Allegato 2

(art. 7 cpv. 2, 9 cpv. 3 e 4)

Basi di calcolo

1 Dati di esercizio

1.1 Energie di radiazione e intensità di dose determinanti

Per il calcolo dello spessore della schermatura di protezione contro la radiazione fotonica si devono utilizzare, tra le energie limite previste dal fabbricante, quelle per le quali il materiale di schermatura prescelto ha lo spessore di attenuazione a un decimo più elevato (conformemente al n. 4.1). Per le schermature di protezione contro la radiazione elettronica si deve utilizzare il valore più elevato della possibile energia degli elettroni.

Indipendentemente da tali energie di radiazione, si devono sempre utilizzare i valori massimi, dati dal fabbricante alla distanza di riferimentoa 0(= 1 m) dal punto di divergenza del fascio di radiazione diretta, delle intensità di dose nell’acqua nel fascio di radiazione diretta fotonica (Ḋ r) ed elettronica (Ḋ e) nonché dell’intensità della radiazione trasmessa fuori dal fascio di radiazione diretta (Ḋ d).

1.2 Dose di base W (carico di esercizio)

Il valore della dose di baseW è dato dal prodotto del numero di irradiazioni singole alla settimana per il valore medio corrispondente della dose assorbita nell’acqua alla distanza di riferimentoa 0(= 1 m) dal punto di divergenza del fascio di radiazione diretta.

Il valore minimo della dose di base per il calcolo della schermatura necessaria è pari a:W = 10⁶mGy alla settimana, escluse le attività organizzate a turni.

1.3 Fattore di permanenza T

Il fattore di permanenzaT è la misura del tempo massimo di permanenza delle persone previsto nei luoghi da proteggere quando l’acceleratore è in funzione. Valgono i valori seguenti: T = 0,2 per tutti i luoghi situati all’esterno dell’area sorvegliata non destinati ad una permanenza prolungata e dove non sono installati posti di lavoro, come sale d’aspetto, spogliatoi, archivi, magazzini, cantine, gabinetti, corridoi, scale, trombe di ascensore, marciapiedi, strade, spazi verdi e giardini. Il vincolo della dose ambientale è sempre di 0,02 mSv alla settimana; T = 1 per tutti gli altri luoghi dove possono sostare persone; T = 0 per tutti i luoghi dove non possono sostare persone.

1.4 Fattore di direzione U

Il fattore di direzioneU è una misura che, nel quadro dell’utilizzazione terapeutica prevista, tiene conto della frequenza relativa della radiazione che investe la schermatura da calcolare. Al riguardo sono determinanti le caratteristiche individuali dei relativi locali di irradiazione in base all’uso e alle tecniche di irradiazione. Valgono i valori seguenti: U = 1 per la protezione contro la radiazione trasmessa, la radiazione fotonica secondaria e terziaria e la radiazione neutronica, indipendentemente dalla direzione della radiazione diretta; U ≥ 0,5 – per la protezione contro la radiazione diretta orientata verso il pavimento, – per la protezione contro la radiazione diretta orientata verso le pareti; U ≥ 0,25 per la protezione contro la radiazione diretta orientata verso il soffitto; U = 0 per la protezione contro la radiazione diretta, se il fascio di radiazione diretta massimo, incluso un bordo inclinato di 5° rispetto al punto di divergenza, non può venire diretto sul luogo da proteggere.

1.5 Combinazione dei fattori U e T

Il prodotto diU perT (vedi n. 3 formula 1) non deve essere inferiore a 0,1. Allo scopo di limitare il rischio di radiazione, l’aumento dell’intensità di dose ambientale derivante dalla concomitanza di una direzione rara dei raggi e della permanenza in luoghi all’esterno dell’area sorvegliata non previsti per una permanenza prolungata non deve essere superiore a un fattore 10.

2 Componenti della radiazione

2.1 Componenti determinanti della radiazione

Non è richiesta una speciale schermatura contro la radiazione elettronica primaria. Se tutte le energie limite dei raggi X e degli elettroni sono inferiori a 10 MeV, nei calcoli delle misure edili di radioprotezione non è necessario tenere conto della radiazione neutronica diretta e diffusa né della radiazione secondaria prodotta per effetto fotonucleare.

