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Raggi gamma

forma di radiazione elettromagnetica
Disambiguazione– Se stai cercando il singolo di Sangiovanni, vediRaggi gamma (singolo).

Infisica nucleareunraggio gamma(γ) è una forma penetrante diradiazione elettromagneticaderivante daldecadimento radioattivodeinuclei atomici.È costituito dalle onde elettromagnetiche a lunghezza d'onda più corta, anche di quella deiraggi X,e impartisce la più altaenergia fotonica.

Sono onde ad alta energia capaci di danneggiare lemolecoleche compongono lecellule,portandole a svilupparemutazioni geneticheo addirittura allamorte.

SullaTerrapossiamo osservare sorgenti naturali di raggi gamma sia nel decadimento deiradionuclidi,sia nelle interazioni deiraggi cosmicicon l'atmosfera;più raramente anche i fulmini producono questa radiazione.

Storia e scoperta

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Ernest Rutherford all'università McGill nel 1905

Le prime sorgenti di raggi gamma furono osservate nel decadimento gamma, processo in cui un nucleo eccitato decade emettendo questa radiazione appena dopo la formazione. Il primo a osservarli fuPaul Villard,chimico e fisico francese, nel 1900 mentre studiava la radiazione emessa dalradio.Villard capì che questa radiazione era più penetrante delle altre osservate nel radio, come iraggi beta(osservati daHenri Becquerelnel 1896) o iraggi alfa(osservati daErnest Rutherfordnel 1899). Villard comunque non nominò questa radiazione con un nome differente[1][2].

La radiazione gamma fu riconosciuta come una differente radiazione fondamentale da Rutherford nel 1903 e venne così chiamata con la terza lettera dell'alfabeto greco, che segue alfa e beta[3].Oltre alla maggiore capacità penetrante dei raggi gamma, Rutherford notò anche che quest'ultimi non venivano deflessi dalcampo magnetico.Inizialmente i raggi gamma vennero pensati come particelle (Rutherford stesso pensava si trattasse diparticelle betamolto veloci), ma varie osservazioni, come lariflessionesulla superficie di un cristallo (1914)[4],dimostrarono che si trattava di unaradiazione elettromagnetica.[4]

Rutherford e il suo collaboratoreEdward Andrademisurarono per primi lalunghezza d'ondadei raggi gamma emessi dal radio, ottenendo valori inferiori a quelli dei raggi beta, perciò una più altafrequenza.I raggi gamma nei decadimenti nucleari vengono emessi sotto forma di singolofotone.

Caratteristiche e proprietà

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LaLunavista dalCompton Gamma Ray Observatorycon raggi gamma di oltre 20 MeV. Questi sono prodotti dai bombardamenti di raggi cosmici sulla sua superficie[5].

Normalmente, lafrequenzadi questa radiazione è maggiore di 1018Hz, dunque possiede un'energia oltre i 10keVed unalunghezza d'ondaminore di ~ 10−10m (< a 10 nm), molto inferiore al diametro di unatomo.[6][7]

Sono state studiate anche interazioni che coinvolgevano raggi gamma di energia da TeV a PeV[8].Inastronomiai raggi gamma sono definiti in base alla loro energia ed esistono raggi gamma anche di più di 10TeV,una frequenza maggiore di quella proveniente da qualsiasidecadimento radioattivo[9].

I raggi gamma sono più penetranti della radiazione prodotta dalle altre forme di decadimento radioattivo, ovverodecadimento alfaedecadimento beta,a causa della minor tendenza a interagire con la materia. La radiazione gamma è composta dafotoni:questa è una differenza sostanziale dallaradiazione alfache è composta danucleidielioe dallaradiazione betache è composta daelettroni;ifotoni,non essendo dotati di massa, sono menoionizzanti.A queste frequenze, la descrizione dei fenomeni delle interazioni fracampo elettromagneticoe materia non può prescindere dallameccanica quantistica:in quest'ultima, iquantitrasportano un'energiapari a:

doveè lacostante di Planckpari a6,62617×10−34J s.[10]

I raggi gamma si distinguono dairaggi Xper la loro origine: i gamma sono prodotti da transizioni nucleari o comunque subatomiche, mentre iraggi Xsono prodotti da transizioni energetiche dovute aelettroniche da livelli energetici quantizzati esterni vanno in livelli energetici liberi più interni. Poiché è possibile per alcune transizioni elettroniche superare le energie di alcune transizioni nucleari, la frequenza diraggi Xpiù energetici può essere maggiore di quella di raggi gamma meno energetici. Di fatto però entrambi sono onde elettromagnetiche, così come lo sono le onde radio e la luce.

