanţă provoacă, în general, transformări în

acel corp.

Transformările din organismele vii sunt cunoscute sub numele de „efecte la

iradiere”. Dacă sursa de radiaţii este exterioară corpului iradiat se foloseşte

6

termenul de „iradiere externă”, dacă sursa de radiaţii este încorporată sau

distribuită în masa corpului, se foloseşte termenul de „iradiere internă”.

După natura surselor de radiaţii, aflate în mediul înconjurător independent

de voinţa omului, sau „realizate” de „om”, distingem iradierea naturală şi

artificială sau antropică.

Iradierea organismului datorată surselor naturale de radiaţii se numeşte iradiere

naturală.

Obs.

Populaţia umană, ca de altfel toată biosfera, a fost şi continuă să fie

expusă inevitabil la doze mici de radiaţii ionizante provenind din surse naturale.

Comisia Internaţională pentru Protecţie Radiologică (CIPR) consideră că

se poate accepta pentru umanitate o valoare limită de expunere la radiaţii

ionizante corespunzând la dublul dozei medii la care omul este expus în condiţii

naturale, ceea ce presupune că specia umană este adaptată la iradierea

existentă în prezent în mediul său de viaţă. Cu toate acestea, riscurile pe care le

comportă chiar nivelele scăzute de radiaţii nu trebuie să fie neglijate, ele

constituind în ultimul timp obiectul unor studii efectuate în cadrul unor programe

de cercetare internaţionale.

Pe lângă iradierea naturală (92%) trebuie considerată iradierea artificială

(8%) suplimentară, care poate fi medicală, profesională sau accidentală.

Iradierea medicală în scop diagnostic sau terapeutic reprezintă, după

iradierea naturală, sursa majoră de expunere a populaţiei. Fie că se utilizează

fascicule externe sau radiaţii provenite de la surse introduse în corp, procedurile

diagnostice şi terapeutice aplicate în medicina nucleară conduc la o iradiere

suplimentară. Pentru o evaluare cât mai bună a riscurilor generate de iradierea

efectuată, se impune estimarea cât mai precisă a dozelor de radiaţie.

7

Distrugerea ţesuturilor maligne prin iradiere este o aplicaţie utilă a afectelor

distructive ale radiaţiei ionizante.

3.1. Descoperirea radioactivităţii. Radioactivitatea naturală

→ 1896 Henri Becqueral a descoperit radioactivitatea naturală. A

demonstrat că uraniul şi sărurile sale emit spontan radiaţii care pot traversa

corpurile şi impresionează placa fotografică.

→ Proprietatea nucleelor de-a emite radiaţii a fost numită de către Marie şi

Pierre Curie radioactivitate.

→ 1898 Marie şi Pierre Curie au descoperit radioactivitatea thoriului,

poloniului, radiului. Uraniul şi thoriul au o activitate mai puţin intensă decât

poloniul şi radiul.

→ Radiaţiile emise de substanţele radioactive au o serie de proprietăţi

caracteristice, ca ionizarea gazelor, impresionarea emulsiei fotografice,

provocarea luminiscenţei unor substanţe, degajarea de energie.

→ 1934 Irène şi Frédéric Jolliot-Curie au descoperit radioactivitatea

artificială.

Prin iradiere, în special cu neutroni, unele elemente care în mod natural

sunt stabile, devin radioactive. (În urma proceselor radioactive sunt emise

radiaţii , şi )

Din punct de vedere al puterii de pătrundere şi al puterii de ionizare:

razele au putere mică de pătrundere şi o mare putere de ionizare

razele au putere mare pătrundere şi o mai mică putere de

ionizare

razele au cea mai mare putere de pătrundere şi cea mai mică

putere de ionizare.

Radioactivitatea a fost descoperită iniţial la elementele grele care se întâlnesc

în natură: U, Ra, Ac, Th.

8

Dezintegrarea acestor elemente prin emisia de particule şi nu duce la

formarea unui nucleu stabil, ci aceasta se realizează prin formarea unor

radioelemente intermediare care derivă unul din altul.

Obs.

Studiul elementelor radioactive întâlnite în natură a arătat că acestea pot fi

înglobate în trei lanţuri succesive, numite serii (familii) radioactive:

seria thoriului,

seria uraniului,

seria actiniului.

În anul 1940 a fost descoperită seria neptuniului, care este o serie

radioactivă artificială.

3.2. Radioactivitatea artificială. Reacţii nucleare

Dacă un nucleu este bombardat cu o particulă neutră sau cu una

încărcată electric cu energie destul de mare pentru a pătrunde în câmpul central

al nucleului, se produce transformarea nucleului dat într-unul nou, cu eliberarea

unei alte particule.

Obs.

Izotopii radioactivi rezultaţi, spre deosebire de cei naturali, pot da naştere

la mai multe tipuri de dezintegrări (, -, +, n, însoţiţi de emisie ), după cum

nuclidul respectiv are un exces de protoni sau neutroni.

9

Izotopii radioactivi artificiali sunt mult mai numeroşi decât cei naturali,

se obţin în reactoarele nucleare şi în acceleratorii de particule.

Au multe aplicaţii practice, inclusiv ca trasori în chimie şi biologie.

În proba ale cărei proprietăţi se urmăresc, se încorporează o cantitate mică

dintr-un radioizotop al unuia din elementele constituente ale probei,

urmărind traseul lui cu ajutorul detectorului de radiaţie.

Trebuie însă ca trasorul să nu modifice proprietăţile fizico-chimice ale

substanţei şi să aibă un timp de înjumătăţire mic, de acelaşi ordin de

mărime cu timpul observaţiei.

Reacţiile nucleare provocate sunt de mai multe tipuri:

1. Reacţia de împrăştiere elastică: particula incidentă loveşte nucleul fără

pierdere de energie, schimbându-şi doar direcţia.