Si deve tenere conto delle componenti della radiazione riportate qui di seguito nella misura in cui sono rilevanti per la protezione all’interno e all’esterno dell’area di esercizio:

1. radiazione diretta quando si irradia con radiazione fotonica;
2. radiazione diretta quando si irradia con un fascio di elettroni, radiazione di frenamento (Bremsstrahlung);
3. radiazione trasmessa;
4. radiazione fotonica secondaria (radiazione diffusa, compreso loskyshine );
5. radiazione terziaria (radiazione fotonica di diffusione secondaria e radiazione trasmessa diffusa);
6. radiazione neutronica diretta (radiazione neutronica emessa dall’acceleratore);
7. radiazione neutronica diffusa (dai punti di collisione della radiazione neutronica diretta);
8. radiazione neutronica emessa per effetto fotonucleare(radiazione neutronica prodotta nelle schermature dalla radiazione fotonica incidente per reazione fotonucleare; si deve tenere conto di queste componenti soltanto se si utilizzano materiali da costruzione tutti o in parte di numero atomico elevato, in particolare piombo);
9. radiazione emessa dalle sostanze radioattive prodotte da reazioni fotonucleari;
10. raggi gamma prodotti dalla cattura di neutroni.

2.2 Radiazione diretta con bordo

La schermatura contro la radiazione diretta deve includere un bordo inclinato di almeno 5° tutto intorno al fascio di radiazione diretta di massima sezione.

2.3 Radiazione con incidenza obliqua

Se la radiazione diretta o la radiazione trasmessa non incidono perpendicolarmente sulla schermatura, nel relativo calcolo si può tenere conto dell’accresciuta lunghezza del percorso nella direzione del fascio sempreché la radiazione secondaria prodotta dalla schermatura stessa (in particolare la radiazione diffusa) sia sufficientemente attenuata. Tale percorso più lungo di quello di una radiazione con incidenza perpendicolare sul materiale di schermatura può essere assunto come spessore determinantes della schermatura per il calcolo secondo il numero 3.

2.4 Radiazione sulla porta del locale di irradiazione

Per i locali di irradiazione disposti nel modo usuale e dotati di labirinto di accesso a un ramo, generalmente si può calcolare la radiazione neutronica che colpisce la porta con l’algoritmo indicato al numero 3. La porta del locale di irradiazione deve essere dimensionata in modo da garantire la protezione contro le componenti della radiazione secondo il numero 2.1 lettere a–j, in particolare anche contro i raggi gamma prodotti per cattura di neutroni nella porta stessa.

2.5 Skyshine

Se il locale di irradiazione costituisce una zona a sé stante (senza altri piani superiori), oltre alla radiazione diretta o trasmessa proveniente dall’acceleratore, che esce attraverso il soffitto, bisogna analizzare quale dose ambientale produce nei luoghi da proteggere la radiazione fotonica o neutronica diffusa (=skyshine ) nell’aria che sovrasta il locale di irradiazione. Si deve eventualmente tenere conto anche di questa radiazione nei calcoli delle schermature. Il rapporto n. 144 del NCRP¹contiene formule per il calcolo della componente fotonica e neutronica delloskyshine .

3 Metodi di calcolo

Lo spessore di protezione contro le singole componenti delle radiazioni che agiscono sul luogo da proteggere, elencate al numero 2.1 lettere a–g, viene determinato secondo le indicazioni e le formule riportate qui di seguito.

Se nel medesimo luogo agiscono contemporaneamente più componenti della radiazione (anche sorgenti di irradiazione supplementari), la somma dell’intensità di dose ambientale di tutte le componenti non deve superare il vincolo di dose ambientale ammesso. Se necessario occorre aumentare adeguatamente lo spessore delle schermature.

Schema generale di calcolo:

con: i indice che identifica le rispettive componenti della radiazione s spessore della schermatura, espresso in cm, per ridurre la dose di radiazione provocata al vincolo di dose ambientale secondo l’articolo 8 z spessore di attenuazione a un decimo, espresso in cm n numero degli spessori di attenuazione a un decimo richiesti W dose di base (carico di esercizio), espressa in mGy/settimana secondo il numero 1.2 U fattore di direzione secondo il numero 1.4 T fattore di permanenza secondo il numero 1.3 H w vincolo di dose ambientale alla settimana secondo l’articolo 8, espresso in mSv/settimana R fattore di riduzione per l’intensità di dose secondo la tabella 1 q coefficiente per il calcolo dell’equivalente di dose provocato dalla radiazione; per i neutroni:q = 10 mSv/mGy; per la radiazione fotonica/elettronica:q = 1 mSv/mGy

L’espressione tra parentesi nella formula 1 esprime il grado di attenuazione della radiazione.