Le emissioni di raggi gamma rivestono interesse scientifico presso gliacceleratorinaturali di particelle, quali possono essere i resti disupernovead alta energia, sistemi binari composti da stelle normali e oggetti compatti qualistelle di neutroniobuchi nerie nuclei galattici attivi, che contengono al loro centrobuchi nerisupermassivi (masse fino a diversi milioni di masse solari). Per il loro studio è stato avviato l'esperimentoGLAST,un telescopio orbitante sensibile alle radiazioni gamma. Oltre a GLAST, esistono diversi osservatori terrestriČerenkovche sono in grado di captare in maniera indiretta raggi gamma di energie elevatissime, ancora più elevate di quelle che può rilevare GLAST, che provengono dalle regioni più attive dell'universo.

Schermatura

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La schermatura dei raggi γ richiede materiali molto più spessi di quelli necessari per schermare particelleαeβche possono essere bloccate da un semplice foglio di carta (α) o da una lastra sottile metallica (β). I raggi gamma vengono assorbiti meglio dai materiali con un altonumero atomicoe con altadensità:infatti, se per ridurre del 50% l'intensità di un raggio gamma occorre 1 cm dipiombo,lo stesso effetto si ha con 6 cm di cemento o 9 cm di terra pressata. I materiali per la schermatura sono in genere misurati in base allo spessore richiesto per dimezzare l'intensità della radiazione. Ovviamente maggiore è l'energia deifotoni,maggiore è lo spessore della schermatura richiesta. Occorrono quindi schermi spessi per la protezione degli esseri umani, poiché i raggi gamma e iraggi Xproducono effetti comeustioni,forme di cancroemutazioni genetiche.Ad esempio nellecentrali nucleariper la schermatura si usano l'acciaio e il cemento nel recipiente di contenimento e l'acqua fornisce una schermatura dalla radiazione prodotta durante la conservazione dellebarre di combustibile.

Interazioni con la materia

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Ciclo CNO

Quando un raggio gamma attraversa la materia, la probabilità di assorbimento è proporzionale allo spessore dello strato, alladensitàdel materiale e alla sezione trasversale di assorbimento. Si osserva che l'assorbimento totale ha un'intensità esponenzialmente decrescente con la distanza dalla superficie di incidenza:

dove x è lo spessore del materiale della superficie incidente, μ=nσ è ilcoefficiente di assorbimento,misurata in cm-1,nè il numero diatomiper cm3(densità atomica) e σ è lasezione d'urtototale misurata in cm2.

In termini diionizzazione,la radiazione gamma interagisce con lamateriain tre modi principali: l'effetto fotoelettrico,l'effetto Comptone laproduzione di coppie elettrone-positrone.

Effetto fotoelettrico:avviene quando unfotonegamma interagisce con unelettrone,tendenzialmente interno, orbitante attorno a unatomoe gli trasferisce tutta la sua energia, col risultato di espellere l'elettronedall'atomo. L'energia cineticadel "fotoelettrone" risultante è uguale all'energia delfotonegamma incidente meno l'energia di legamedell'elettrone. L'effetto fotoelettricoè il meccanismo principale per l'interazione deifotonigamma e X al di sotto dei 50keV(migliaia dielettronvolt), ma è molto meno importante ad energie più alte.

Scattering Compton:unfotonegamma incidente espelle unelettroneda un atomo, in modo simile al caso precedente, ma l'energia addizionale delfotoneviene convertita in un nuovofotonegamma, meno energetico, con una direzione diversa dalfotoneoriginale. La probabilità dello scattering Compton diminuisce con l'aumentare dell'energia del fotone. Questo è il meccanismo principale per l'assorbimento dei raggi gamma nell'intervallo di energie "medie", tra 100keVe 10MeV,dove va a ricadere la maggior parte della radiazione gamma prodotta da un'esplosione nucleare. Il meccanismo è relativamente indipendente dalnumero atomicodel materiale assorbente.

Produzione di coppie:interagendo con ilcampo elettromagneticodelnucleo,l'energia delfotoneincidente è convertita nella massa di una coppiaelettrone/positrone(unpositroneè unelettronecarico positivamente). L'energia eccedente la massa a riposo delle due particelle (1,02 MeV) appare come energia cinetica della coppia e del nucleo. L'elettronedella coppia, in genere chiamatoelettronesecondario, è molto ionizzante. Ilpositroneha vita breve: si ricombina entro 10−8secondicon unelettronelibero, dando vita a una coppia difotonigamma con un'energia da 0,51 MeV ciascuno emessi a 180° in modo da soddisfare il principio di conservazione della quantità di moto. La ricombinazione di particella e antiparticella si chiamaannichilazione.Questo meccanismo diventa possibile con energie maggiori di 1,02MeVe diventa un importante meccanismo di assorbimento con energie maggiori di 5MeV.