Dacă nucleul-ţintă este uşor, suferă şi el o deplasare, în cazul unui nucleu

mai greu, deplasarea este neînsemnată. Reacţia este simbolizată

X(a,a)X.

2. Reacţia de împrăştiere neelastică: particula pierde o parte din energie în

momentul interacţiunii. Nucleul trece într-o stare excitată, de unde revine

în starea fundamentală prin emisia unei cuante . Reacţia este

reprezentată X(a,a)X.

3. Captura simplă: particula incidentă este absorbită de nucleu şi se

formează un nou nucleu care are un surplus de energie şi emite una sau

mai multe cuante . De exemplu:

4. Dezintegrare: nucleul absoarbe particula incidentă şi expulzează o

particulă nouă. De exemplu:

10

5. Fotodezintegrare: dezintegrarea este produsă de fotoni cu energie

suficient de mare. De exemplu:

Legea dezintegrării radioactive

Între radioactivitatea naturală spontană şi cea artificială nu există nici o

deosebire principală. Toate transformările radioactive observate fie la

radionuclizii naturali, fie la cei artificiali, se desfăşoară după aceeaşi lege de

dezintegrare.

Dezintegrarea nucleelor radioactive este un proces statistic. Fiecare

specie de nuclee este caracterizată de constanta radioactivă (constanta de

dezintegrare) care reprezintă probabilitatea dezintegrării unui nucleu în unitatea

de timp.

Considerăm N numărul de nuclee nedezintegrate la un moment t, dN numărul de

nuclee care se dezintegrează în intervalul de timp dt şi No numărul de nuclee

nedezintegrate la momentul to=0.

S-a stabilit experimental că în timpul dt se dezintegrează

dN = -λNdt

nuclee

De unde, prin împărţire cu N se obţine

11

Integrând între limitele No şi N, respectiv 0 şi t, rezultă , de unde obţinem

pentru numărul de nuclee radioactive N la momentul t:

N(t) = No

Viaţa medie a tuturor celor No nuclee radioactive existente la momentul

to=0 este definită ca intervalul de timp τ după care numărul iniţial de radionuclizi

scade de e ori:

N(τ) = = , de unde rezultă că şi legea dezintegrării radioactive se

poate scrie:

N(t) = No

Timpul de înjumătăţire (T1/2) reprezintă intervalul de timp în care numărul

iniţial de nuclee No se reduce la jumătate:

După logaritmarea expresiei de mai sus se obţine:

ln2 = λT1/2

sau . Înlocuind în legea dezintegrării radioactive obţinem

Activitatea a unei substanţe radioactive reprezintă numărul actelor de

dezintegrare din unitatea de timp, adică viteza absolută de dezintegrare:

12

Introducând activitatea în expresia legii de dezintegrare, aceasta devine:

Unitatea de măsură pentru activitate este 1/s (s-1), numită în sistemul

internaţional Becquerel (Bq).

O altă unitate de măsură utilizată în fizica nucleară este Curie (Ci).

1Ci = 3,7·1010s-1

Un preparat radioactiv este cu atât mai puternic cu cât sunt mai

numeroase procesele de dezintegrare în unitatea de timp.

Radiopreparatele artificiale pot avea activităţi foarte ridicate, chiar dacă au

un conţinut redus de substanţă radioactivă, deoarece constanta lor de

dezintegrare este mult mai mare decât cea a radionuclizilor naturali.

3.3. Interacţiunea radiaţiilor nucleare cu substanţa

La trecerea radiaţiilor printr-o substanţă, acestea pot interacţiona

diferenţiat cu atomii care o alcătuiesc, formaţi la rândul lor din nucleu şi înveliş

electronic.

În timpul străbaterii substanţei de către radiaţii are loc cedarea energiei

radiaţiilor atomilor substanţei cu care interacţionează.

De regulă, energia unei radiaţii este cedată electronilor unui atom, acest

act elementar de transfer de energie se poate repeta de un număr mare de ori de

către aceeaşi radiaţie.

Actul elementar de interacţiune a unei radiaţii incidente cu electronul unui

atom, prin care electronul încărcat negativ preia energie de la radiaţia incidentă,

putând fi expulzat din atom, lasă atomul cu o sarcină electrică pozitivă. Dacă

atomul face parte dintr-o moleculă, atunci prin smulgerea unui electron, molecula

respectivă rămâne încărcată pozitiv.

13

Procesul prin care un atom neutru sau o moleculă devin încărcate pozitiv,

se numeşte ionizare, iar entitatea rezultată se numeşte ion pozitiv.

Electronul expulzat poate, la rândul său, să ionizeze alţi atomi sau

molecule.

Pentru acest motiv, radiaţiile , , , X şi se mai numesc radiaţii

ionizante.

a. Interacţiunea radiaţiilor X şi cu substanţa

Radiaţiile Roentgen (X) şi gama fac parte din două familii de radiaţii, după

punctul de vedere din care se face clasificarea. Pe de o parte în cadrul radiaţiilor

electromagnetice, ele reprezintă limita superioară a spectrului de energie, de

aceea radiaţiile X şi sunt radiaţii electromagnetice penetrante. Pe de altă parte,

radiaţiile Roentgen şi gama au proprietate comună cu radiaţiile corpusculare de a

produce, prin interacţiune cu atomii substanţelor străbătute sau iradiate,

fenomenul de ionizare. Ele fac astfel parte şi din familia radiaţiilor ionizante.

Radiaţiile X de frânare (Bremsstrahlung) au un spectru continuu în

timp ce radiaţiile X caracteristice au un spectru discret de linii,

numit spectru caracteristic.

Radiaţiile sunt determinate de dezexcitarea nucleelor excitate.

Radiaţiile X şi la limita de energie înaltă a spectrului radiaţiilor

electromagnetice, au frecvenţe foarte ridicate şi corespunzător, lungimii de undă

foarte scurte. Dacă toţi fotonii au aceeaşi energie rezultă un fascicol

monocromatic.

