-elementi di interazione radiazione-materia

-introduzione al funzionamento di rivelatori di radiazione ionizzante

-lezioni frontali

-esercitazioni numeriche

1) Nozioni di base per la dosimetria

- Le radiazioni ionizzanti (definizione e classificazione), le radiazioni ionizzanti presenti nell’ambiente e quelle di uso medico, le sorgenti naturali di radiazione (raggi cosmici, radioattività terrestre) e quelle artificiali (macchine e radioisotopi).

- Le grandezze fisiche che caratterizzano il campo di radiazione: fluenza di particelle, fluenza di energia, energia radiante, radianza.

- I coefficienti d’interazione della radiazione direttamente e indirettamente ionizzante con un mezzo:

- coefficiente di attenuazione, di trasferimento di energia e di assorbimento di energia per la radiazione indirettamente ionizzante (fotoni e neutroni);

- potere frenante (elettronico e radiativo) per la radiazione direttamente ionizzante (particelle cariche);

- potere frenante ristretto e LET.

- Energia media per formare una coppia di ioni.

- Cammino libero medio e lunghezza di radiazione.

- Le grandezze dosimetriche di base: la dose assorbita, il kerma e l’esposizione.

- L’equivalente di dose come conseguenza della diversa efficacia biologica della radiazione (ad alto e basso LET).

- L’equilibrio delle particelle cariche (CPE).

- Correlazioni fra le grandezze dosimetriche in condizioni di CPE: relazioni fra dose assorbita, kerma ed esposizione, relazione fra dose assorbita e fluenza in funzione dei coefficienti di kerma (per neutroni).

- La radioattività: i modi di decadimento e l’attività dei radionuclidi (cenni sulle famiglie radioattive e sulle reazione di attivazione). La costante del rateo di esposizione e di kerma in aria.

- Il coefficiente di taratura di un sistema di misura, misure assolute e misure relative, i campioni di misura e il ruolo del sistema metrologico nella dosimetria.

2) Dosimetria in radioprotezione

- Condizioni di irradiazione esterna e di irradiazione interna.

- Le grandezze radioprotezionistiche: dose efficace, dose equivalente.

- Monitoraggio di area e individuale (irradiazione esterna).

- Le grandezze dosimetriche operative per il monitoraggio di area e individuale: equivalente di dose ambientale, direzionale e personale.

- Metodi dosimetrici in radioprotezione:

   - caratteristiche generali di uno strumento di misura da usare per dosimetria ambientale o per dosimetria individuale (sensibilità, linearità, efficienza per radiazioni di diverso tipo);

   - la risposta di un dosimetro e la sua dipendenza dalla direzione e dall’energia della radiazione;

   - tipi di taratura dei dosimetri per la misura delle diverse grandezze operative

   - i rivelatori per la dosimetria in radioprotezione: rivelatori a gas (camere a ionizzazione, contatori proporzionali, contatori G-M), rivelatori a scintillazione, a semiconduttore, a tracce, a termoluminescenza, a radiofotoluminescenza, a luminescenza otticamente stimolata, a bolle surriscaldate.

- Metodi di misura dell’attività dei radionuclidi nelle situazioni di irradiazione interna (inalazione e ingestione di radionuclidi):

   - spettrometria gamma e alfa con semiconduttori e scintillatori, sistemi a scintillatori liquidi per radiazione beta, sistemi di misura del radon, misura della contaminazione al corpo intero “whole body counter”).

- Conversione da attività a: equivalente di dose, dose efficace, dose equivalente.

3) Dosimetria in radioterapia e in radiodiagnostica

- Generalità sulle sorgenti di radiazione in radioterapia e radiodiagnostica:

   -  irradiatori con Co-60, acceleratori lineari e circolari di elettroni, protoni e ioni pesanti;

   - sorgenti e impianti per brachiterapia, macchine a raggi x.

- Caratterizzazione dei campi di radiazione in radioterapia e radiodiagnostica:

- analisi delle diverse modalità di assorbimento dei fasci di fotoni, elettroni e particelle  cariche pesanti in funzione della profondità nel mezzo (curve di PDD in acqua); 

    - gli indicatori della qualita’ della radiazione per fasci di fotoni (HVL e TPR 20/10);

  - gli indicatori della qualita’ della radiazione per fasci di elettroni, protoni e ioni pesanti (R50 e Rres).

- Determinazione della dose assorbita in acqua in fasci di fotoni e di particelle cariche:

   - teoria della cavità di Bragg-Gray (B-G);

   - l’effetto dei raggi delta e la revisione di Spencer-Attix (S-A) della teoria di B-G -  determinazione del rapporto dei poteri frenanti acqua-aria secondo S-A.

- Le camere a ionizzazione a cavità: camere sferiche/cilindriche e camere a elettrodi piani paralleli.

- Misura della dose assorbita in acqua (Dw) con camere a ionizzazione a cavità:

   - espressione di Dw con camere a cavità tarate in termini di kerma in aria (“approccio NK o NDa”), analisi degli effetti di perturbazione causati dalla camera nel mezzo omogeneo (l’acqua);

   - fattori correttivi nelle misure di carica con camere a ionizzazione dovuti a: effetto della ricombinazione ionica generale e iniziale, effetto di polarità, effetto della temperatura, pressione e umidità dell’aria;

   - espressione di Dw e analisi dei fattori di perturbazione con camere a cavità tarate in termini di Dw (“approccio NDw”).

- Caratteristiche dei sistemi di misura complementari per la dosimetria in radioterapia e radiodiagnostica:

   -  dosimetri termoluminescenti,  film radiocromici, dosimetri a ESR, diodi a stato solido (silicio, diamante).

- Determinazione della dose assorbita in acqua (Dw) in brachiterapia:

   - espressione e calcolo di Dw nell’uso di sorgenti solide;

   - caratterizzazione delle sorgenti (rateo di kerma in aria di riferimento e rateo di dose assorbita di riferimento) per il calcolo di Dw,

   - cenni sulla determinazione di Dw nell’uso di sorgenti liquide (dosimetria interna per la radioterapia metabolica);

   - problemi nella misura di distribuzioni di dose in fantoccio in brachiterapia.

- Generalità sulla dosimetria nella radiodiagnostica con raggi x: grandezze di riferimento (kerma incidente, prodotto kerma-area, indici per la TC, ecc.) e loro conversione in dose efficace.

- I protocolli internazionali per la dosimetria in radioterapia e in radiodiagnostica: loro ruolo e importanza per contenere entro limiti accettabili l’incertezza nelle misure dosimetriche.

- Cenni sui principali sistemi di misura campione basati su metodi ionimetrici, calorimetrici e di conteggio di particelle.

- Laitano R. F. Fondamenti di Dosimetria delle Radiazioni Ionizzanti - III edizione,  ENEA, Roma 2013.

- Attix F. H., Introduction to Radiological Physics and Radiation Dosimetry, John Wiley & Sons, 1986.

- Podgorsak E. B. (Ed.), Radiation Oncology Physics, A Handbook for Teachers and Students, International Atomic Energy Agency, Vienna, 2005.

- Khan F. M., The Physics of Radiation Therapy, Lippincott Williams & Wilkins – Wolters Kluwer, Baltimore-Philadelphia, 2010.

Elaborato scritto e colloquio orale