Glielettronisecondari prodotti in uno di questi tre meccanismi spesso hanno abbastanza energia per ionizzare anch'essi. In più i raggi gamma, specialmente quelli ad alta energia, possono interagire con i nuclei atomici emettendo particelle (fotodisintegrazione) o eventualmente producendofissione nucleare(fotofissione).

La formula dell’attenuazione precedente è valida se è possibile trascurare che unfotone,diffuso pereffetto Compton,arrivi nel volume di interesse (rivelatore, individuo...) altrimenti va corretta inserendo il fattore di build-up (B):

Il fattore di build-up dipende dall’energia della radiazione incidente, dal tipo di materiale che attraversa e dalla geometria di incidenza. Il calcolo di questi fattori richiede di risolvere l’equazione di Boltzmann o l’uso di codici che sfruttano ilmetodo Montecarlo[11],è tuttavia possibile trovare in letteratura i valori del fattore di Build-up per i casi più comuni[12].


Interazione con la luce

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I raggi gamma ad alta energia (da 80GeVa ~10TeV) provenienti daquasarmolto distanti vengono usati per stimare la luce extragalattica di fondo indicata spesso con l'acronimoEBL.Questa radiazione, da non confondersi con laradiazione cosmica di fondo,è dovuta sia a tutta la radiazione accumulata nell'universo durante la formazione delle stelle sia a causa deinuclei galattici attivi.I raggi ad alta energia interagiscono con ifotonidella luce extragalattica di fondo e dalla stima della loro attenuazione può essere dedotta ladensitàdi luce di fondo anche analizzando lo spettro dei raggi gamma in arrivo.[13][14]

Convenzioni di denominazioni e sovrapposizioni nella terminologia

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Un acceleratore lineare utilizzato in radioterapia

In passato la distinzione traraggi Xe raggi gamma era basata sull'energia: veniva considerata raggio gamma unaradiazione elettromagneticaad alta energia. Tuttavia i moderniraggi Xprodotti da acceleratori lineari per il trattamento delcancrohanno spesso energia maggiore (dai 4 ai 25Mev) di quella dei classici raggi gamma prodotti daldecadimento nucleare.Iltecnezio-99m,uno dei più comuniisotopiemettitori di raggi gamma usati nella medicina nucleare, produce radiazione alla stessa energia (140keV) di una macchina diagnostica araggi X,ma molto minore di quella deifotoniterapeutici di un acceleratore lineare. Oggi nella comunità medica la convenzione che la radiazione prodotta daldecadimento nucleareè l'unico tipo di radiazione chiamato gamma è ancora rispettata.

A causa della sovrapposizione degli intervalli energetici oggi infisicai due tipi di radiazione sono definiti in base alla loro origine: iraggi Xsono emessi daglielettroni(sia da quelliorbitalisia perbremsstrahlung)[15]mentre i raggi gamma sono prodotti dainuclei,da eventi di decadimento particellare o da eventi diannichilazione.Poiché non esiste un limite inferiore per l'energia dei fotoni prodotti dalla reazioni didecadimento nucleare,anche gliultravioletti,ad esempio, potrebbero essere definitiraggi gamma[16].L'unica convenzione di denominazione che è ancora universalmente rispettata è quella che laradiazione elettromagneticache sappiamo essere di origine nucleare è sempre definita come 'raggio gamma' e mai comeraggio X.Comunque, in fisica e in astronomia, questa convenzione è spesso infranta.

SupernovaSN1987A

Inastronomialeradiazioni elettromagnetichesono definite dall'energia,poiché il processo che le ha prodotte può essere incerto mentre l'energia dei fotoni è determinata dai rilevatori astronomici[17].A causa di questa incertezza per quanto riguarda la provenienza, inastronomiasi parla di raggi gamma anche in seguito a eventi non radioattivi. Invece lasupernovaSN 1987a,che emette dei bagliori gamma provenienti dal decadimento delnichel-56e delcobalto-56,è un caso astronomico di evento radioattivo.

Nella letteratura astronomica si tende a scrivere 'raggi-gamma' con un trattino, a differenza dei raggiαoβ.Questa notazione vuole sottolineare l'origine non nucleare della maggior parte dei raggi-gamma astronomici.