Împrăştierea şi absorbţia

14

Datorită fenomenelor de interacţiune cu substanţa, un fascicol de

radiaţii X şi , alcătuit din fotoni, se atenuează din ce în ce mai

mult, pe măsură ce pătrunde în substanţă.

Atenuarea fascicolului de fotoni se datorează faptului că fotonii

dispar din fascicul prin două tipuri de procese: de împrăştiere şi de

absorbţie.

Spre deosebire de alte tipuri de radiaţii, de exemplu electroni,

procesele de interacţiune a fotonilor sunt „catastrofice”. Într-o

singură interacţiune, fotonul îşi poate modifica considerabil energia

sau direcţia, şi aceasta cu o probabilitate relativ mare.

Fotonii împrăştiaţi pornesc sub diferite unghiuri formând radiaţii

împrăştiate. Energia fotonului împrăştiat poate fi egală sau mai

mică decât aceea a fotonului iniţial. Împrăştierea se împarte în

două tipuri: elastică şi neelastică.

Deşi sunt mai multe tipuri de interacţiuni care reduc intensitatea

fascicolelor de radiaţii X şi , de importanţă practică sunt trei: efectul

fotoelectric, efectul Compton şi generarea de perechi.

Aceste fenomene au ca efect atenuarea radiaţiei γ iniţiale. Gradul de atenuare al

intensităţii radiaţiei depinde de natura substanţei străbătute de radiaţia γ şi de

grosimea stratului absorbant. Legea de variaţie a intensităţii radiaţiei γ cu

grosimea de substanţă este:

în care:

Io – intensitatea radiaţiei iniţiale,

I – intensitatea radiaţiei care a străbătut stratul de substanţă,

15

x – grosimea stratului de substanţă absorbant,

μ –coeficientul de absorbţie al radiaţiei în substanţă.

Efectul fotoelectric se manifestă prin absorbţia integrală a energiei

unui foton de către un electron al unui atom. Energia lui se distribuie integral între

energia necesară extracţiei din atom şi energia cinetică a electronului expulzat

(fotoelectronul). În acest caz, efectele ionizante se datorează fotoelectronilor,

care se comportă similar radiaţiei β. Energia lor va fi absorbită în mediul

străbătut.

Cantitativ, efectul fotoelectric se poate descrie folosind formula:

hν = L + mv2/2

unde

h este constanta lui Planck ν este frecvenţa fotonului incident L este lucrul mecanic al fotoelectronului m şi v sunt masa, respectiv viteza electronului după ieşirea din cristal;

16

Efectul fotoelectric este important în cazul fotonilor de energii reduse care străbat

materiale ce conţin elemente grele.

Când o suprafaţă metalică este expusă unui flux de radiaţie electromagnetică

poate să genereze, în anumite condiţii, electroni liberi, care produc un curent

electric dacă sunt acceleraţi sub acţiunea unui câmp electric. Electronii emişi prin

efectul fotoelectric se numesc fotoelectroni. Experimental s-a constatat că pentru

a observa emisia de electroni este nevoie ca radiaţia electromagnetică să aibă o

frecvenţă (frecvență de prag) deasupra unei limite inferioare care depinde de

natura materialului sau, echivalent, lungimea de undă trebuie să fie sub o

anumită valoare.

Intensitatea fluxului de radiaţie incident influenţează mărimea curentului electric

produs, dar nu determină apariţia fenomenului.

17

Efectul Compton apare la ciocnirea dintre un foton şi un electron

(considerat liber sau slab legat). Rezultă un electron de recul, care primeşte

energia fotonului incident şi un foton difuzat, cu energie mai mică decât a celui

incident. Acest efect este semnificativ ca importanţă când energiile de legătură a

electronilor în atom pot fi considerate neglijabile faţă de energiile fotonilor

incidenţi. În urma ciocnirii, energia fotonului incident se regăseşte în energia

transferată electronului de recul şi energia fotonului difuzat. Electronii de recul au

energii suficiente pentru a produce ionizări similare radiaţiilor β, iar fotonii

difuzaţi, în funcţie de energia pe care o mai au, pot produce fie alte efecte

Compton, fie efecte fotoelectrice.

hν0 = hν + Ec + L

18

Dacă în cazul efectului fotoelectric aproape toată energia fotonului

incident este transferată substanţei absorbante, în cazul efectului Compton o

parte este emisă de substanţa traversată sub formă de radiaţie împrăştiată sub

unghiuri mari faţă de unghiul de incidenţă.

Ecuaţia împrăştierii Compton:

Unde

este lungimea de undă a fotonului înainte de împrăştiere,

este lungimea de undă a fotonului după împrăştiere,

me este masa electronului

este unghiul de deplasare a direcţiei fotonului,

h este constanta lui Planck şi

c este viteza luminii

este cunoscută sub numele de Lungime de undă

Compton

19

Explicarea fenomenului:

Un fascicul ingust de radiații X, cu lungimea de undă cunoscută cade pe un bloc

de grafit care împrăștie radiaîiile incidente in toate direcțiile. Cu ajutorul unui

spectometru Röntgen, pentru diferite unghiuri de împrăștiere θ , Compton a

constatat că, pe lângă radiațiile cu lungimea de undă egala cu a radiațiilor

incidente, mai există și o altă radiație, cu o lungime de undă mai mare. Acest

fenomen a fost numit efect Compton.

Efectul Compton nu poate fi explicat cu ajutorul teoriei ondulatorii. Conform

acestei teorii, radiațiile electromagnetice imprăștiate ar avea aceeași lungime de

undă cu a radiatiilor incidente. Radiațiile electromagetice ar trebui să producă

electronilor din materialul împrăștietor oscilații forțate cu aceeași frecvență ca și a

radiațiilor incidente. Electronii aflati in circulatie ar trebui sa radieze unde

electromagnetice cu frecventa egala cu a miscarii oscilatorii, deci aceeasi cu a

radiatiilor incidente.