Tabella 1

Parametri specifici per il calcolo dello spessore della schermatura per le differenti componenti della radiazione, da introdurre nella formula 1

Componente della radiazione	Spessore della schermaturas	Spessore di attenuazione a un decimoz	Modo di esercizio	Fattore di riduzioneR
Radiazione diretta	s r	z r	fotoni	R r=a 02/a n2
		(secondo 4.1)
(Componente della radiazione di frenamento )	s b	z r	elettroni	R b= (Ḋ re/Ḋ e+k e) ∙a 02/a n2
		(secondo 4.1)
Radiazione trasmessa	s d	z r	fotoni	R d=Ḋ d/Ḋ r∙a 02/a n2
		(secondo 4.1)	elettroni	R d=Ḋ d/Ḋ e∙a 02/a n2
Radiazione fotonica secondaria (radiazione diffusa)	s s	z s	fotoni	R s= 0,01 ∙F n/F o∙a 02/a s2
		(secondo 4.3)	elettroni	R s= 0,01 ∙k e∙F n/F o∙a 02/a s2
Radiazione terziaria (radiazione fotonica di diffusione secondaria e radiazione trasmessa diffusa)	s t	z s	fotoni	R t= (0,01 ∙Ḋ d/Ḋ r+ 10-6) ∙F t/F o∙a 02/a t2
		(secondo 4.3)	elettroni	R t= (0,01 ∙Ḋ d/Ḋ e+ 10-6) ∙F t/F o∙ a02/at2
Radiazione neutronica diretta	s n	z n	fotoni	R n=Ḋ n/Ḋ r∙a 0/a n
		(secondo 4.4)	elettroni	R n=Ḋ n/Ḋ e∙a 0/a n
Radiazione neutronica diffusa	s ns	z ns	fotoni	R ns= 0,1 ∙Ḋ n/Ḋ r∙a 0/a ns∙b /l
		(secondo 4.4)	elettroni	R ns= 0,1 ∙Ḋ n/Ḋ e∙a 0/a ns∙b /l

Nella formula per il calcolo del fattore di riduzione, i simboli indicano:

a 0	1 m (distanza del punto di riferimento dal punto di divergenza);
a n	distanza, espressa in m, del luogo da proteggere dal punto di divergenza per la radiazione diretta; per la radiazione di frenamento, la radiazione trasmessa e la radiazione neutronica diretta, l’isocentro come punto di riferimento è considerato la media delle diverse posizioni del gantry;
a s	distanza, espressa in m, del luogo da proteggere dal punto di collisione del fascio primario (sorgente di radiazione secondaria); l’isocentro è considerato il punto di riferimento;
a t	distanza, espressa in m, del luogo da proteggere dal punto di collisione della radiazione parassita (raggi X a diffusione primaria e/o radiazione trasmessa); il baricentro della superficie efficace è considerato il punto di riferimento;
a ns	distanza minima, espressa in m, che un fascio di neutroni senza schermatura deve coprire dall’isocentro per giungere dalla sua sorgente effettiva al luogo da proteggere;
b /l	rapporto larghezza/lunghezza del labirinto formato mediante la sovrapposizione di schermature per contrastare la radiazione neutronica diretta; se le schermature non sono sovrapposte, si deve porreb /l = 1;
k e	fattore per il calcolo delle schermature contro la radiazione di frenamento (Bremsstrahlung) prodotta all’esterno dell’acceleratore durante l’esercizio con fasci di elettroni secondo il numero 4.2;
Ḋ re/Ḋ e	valore massimo del rapporto fra l’intensità di dose della componente parassita delle radiazioni fotoniche nel fascio primario di elettroni e l’intensità di dose della radiazione elettronica nel punto di riferimento;
Ḋ d / Ḋ r Ḋ d / Ḋ e	valore massimo del rapporto fra l’intensità di dose della radiazione trasmessa (senza componente neutronica) e l’intensità di dose dei raggi X, rispettivamente della radiazione elettronica nel punto di riferimento;
Ḋ n / Ḋ r Ḋ n / Ḋ e	valore massimo del rapporto fra l’intensità di dose assorbita nell’acqua dovuta alla radiazione neutronica e l’intensità di dose delle radiazioni fotoniche, rispettivamente della radiazione elettronica nel punto di riferimento;
F n	sezione massima del fascio di radiazione diretta, espressa in m2, a 1 m di distanza dal punto di divergenza;
F t	sezione effettiva della sorgente di radiazione terziaria, espressa in m2(sezione della superficie di collisione della radiazione trasmessa o della radiazione fotonica diffusa, nella misura in cui non è coperta da un’altra schermatura nella direzione del luogo da proteggere);
F o	Superficie normaleF o= 1 m2

4 Spessori di attenuazione a un decimo

4.1 Spessore di attenuazione a un decimo zr

I valori si riferiscono alle componenti della radiazione secondo il numero 2.1 lettere a, b e c, ovvero alla tabella 1. Valgono per i fasci ampi e gli spessori corrispondenti a più spessori di attenuazione a un decimo.

