RB 2016-17

Interazione tra
radiazioni e materia
Interazione tra radiazioni
e materia (I)
• FASE FISICA:
– emissione di energia da parte della sorgente ®
trasferimento di energia nello spazio ®
interazione con un elettrone di un atomo ®
cessione di energia ® ionizzazione dell’atomo.
• La coppia di ioni ha energia superiore a
quella dell’atomo di partenza perchè ha
ricevuto energia dalla radiazione ed ha
acquisito una certa instabilità.
Interazione tra radiazioni
elettromagnetiche e materia (I)
Effetto fotoelettrico: tutta l’energia del fotone incidente
viene trasferita ad un elettrone delle orbite interne che viene
espulso ed acquista una energia cinetica pari alla differenza
energetica tra il fotone incidente e l’energia di legame.
Interazione tra radiazioni
elettromagnetiche e materia (II)
Effetto Compton: il fotone incidente urta elasticamente
contro un elettrone delle orbite esterne, cedendogli una parte
dell’energia e deviando la propria traiettoria; l’energia acquisita
dall’elettrone provoca l’espulsione dello stesso dall’atomo.
Interazione tra radiazioni
elettromagnetiche e materia (III)
Produzione di coppie: è il meccanismo attraverso il quale
un fotone incidente di energia almeno di 1.022 MeV è
trasformato in una coppia di particelle (elettrone e
positrone).
Interazione tra radiazioni
elettromagnetiche e materia (IV)
Produzione di elettroni di Auger: si puo verificare qualora
si crei un "vuoto" elettronico in un orbitale interno.
Un e- esterno per riempire il “vuoto" scende ad un livello
energetico inferiore, cedendo energia sotto forma di radiazione
X "caratteristica" che, attraversando gli orbitali piu esterni,
può interagire con un elettrone espellendolo dalla sua orbita
(elettrone di Auger).
Interazione tra radiazioni
elettromagnetiche e materia (V)
Interazione tra radiazioni
corpuscolari e materia
Ad esempio un elettrone può interagire con un atomo:
a) colpendo il nucleo (con possibile formazione di coppie);
b) colpendo un elettrone dell’atomo (ionizzazione dell’atomo
con emissione di radiazione caratteristica);
c) risentendo dell’effetto repulsivo degli altri elettroni con
emissione di radiazione di frenamento.
Interazione tra radiazioni
e materia (II)
• L’atomo cerca, pertanto, di ripristinare una
situazione di stabilità:
– catturando un elettrone libero nell’ambiente
circostante dissipa quel po’ di energia in più e,
quindi, può tornare neutro;
– modificando i suoi rapporti con gli atomi vicini,
formando o scindendo dei legami.
• In quest’ultimo caso si assiste alla
modificazione della molecola di cui l’atomo
fa parte e si parla di FASE CHIMICA.
Interazione tra radiazioni
e materia (III)
• Inoltre, se la molecola svolge attività
biologica (es. un enzima od un costituente
cellulare) l’effetto è biologico e si parla di
FASE BIOCHIMICA.
• Le molecole in natura non sono quasi mai
isolate ma appartengono a sistemi complessi
e coordinati (es. virus, batteri, cellule).
• Si arriva, così, all’interessamento cellulare
da parte delle radiazioni ionizzanti.
Interazione radiazione-cellula (I)
• Il volume cellulare è di circa 1000μm3 e
contiene 5x1013 molecole.
• Circa i 4/5 (80%) in peso e volume sono
H2O ed 1/5 (20%) sono molecole biologiche.
• Poichè il peso molecolare dell’H2O è 18 e di
una molecola biologica in media 1000, avrò
1 molecola biologica ogni circa 220 di H2O.
• Dunque le molecole biologiche sono disposte
in una fase liquida “acquosa” preponderante.
Interazione radiazione-cellula (II)
• Ma cosa accade quando la cellula
investita da un fascio di radiazioni?
è
• L’interazione è un evento “casuale”,
probabilistico, determinato solo dal volume
occupato dalle molecole.
• Dunque l’interazione nei 4/5 dei casi
avverrà con molecole d’acqua e nel
restante 1/5 con molecole biologiche.
Il danno cellulare (I)
• Le alterazioni a livello della cellula si
manifestano quando le molecole danneggiate
sono numerose e/o molto importanti (es.
alterazioni dei geni o dei cromosomi).
• Dalla assenza di modificazioni si passa ad
una compromissione via via più grave fino
ad alterazioni genetiche o alla morte.
• L’effetto letale può essere determinato da:
– gravi alterazioni del DNA, delle catene
sintetiche, della membrana, dei lisosomi, ecc...
Il danno cellulare (II)
• L’effetto letale può essere raggiunto anche
per sommazione di effetti sub-letali.
• Questi, che singolarmente non sono in grado di
uccidere la cellula, possono farlo se:
– sono abbastanza numerosi;
– interagiscono con gli effetti successivi prima che si
ripari l’effetto della “noxa” sub-letale precedente.
• Quindi, per arrivare alla morte celluare, si
deve verificare una elevata frequenza di
effetti in un breve intervallo di tempo.
Il danno all’organismo
• Ovviamente l’organismo si accorge del
“problema” solo quando:
– il numero di cellule compromesse è elevato;
– vi è un danneggiamento globale di un sistema
(tessuto od organo).
• Qualora le funzioni compromesse siano
“vitali” si può arrivare alla morte
dell’organismo.
Il danno alla popolazione
• Con la morte o il danno riproduttivo di uno o
più organismi viene compromessa anche la
popolazione poichè:
– si riduce il fattore di accrescimento della stessa;
– subentrano eventi di tipo genetico.
• Quindi la popolazione si riduce per effetto
diretto precoce o tardivo (morte di individui)
e per gli effetti genetici sui discendenti.