Explicarea acestui efect a fost data de catre Compton pe baza interactiunii dintre

un foton si un electron al substantei imprastietoare.

Generarea de perechi are loc atunci când un foton de energie înaltă

traversează câmpul electrostatic al unui nucleu. Dacă acest câmp este suficient

20

de intens, energia fotonului se pune în evidenţă prin apariţia unui electron şi a

unui pozitron. Această „materializare” a energiei nu poate avea loc decât dacă

energia fotonului depăşeşte de două ori energia de repaus a unui electron.

Diferenţa dintre energia fotonului şi cea necesară materializării este regăsită ca

energie cinetică a electronului şi pozitronului. Această energie este absorbită de

mediu prin ionizări similare celor produse de radiaţia β. Spre deosebire de

electron, viaţa pozitronului este scurtă. După încetinirea datorată ionizărilor, la

întâlnirea unui electron, perechea pozitron-electron suferă reacţia de anihilare,

energia particulelor transformându-se în cuante γ. Fotonii de anihilare pot

produce, în alte zone decât cea supusă iradierii primare, efecte fotoelectrice sau,

mai ales, efect Compton.

În concluzie:

Razele gamma interactioneaza cu materia prin care trec prin următoarele

mecanisme:

"Efect fotoelectric": Un foton γ poate dezlega un electron orbital din

învelişul electronic al unui atom. Electronul, care preia toată energia

fotonului γ, va putea învinge forţa electrostatică, eliberându-se de pe

orbita sa; fotonul incident dispare: această interacţiune se numeşte "efect

fotoelectric" (energia fotonului incident γ trebuie să fie mai mare decât

energia de legătura (Wleg) a electronuluiexpulzat (e-) ). Efectul fotoelectric este

mult mai probabil la elementele grele (probabilitatea este direct

proporţională cu Z5), dacă fotonii incidenţi sunt de joasă energie, sub 0,5

MeV. Elementul emis cu o anumită viteză (dependentă de energia

fotonului incident şi de tipul atomului) produce ionizarea, la fel ca şi o

particulă beta β (beta), până când surplusul său energetic este cedat

complet.

"Efect Compton”, care devine preponderent când fotonii incidenţi au o

energie mai mare decât 1 MeV. În acest proces numai o parte din energia

fotonului este transferată electronului; restul de energie apare ca un foton

secundar cu energie mai mică, împrăştiat într-o direcţie oarecare.

21

Interacţiunea continuă până la dispariţia fotonilor împrăştiaţi prin efect

fotoelectric.

"Producerea de perechi": Dacă fotonul γ are o energie mai mare de 1,02

MeV, el va putea interacţiona cu câmpul nucleului, transformându-se în

două particule: una pozitivă şi cealaltă negativă (conversia energiei în

masă). Particula pozitivă este numită pozitron, iar cealaltă electron.

Această interacţiune este cunoscută drept "producere (generare) de

perechi". Excesul energetic este preluat în mod egal, sub formă de

energie cinetică, de către cele două particule electron + pozitron, care vor

produce ionizări până la încetinirea lor completă (la fel ca în cazul

radiaţiilor β). În procesul de încetinire, pozitronii produc ionizări până la

momentul când vor fi captaţi de un electron. Noua pereche se "anihilează"

reciproc, generând 2 fotoni γ de câte 0,51 MeV. Fenomenul de anihilare

este opus fenomenului de generare de perechi. În cadrul acestui fenomen

masa se transformă în energie. Fotonii rezultaţi pot fi împrăştiaţi prin efect

Compton, sau absorbiţi prin efect fotoelectric.

b. Interacţiunea electronilor cu substanţa

Electronii interacţionează cu materia asemănător particulelor grele

încărcate, dar deosebirile care apar se datorează masei foarte mici a electronilor.

Pierderea de energie a electronilor se produce prin două mecanisme: ionizare

(excitare) şi radiaţii de frânare.

La ciocnirea cu electronii atomici, electronul de masă foarte mică va fi

puternic deviat. Parcursul lui nu va mai fi o linie dreaptă, ci una frântă. Un

fascicol iniţial monoenergetic de electroni, după trecerea prin substanţă va

prezenta un spectru larg de energie.

Prin unele interacţiuni, fotonii radiaţiilor electromagnetice penetrante

eliberează un flux de electroni secundari, care devin astfel purtătorii prin care

energia radiaţiilor electromagnetice primare este absorbită în substanţă.

22

Electronii secundari interacţionează cu substanţa iradiată, cedând energia

prin mai multe mecanisme sau tipuri de interacţiune: ciocnirea inelastică în care

are loc cu unul din electronii orbitali ai atomilor substanţei, având ca rezultat

excitarea sau ionizarea atomilor, generarea de radiaţii electromagnetice prin

efectul Cerenkov sau prin anihilarea unui electron negativ cu un electron pozitiv,

generarea de radiaţii electromagnetice de frânare (Bremsstrahlung), împrăştierea

elastică (coulombiană) pe nucleele atomilor şi reacţia nucleară iniţiată de

electroni (electrodezintegrare nucleară).

Ca urmare a interacţiunilor, energia unui electron scade treptat pe măsură ce

distanţa străbătută în substanţă creşte.

Excitarea şi ionizarea atomilor

Principala interacţiune a electronilor secundari cu mediul iradiat este

interacţiunea coulombiană cu electronii orbitali ai atomilor substanţei, în urma

căreia au loc două procese: transferarea unui electron orbital pe un nivel de

energie superior, proces numit excitarea atomilor şi separarea unui electron

orbital de atom, proces denumit ionizarea atomilor.

În urma ionizării, atomul încărcat pozitiv devine un ion pozitiv, iar

împreună cu electronul ejectat constituie o pereche de ioni.

c. Interacţiunea radiaţiei cu materia vie

Acţiunea radiaţiilor asupra ţesutului şi organelor

Ţesuturile şi organele sunt complexe structurale formate din mai multe

clase de celule, fiecare cu caracteristici proprii.