Tabella 2

Spessori di attenuazione a un decimoz r, espressi in cm

Energia limite	Materiale di schermatura (densità, espressa in g/cm3)
in MeV	Terra (1,8)	Calcestruzzo (2,2)	Calcestruzzo al bario (3,2)	Ferro (7,8)	Piombo (11,3)
2	23,8	19,5	13,8	7,3	3,7
4	34,2	28,0	19,2	9,0	5,0
6	41,3	33,8	22,7	9,8	5,3
8	46,1	37,7	25,0	10,3	5,5
10	49,5	40,5	26,7	10,5	5,6
12	51,9	42,5	27,3	10,6	5,6
14	54,4	44,5	27,9	10,6	5,6
16	56,0	45,8	28,5	10,7	5,6
18	56,8	46,5	29,1	10,7	5,6
20	57,6	47,1	29,7	10,8	5,5
22	58,3	47,7	29,8	10,8	5,4
24	59,0	48,3	29,9	10,8	5,4
26	59,8	48,9	30,1	10,7	5,4
28	60,5	49,5	30,2	10,7	5,4

4.2 Fattore ke per il calcolo della schermatura contro la radiazione di frenamento (Bremsstrahlung) prodotta all’esterno dell’emettitore di radiazioni durante l’esercizio con fasci di elettroni

Tabella 3

Fattorek e

Energia degli elettroni	Materiale di schermatura
in MeV	Acqua	Terra/Alluminio Calcestruzzo / Calcestruzzo al bario	Ferro	Piombo
2	0,0000	0,0005	0,0006	0,0010
4	0,0005	0,0009	0,0016	0,0026
6	0,0012	0,0018	0,0030	0,0053
8	0,0020	0,0029	0,0051	0,0090
10	0,0030	0,0047	0,0077	0,0140
12	0,0040	0,0066	0,0115	0,0195
14	0,0055	0,0090	0,0160	0,0270
16	0,0070	0,0115	0,0200	0,0340
18	0,0090	0,0145	0,0250	0,0425
20	0,0105	0,0175	0,0300	0,0520
22	0,0130	0,0200	0,0360	0,0630
24	0,0155	0,0235	0,0415	0,0730
26	0,0170	0,0265	0,0470	0,0845
28	0,0190	0,0300	0,0535	0,0940

4.3 Spessori di attenuazione a un decimo zs per la radiazione fotonica secondaria e terziaria

Tabella 4

Materiale di schermatura	Terra	Calcestruzzo	Calcestruzzo al bario	Ferro	Vetro al piombo	Piombo
z sin cm	20	17	9	5	23/ ρ ρ variabile	1,5

Per il vetro al piombo si deve utilizzare la densitàρ , espressa in g/cm³, indicata dal fabbricante.

4.4 Spessori di attenuazione a un decimo zn e zns per la radiazione neutronica

Tabella 5

	Materiale di schermatura	Acqua, Paraffina	Calcestruzzo, Calcestruzzo al bario	Ferro, Piombo
z nper la radiazione neutronica diretta	1° spessore di attenuazione a un decimo, in cm	15	25	42*
	2° e successivi spessori di attenuazione a un decimo, in cm	10	16	42*
z nsper la radiazione neutronica diffusa		8	13	37*
∗ I materiali con numero atomico superiore a 10 richiedono, per la protezione contro i neutroni, uno spessore supplementare pari a 0,3 dello spessore di attenuazione a un decimo di materiale idrogenato dal lato della schermatura opposta alla sorgente dei neutroni.

Footnotes

1. Rapporto n. 144 (2003) del National Council on Radiation Protection and Measurements,Radiation Protection for Particle Accelerator Facilities . Il rapporto è disponibile in libreria (ISBN 0‑929600‑77‑0) o all’indirizzo Internet www.ncrp.com/pubs.html. ↩