Dosimetria beta.
Dalla letteratura sappiamo che la radiazione beta si propaga nell’ambiente circostante la sorgente fino ad una distanza che si chiama “range” e che corrisponde alla massima distanza di penetrazione di un elettrone che possieda un’energia cinetica uguale allla massima energia del decadimento beta del nuclide, del quale ci si sta occupando al fine di studiarne le caratteristiche sotto il profilo della radioprotezione. A questo scopo occorre stabilire, in un punto determinato dello spazio rispetto alla sorgente, quale sia la energia rilasciata alla materia in quel punto dalla radiazione beta incidente. Cominciamo subito col precisare che la energia in questione potrà essere al massimo la energia media dei beta emessi, perché la restante energia emessa nel decadimento è energia cinetica degli antineutrini, che per loro natura non rilasciano energia alla materia attraversata, quindi non esistono ai fini della dosimetria.
Nel S.I. il Sievert è la unità di equivalente di dose di radiazione (cfr. art 5 D.Lgs. 230/95); nella pratica quotidiana comunque è più frequente il sottomultiplo microSievert (μSv).
Stabilito questo primo punto importante, e conosciuto inoltre il range della radiazione beta con la quale si ha a che fare, cioè avendo accertato quale sia il nuclide beta emettitore presente, si può subito stabilire se vi sia o meno la possibilità che qualcuno, che si trovi nelle vicinanze della sorgente, possa essere irradiato oltre limiti ammissibili; a tal proposito è evidentemente più probabile ricevere radiazioni indebite da una sorgente non schermata di ittrio 90 che da una sorgente di carbonio 14. Detto ciò resta da stabilire quanta sia in un determinato punto ad una distanza nota dalla sorgente la energia rilasciata in quel punto alla unità di massa della materia irradiata, cioè la dose di radiazione. Ai fini pratici della radioprotezione, la materia irradiata è il tessuto vivente e, per essere piu precisi, il tessuto vivente che può essere danneggiato, in particolare per esempio lo strato vivo della pelle, che si trova ad una profondità di 0,07 mm sotto lo strato morto superficiale.
Si osserva sperimentalmente che interponendo tra una sorgente di radiazione beta e la finestra di entrata di un contatore Geiger un materiale assorbente il ritmo di conteggio diminuisce all’aumentare dello spessore di materiale interposto, con un andamento che si assimila ad un’esponenziale: in formule, detta I0 la intensità di conteggio a monte del materiale assorbente di spessore x e Ix la intensità di conteggio a valle del materiale assorbente si può istituire una relazione del tipo:
Ix/I0 = e-μx
Nella quale μ si chiama coefficiente di assorbimento lineare ed ha le dimensioni dell’inverso di una lunghezza; se per es. x è in cm allora μ è in cm-1, dovendo l’esponente di e essere adimensionale. Questo fatto è comodo, Perché tracciando i conteggi in un grafico a coordinate semilogaritmiche i punti si dispongono all'incirca su una retta, così che è possibile a colpo d’occhio verificare se si è in presenza di un emettitore beta puro o di qualcos’altro; non solo , ma anche stimare il range ed ipotizzare il nuclide, se non noto per altra via.
D’altra parte il μ inteso come assorbimento o decadimento per unità di tragitto della radiazione può anche immaginarsi come indice di cessione di energia per unità di tragitto, sia che rappresenti un tasso di cessione di energia da parte di ogni particella, sia che rappresenti la perdita completa di elettroni che hanno ceduto tutta la loro energia e non vengono più conteggiati. Se così è il μ è collegato comunque alla cessione di energia, cioè alla dose, e se lo si considera costante lungo tutto il tragitto, cioè per tutto lo spessore del materiale assorbente (per esempio l’aria di un ambiente) allora la dose è costante in ogni punto. Sfortunatamente c’è ragione di ritenere che il coefficiente sia variabile lungo il tragitto, cioè che la famosa retta non sia proprio una retta. Basta di tanto in tanto andare a verificare i valori di Ix/I0 con uno spessore x di materiale che non disturbi troppo la geometria dell’assorbimento complessivo (si veda la pagina di calcolo nel seguito: “Variazione del coefficiente di attenuazione con la penetrazione”, ottenuto da una sorgente di circa 50 g di KCl commerciale, con risultati validati dai valori di R quadrato). Ne consegue una dose variabile con la distanza, e non solo per effetto della apertura del fascio. Attenzione: nel grafico sottostante l'asse delle ordinate è logaritmico, quindi l'apparente leggera ondulazione della curva di μ-1 nasconde in realtà rapporti tutt'altro che trascurabili.