Momentul în care pot fi detectate leziunile funcţionale după iradiere,

depinde de intervalul de timp în care intervine moartea celulară.

23

Ţesuturile sunt formate din celule parenchimatoase (cu rol funcţional) şi

o reţea conjunctivă vasculară (care asigură suportul metabolic necesar

activităţii lor).

Răspunsul la iradiere este rezultatul distrugerii definitive a celulelor

parenchimatoase, care dacă nu pot fi înlocuite duc la atrofia ţesutului cu

compromiterea, până la distrugerea funcţiei acestuia.

Modificările tisulare după iradiere nu sunt specifice şi au un caracter

progresiv, devenind tot mai pregnante pe măsura trecerii timpului. De aceea,

aprecierea răspunsului la iradiere a unui ţesut sau organ se face în mod arbitrar,

pe baza gradului maxim de hipoplazie observat până la două luni după iradiere.

RADIOTERAPIA reprezintă o modalitate de tratament care utilizează radiații

ionizante.

Utilizarea radiațiilor ionizante în terapia cancerului se bazează pe posibilitatea de

a obține distrugerea celulelor tumorale, fără a determina alterări grave și

ireversibile asupra țesuturilor sănătoase din jurul tumorii.

Tehnicile de radioterapie sunt:

Iradierea externă

Brahiterapie sau curieterapie (plasarea unor surse radioactive în țesutul

tumoral)

Radioterapie metabolică (cu izotopi).

Radioterapia poate fi:

Curativă

Neoadjuvantă, preoperatorie (cu scopul reducerii tumorii primare,

îmbunătățirea controlului loco-regional al bolii)

Adjuvantă, postoperatorie (sterilizarea patului tumoral cu reducerea

riscului de recidivă locală sau la distanță, la pacienții cu factori de

pronostic nefavorabil)

Paliativă ( antalgică, decompresivă, hemostatică).

24

Efectele secundare ale radioterapiei depind de localizarea tumorii, tipul de

iradiere, volumul tumoral, factorul timp, vârsta, starea clinică a pacientului, bolile

asociate. Ele pot fi acute (apar în timpul iradierii) sau tardive (apar de la 6 luni

de la terminarea radioterapiei).

Complicațiile acute se manifestă, în primele zile de radioterapie prin stare de

rău după iradiere (astenie, anorexie, greață, cefalee), eritem cutanat, greață,

vărsături, dureri abdominale, căderea părului, astenie fizică, paloare, risc

crescut de infecții (prin scăderea numărului de leucocite), sângerări diverse

(prin scăderea numărului de trombocite).

Efectele secundare tardive se manifestă prin fibroză, dermatită, ulcerații,

fistule, insuficiențe de organe (plămâni-fibroză, măduvă osoasă-aplazie,

rinichi-nefrită, inimă-pericardită, ficat-hepatită).

Iradierea tumorilor maligne din interiorul corpului cu ajutorul radiației externe

implică o limitare a dozei maxime de iradiere. Pentru a nu afecta țesuturile

sănătoase din imediata vecinătate a țesutului tumoral, ceea ce ar putea să

influențeze negativ chiar și evoluția țesutului tumoral, această doză nu poate

depăși anumite valori care trebuie păstrate, în general, sub 3000 rad.

O preocupare importantă la ora actuală în domeniul radioterapiei este mărirea

dozei pentru ca iradierea țesuturilor tumorale să fie cât mai eficientă. Acest lucru

a determinat o serie de cercetări cu privire la posibilitatea livrării dozei de radiații

din interior. Cu toate că iradierea externă are inconvenientele menționate, ea

reprezintă principala metodă de radioterapie.

În radioterapie, reacţiile sau sechelele tardive sunt mai importante decât

cele acute, ele fiind astăzi principalul factor care determină toleranţa şi limitează

doza de radiaţie. Între intensitatea reacţiilor acute şi gravitatea sechelelor tardive

nu există, în general, nici o corespondenţă şi disocierea lor este favorizată de

modul clasic de fracţionare, respectiv 1,8 – 2 Gy de 5 – 6 ori pe săptămână.

Răspunsul la iradiere poate fi însă mult influenţat prin utilizarea altor

scheme de fracţionare, diferite de cele clasice.

25

Diferenţa dintre panta curbelor de supravieţuire pentru efectele acute şi

tardive poate fi influenţată astfel prin modificarea fracţionării clasice. Efectele

tardive pot fi reduse la minim prin creşterea numărului de fracţiuni, care pot fi

administrate cu o etalonare convenţională clasică, de 6 – 8 săptămâni sau

redusă la jumătate, constituind aşa numita hiperfracţionare, respectiv fracţionare

accelerată.

Parametrii mai importanţi care determină magnitudinea efectelor tardive

sunt mărirea dozei de fracţionare şi numărul total de fracţiuni.

Acţiunea radiaţiilor asupra tumorilor

Tumorile sunt populaţii celulare neechilibrate, proliferative, în care

proliferarea depăşeşte pierderile celulare.

Ele respectă structura generală de organizare a ţesuturilor normale şi sunt

formate din celule tumorale propriu-zise.

Celulele tumorale la rândul lor sunt clonogenice, aranjate în diviziune sau

în afara ciclului celular, incapabile de reproducere sau sterile şi sunt eliminate

sau mor rezultând pierderea celulară.

Tumorile răspund la iradiere prin reducerea progresivă a volumului lor,

care în funcţie de doză poate fi mai mult sau mai puţin completă.

Intervalul de timp în care are loc această regresiune diferă foarte mult în

funcţie de histologie; limfovanulele regresează progresiv, în câteva ore;

carcimvanulele nediferenţiate regresează în zile, în timp ce sarcvanulele sau

adenocarcinvanulele necesită săptămâni sau luni.

Ritmul de regresiune depinde de natura constituenţilor tumorali care

trebuie resorbiţi şi de timpul în care are loc moartea celulară.

Când proliferarea celulară este oprită prin iradiere, tumorile cu pierderi

celulare mari vor regresa rapid, în timp ce tumorile cu pierderi celulare reduse

26

vor avea o regresiune lentă, răspunsul la iradiere fiind determinat şi în cazul

tumorilor de caracteristicile lor cinetice.

Iradierea tumorilor induce leziuni identice cu cele ale ţesuturilor normale,

dar intervenţia promptă şi mai eficace a mecanismelor de apărare, în al doilea

caz, explică diferenţele care fac posibilă aplicarea cu succes a radioterapiei în

tratamentul cancerului.

Absorbţia de radiaţie

Unele aspecte ale procesului de absorbţie de radiaţie, legate de

fenomenele care conduc la tranziţie între nivele energetice mai sărace în energie

şi nivele mai bogate în energie, au fost studiate cu ocazia studiului spectrelor

atomice şi moleculare.

Fie un strat de substanţă de grosime dx pe care cade un fascicul de

radiaţii monocromatic alcătuit din fotoni, de intensitate Io. Intensitatea fascicolului

emergent este I.

Fig. I.1.

27

În cazul multor substanţe, micşorarea intensităţii datorită absorbţiei,

verifică relaţia:

unde k reprezintă coeficientul de absorbţie al substanţei (caracterizează

atenuarea relativă a fluxului de radiaţie, pe unitatea de lungime de strat

absorbant).

După separarea variabilelor şi integrare între limitele Io şi I, respectiv 0 şi

x, se obţine:

I = Io e-kx

relaţie care exprimă legea lui Lambert. Această relaţie mai poate fi scrisă pentru

logaritm zecimal:

I = I0 10-kx

Când stratul absorbant reprezintă o soluţie a unei substanţe absorbante

într-un mediu transparent pentru radiaţii incidente, k este proporţional cu

concentraţia soluţiei, ceea ce înseamnă că E = cx, unde se numeşte coeficient

de extincţie al substanţei şi reprezintă inversul grosimii acelui strat absorbant

pentru care .

Legea absorbţiei devine:

I = I010-cx

unde (0) = h(0) lg e = 0,43 k şi se numeşte Legea lui Beer. Această lege se

poate scrie şi sub forma: I = I0e-cx , în cazul logaritmului natural.

28

Raportul şi se numeşte transmisie sau transmitanţă. Extincţia sau

absorbanţa E se defineşte ca fiind logaritmul cu semn schimbat din transmisie,

adică:

E = - ln T = - ln = ln = εcl

Spectrul de absorbţie al unei substanţe este deseori reprezentat prin

curbe = f(ν) sau = f() . Cunoaşterea spectrelor de absorbţie permite

identificarea substanţei absorbante şi dozarea ei într-un amestec în care se pot

găsi şi componenţi care nu absorb în acelaşi domeniu de lungimi de undă ca şi

substanţele largi răspândite.

I.5. EFECTELE BIOLOGICE ALE RADIAŢIILOR ŞI PROTECŢIA ÎMPOTRIVA

LOR

Interacţiunea radiaţiilor nucleare cu sistemele materiale conduc la

excitarea şi ionizarea atomilor şi moleculelor în urma absorbţiei energiei

radiaţiilor de către substanţa traversată.

Radiaţiile încărcate electric (, , ) produc ionizarea directă, pe când

radiaţiile X, , produc ionizare indirectă prin electroni Compton, fotoelectroni,

nuclee de recul. Interacţiunile de bază ale radiaţiilor ionizante cu ţesutul viu sunt

aceleaşi ca şi în oricare altă substanţă, rolul important jucându-l fenomenul de

ionizare şi excitare a moleculelor din celule urmat de disocierea acestora.

Întreaga energie cedată substanţei de către radiaţie este disipată în final sub

formă de căldură.

Unitatea de bază a ţesutului viu este celula. Fiecare celulă are un nucleu,

centrul ei de control.

29

De o importanţă cu totul particulară este compusul numit acid

dezoxiribonucleic ADN în nucleul celulei. ADN-ul controlează structura şi

funcţionarea celulei. Radiaţia afectează celula, în mod indirect ADN-ul.

Radiaţia poate acţiona în două moduri: o moleculă de ADN se poate

ioniza, rezultând o modificare chimică directă sau molecula poate fi modificată

indirect prin intermediul unui radical liber din lichidul celulei.

În unele cazuri modificarea chimică poate sta la baza unui efect biologic

dăunător, datorat fie unui defect puternic localizat, fie unui defect global al

cromozomului, aşa cum se poate observa la microscop.

Ambele feluri de defecte au fost implicate în tarele genetice şi în

dezvoltarea cancerului.

Radiaţiile care pătrund în organism sunt mai mult sau mai puţin absorbite.

În cazul ţesuturilor vii, interacţiunea radiaţiilor cu acestea produce aceleaşi

fenomene. Ionii produşi în urma ionizării reacţionează chimic cu acizii nucleici din

nucleele celulelor vii dând naştere unor produşi toxici. Ţesuturile cele mai

sensibile sunt organele hematopaltice, mucoasele, organele interne, ţesuturile

musculare, ţesuturile osoase, ţesutul nervos.

Iradierea în doze bine determinate poate avea efecte pozitive (în

radioterapie, distrugerea celulelor tumorale).

Iradierea necontrolată poate duce la accidente acute imediate şi accidente

cronice.

Mecanismele absorbţiei radiaţiilor variază în funcţie de natura acestora. În

cazul radiaţiei , acestea sunt complet absorbite de organismele vegetale şi

animale pe o adâncime de 0,1 mm iar radionuclizii nu sunt periculoşi. Radiaţiile

pot pătrunde în organism circa 1 cm, iar radionuclizii care le produc sunt

periculoşi pentru ţesuturile superficiale. Radiaţiile X, şi neutronii trec prin

organe umane iar radionuclizii care le produc sunt periculoşi.

Boala de iradiere poartă numele de boala actinică.

În locurile în care apar doze de radiaţii mai mari decât cele maxime

admise, se impune luarea unor măsuri de protecţie prin ecranarea surselor

radioactive. Împotriva fluxului de radiaţii se utilizează ecrane din material cu Z

30

mare (Pb), împotriva fluxului de radiaţii se utilizează ecrane din material cu Z

mic (Al) iar împotriva fluxului de radiaţii se foloseşte ca moderator apa grea şi

grafitul iar ca absorbant cadmiul şi borul.

Radiațiile Roentgen (X)

Natura radiațiilor Roentgen.

Radiațiile X au fost desoperite de profesorul german Wilhelm Conrad Roentgen

(primul fizician care a primit premiul Nobel pentru fizică în anul 1901) și

reprezintă radiații de natură electromagnetică cu lungime de undă mică.

Obținerea radiației Roentgen.

În timpul unor experimente, fizicianul german Wilhelm Conrad Röntgen,

bombardând un corp metalic cu electroni rapizi, a descoperit că acesta emite

radiaţii foarte penetrante, radiaţii pe care le-a denumit raze X (necunoscând

natura lor).

Radiaţiile X au fost numite mai târziu radiaţii Roentgen sau Röntgen. Ele se

obţin în tuburi electronice vidate, în care electronii emişi de un catod

incandescent sunt acceleraţi de câmpul electric dintre catod si anod (anticatod).

Electronii cu viteză mare ciocnesc anticatodul care emite radiaţii X. Electronii

rapizi care ciocnesc anticatodul interacţionează cu atomii acestuia în două

moduri:

Electronii, având viteză mare, trec prin învelişul de electroni al atomilor

anticatodului şi se apropie de nucleu. Nucleul, fiind pozitiv, îi deviază de la

direcţia lor iniţială. Când electronii se îndepartează de nucleu, ei sunt

frânaţi de câmpul electric al nucleului; în acest proces se emit radiaţii X.

La trecerea prin învelişul de electroni al atomilor anticatodului, electronii

rapizi pot ciocni electronii atomilor acestuia. În urma ciocnirii, un electron

de pe un strat interior (de exemplu de pe stratul K) poate fi dislocat. Locul

rămas vacant este ocupat de un electron aflat pe straturile următoare (de

31

exemplu de pe straturile L, M sau N). Rearanjarea electronilor atomilor

anticatodului este însoţită de emisia radiaţiilor X.

Primul tub care a produs raze X a fost conceput de fizicianul William Crookes.

Cu un tub de sticla partial vidat, continand doi electrozi prin care trece curent

electric. Ca rezultat al ionizarii, ionii pozitivi lovesc catodul si provoaca iesirea

electronilor din catod. Acesti electroni, sub forma unui fascicul de raze

catodice, bombardeaza peretii de sticla ai tubului si rezulta razele X. Acest

tub produce numai raze X moi, cu energie scazuta.Un tub catodic imbunatatit,

prin introducerea unui catod curbat pentru focalizarea fasciculului de electroni

pe o tinta din metal greu, numita anod, produce raze X mai dure, cu lungimi

de unda mai scurte si energie mai mare. Razele X produse, depind de

presiunea gazului din tub.

32

Urmatoarea imbunătățire a fost realizată de William David Coolidge in 1913

prin inventarea tubului de raze X cu catod încălzit.

Tubul Coolidge este un tub vidat prevăzut cu doi electrozi:

Un catod K format dintr-un filament de wolfram

Un anticatod AC (anod)

33

Anticatodul are depus pe el un material care emite radiații X (material greu

fuzibil: tungsten, wolfram, etc.). Între electrozi se aplică o tensiune electrică de

ordinul a 105 V.

Catodul este adus la incandescențăși emite electroni prin efect termoelectronic.

Fascicolul de electroni este accelerat sub acțiunea diferenței mari de potențial și

lovesc suprafața anticatodului. La interacțiunea electronilor cu atomii anodului

energia cinetică a lor este transformată în energia radiațiilor X și pe de altă parte

în căldură.

Analiza radiațiilor X a pus în evidență existența a două tipuri de spectre:

Spectru continuu

o Spectru de linii

Această compoziție spectrală reflectă cele două mecanisme de producere a

radiațiilor X:

Radiația X de frânare – datorate interacțiunilor electronilor incidenți cu

nucleele atomilor anticatodului.

o Radiații X caracteristice – datorate tranzițiilor între nivelele de energie

ale atomilor anticatodului.

o Radiațiile X caracteristice iau naștere atunci când energia electronilor

incidenți este mare producându-se fenomenul de ionizare internă prin care

electronii de pe nivelele inferioare pot fi scoși din atom. Astfel rezultă ioni

în stare excitată. Locurile electronilor expulzați se vor ocupa de către

electronii de pe straturile superioare ale atomilor anticatodului care tind să

se rearanjeze pentru a trece într-o stare stabilă de energie minimă. Ca

urmare a acestor tranziții atomii pierd energie emițând radiație X.

34

Radiațiile X astfel obținute dau naștere unui spectru de linii care este

caracteristic atomilor țintei și de aceea au fost numite radiații X

caracteristice.

Proprietățile radiațiilor Roentgen.

După lungimea de undă, radiațiile Roentgen se clasifică în radiații ”moi” (λ ˃ 1 Å)

cu energie și putere de pătrundere mică și radiații ”dure” cu lungimi de undă mici

(λ ˂ 1 Å) cu energie și putere de pătrundere mare.

Cele mai importante proprietăți ale radiațiilor Roentgen:

Sunt de natură electromagnetică (nu transportă sarcini electrice) și de

aceea nu sunt deviate în câmpuri electrice și magnetice. Se propagă în

linie dreaptă cu viteza luminii. Pot produce efect fotoelectric.

Produc fluorescența unor substanțe (sticla, platinocianura de bariu, sulfura

de zinc, silicatul de zinc, etc.). Fenomenul de fluorescență este folosit

pentru detectarea radiațiilor X.

Schimbă culoarea unor substanțe: rubinul apare galben, safirul apare

verde, sticla cu sodiu devine verde etc.

Produc efecte chimice. Determină radioliza apei, reacție importantă pentru

studierea acțiunii fiziologice a reacțiilor roentgen asupra materiei vii.

O proprietate deosebit de importantă este acțiunea fotochimică.

Impresionarea plăcilor și a filmelor fotografice se bazează pe ruperea

legăturilor chimice din molecula de bromură de argint. Impresionarea

materialelor fotosensibile depinde de intensitatea radiațiilor, lungimea de

undă și timpul de expunere.

Pot să treacă prin corpuri opace pentru radiația vizibilă. Alte corpuri

transparente pentru radiația vizibilă sunt opace pentru radiația X, de

exemplu sticla. Mușchii, pielea, părțile moi sunt transparente pentru

radiația X, iar oasele sunt opace.

35

Radiațiile X produc efecte radiobiologice. Se pot produce atât efecte

funcționale cât și dăunătoare.

Aplicațiile radiațiilor Roentgen .

Roentgendiagnosticul este o metodă de studiere a structurii anatomice interne

și funcției diferitelor țesuturi sau organe interne bazată pe absorbția inegală a

radiației roentgen de către acestea.

Roentgenterapia este o metodă de tratament bazată pe fenomenul de ionizare

a moleculelor țesuturilor sub acțiunea radiațiilor roentgen. Prin această metodă

se urmărește distrugerea completă și selectivă a unor formațiuni patologice,

deoarece s-a observat că celulele bolnave sunt mai sensibile la acțiunea

radiațiilor roentgen decât cele sănătoase.

Radiațiile X se utilizează în cazul unor afecțiuni funcționale ale unor organe

pentru acțiunea lor antiinflamatoare și antialgică.

Mărimi şi unităţi dozimetrice

Pentru a caracteriza efectele produse la iradierea diferitelor materiale

inclusiv a corpurilor vii, este necesar să studiem schimbările de proprietăţi

(mecanice, termice, electrice, magnetice etc.) ce au loc în urma iradierii,

precizând efectele acestora.

Efectele produse depind de mai mulţi factori: natura, energia şi distribuţia

radiaţiilor şi natura, forma de agregare, combinaţia chimică şi structura corpului

iradiat.

Efectele biologice ale radiaţiilor depind de cantitatea de energie absorbită

de la aceste radiaţii de către materia vie.

1) Mărimea care a fost introdusă pentru a caracteriza energia absorbită de

unitatea de masă este doza energetică absorbită (D).

36

D reprezintă raportul dintre energia absorbită şi masa substanţei care a

absorbit această cantitate de energie.

Doza absorbită în unitatea de timp se numeşte doză debit.

Unitatea de măsură:

1 Gy este doza care transferă unei mase omogene de 1 kg o energie de 1 J.

Altă unitate de măsură este rad (roentgen de doză absorbită).

1 Gy = 100 rad

1 rad reprezintă cantitatea de radiaţie care cedează într-un kg de substanţă

energia de 10-2 J.

Transferând aceluiaşi material o cantitate egală de energie, dar de la

diferite radiaţii, acţiunea acestora este diferită. De exemplu, radiaţia este mai

eficace decât .

2) Pentru a aprecia efectele iradierii s-a introdus ca mărime caracteristică

interacţiunii radiaţie – substanţă, doza de ionizare (termenul a fost introdus mai

întâi în radioterapie, ca echivalent pentru „doza de medicamente administrată”).

37

Doza de ioni reprezintă sarcina electrică produsă prin ionizare şi

reprezintă raportul dintre sarcina electrică Q a ionilor produşi de radiaţiile

nucleare într-un volum de aer şi masa m a acelui volum.

Debitul dozei de ioni este dat de relaţia:

şi are ca unitatea de măsură: (Roentgen)

1 R reprezintă doza de radiaţie X sau care produce în condiţii normale o

sarcină într-un volum de aer uscat şi este echivalent cu doza

energetică de 1,293 Gy.

3) Doza biologică (B)

Pentru a putea compara diferite radiaţii cu aceeaşi energie, după efectele

lor, s-a introdus factorul de eficacitate biologică relativă .

Doza biologică se foloseşte pentru organismele vii:

B = doza energetică ·

Eficacitatea biologică relativă reprezintă raportul dintre energia absorbită

de ţesut la iradierea cu o radiaţie dată şi energia absorbită de ţesut la o iradiere

cu o radiaţie standard pentru a produce efecte biologice identice.

Doza biologică B este doza de energie preluată de la radiaţia incidentă

care produce, în condiţii identice, aceleaşi efecte biologice ca şi doza de 1 Gy a

radiaţiilor standard (X, la 200 keV).

Unitatea de măsură este B = 1 rem(roentgen echivalent men), iar în SI

= 100 rem.

Pentru radiaţii X, , , factorul de eficacitate biologică relativă este = 1,

pentru neutroni termici = 10, iar pentru neutroni rapizi = 2,5.

Debitul dozei biologice este

38

şi se exprimă în mod uzual în ,

iar în sistemul internaţional

Limita anuală de încorporare, LAI, este activitatea minimă, exprimată în

becquereli, rezultată de la un radionuclid încorporat timp de un an, de către omul

de referinţă definit de CIPR, încorporare care antrenează fie o valoare a

echivalentului dozei angajat de 50 mSv, fie o valoare a echivalentului dozei

angajat de 150 mSv pentru cristalin, sau de 500 mSv pentru celelalte organe sau

ţesuturi.

39