Interazioni biologiche

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La misura dell'effetto ionizzante dei raggi gamma si misura tramite varie figure di merito.

  • LaEsposizioneè quanta carica ionizzata viene prodotta, in unità di massa.
    • Ilcoulombsuchilogrammo(C/kg) è l'unità di misura nelSistema internazionale di unità di misura(SI) dell'esposizione alla radiazione, essa è la quantità di radiazione che serve per creare 1coulombdi carica per ogni polarità in 1chilogrammodi materia.
    • Il röntgen (R) è l'unità di misura nelsistema CGSper l'esposizione, con cui si rappresenta la quantità richiesta per creare 1esudi carica per ogni polarità in 1 centimetro cubo di aria secca; 1 röntgen = 2,58x10-4C/kg.
  • LaDose assorbitaè quanta energia viene rilasciata dal raggio nella materia, per unità di massa; pertanto, con la dovuta correzione, essa è il parametro più indicativo per misurare i danni di un raggio su materia biologica.
    • Ilgray(Gy), che equivale ajoulesu chilogrammo (J/kg), è l'unità di misura della dose assorbita nelSI,corrisponde alla quantità di radiazione necessaria per depositare 1 joule di energia su 1chilogrammodi ogni tipo di materia.
    • Ilradè un'unità di misura delsistema CGSobsoleta, numericamente equivale a 0,01 joule su 1chilogrammodi materia (100 rad = 1 Gy).
  • Ladose equivalenteè un affinamento della Dose, ottenuto moltiplicandola per un fattore adimensionale di pericolosità, in base al tipo di radiazione: per i raggi gamma, esso è 1, mentre è diverso per iraggi alfa.Le dimensioni della dose equivalente sono le stesse della dose, ma per non confondersi essa si misura con altre unità di misura:
    • Ilsievert(Sv) è l'unità di misura della dose equivalente nelSI,per i raggi gamma essendo il fattore di pericolosità pari a uno coincide con la dose assorbita in gray.
    • Il rem è un'unità di misura delsistema CGSobsoleta per la dose equivalente, per i raggi gamma è numericamente equivalente alla dose assorbita in rad; 1 Sv = 100 rem.
  • Ladose efficaceè un ulteriore affinamento della dose: poiché i vari tessuti biologici hanno una diversa radiosensibilità, per caratterizzare meglio ancora gli effetti delle radiazioni si moltiplica un ulteriore fattore di rischio che dipende dal tessuto interessato. Le unità di misura sono le stesse: ilsievert,ed il rem.[18]

Per quanto riguarda gli effetti sul corpo, quando la radiazione gamma rompe la molecola delDNAla cellula può essere in grado di riparare, entro dei limiti, il materiale genetico danneggiato. Uno studio di Rothkamm e Lobrich ha mostrato che questo processo di riparazione funziona bene dopo l'esposizione ad alte dosi, ma è più lento nel caso di brevi esposizioni[19].

Decadimento radioattivo

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Schema di decadimento delcobalto-60

I raggi gamma sono spesso prodotti insieme con altre forme di radiazione come quella alfa e beta. Quando un nucleo emette unaparticella αoβ,il nucleo risultante si trova in unostato eccitato.Può passare a unlivello energeticopiù stabile emettendo unfotonegamma, nello stesso modo in cui unelettronepuò passare a un livello più basso emettendo unfotoneottico. Questo processo si chiama "decadimento gamma".

Un processo di questo genere normalmente ha tempi caratteristici di10−12se può anche avvenire dopo unareazione nuclearecome lafissione,lafusioneo la cattura dineutroni.In alcuni casi questi stati eccitati possono essere più stabili della media (vengono definiti stati di eccitazionemetastabili) e il loro decadimento può richiedere tempi almeno 100 o 1 000 volte maggiori. Questi nuclei eccitati particolarmente longevi sono chiamatiisomeri nuclearie il loro decadimento prende il nome ditransizione isomerica.Per alcuni di loro è facile anche la misura del tempo di dimezzamento poiché riescono a restare in questistati eccitatiper minuti, ore, giorni e occasionalmente molto di più. Questi stati sono anche caratterizzati da un elevatospinnucleare. La velocità deldecadimento gammaè anche rallentata qualora l'energia di eccitazione sia bassa.[20]

Ecco un esempio di produzione di raggi gamma:

Prima un nucleo dicobalto-60decade in unnichel-60eccitato attraverso ildecadimento betaemettendo unelettronea 0,31MeV.Poi ilnichel-60decade nello stato fondamentale emettendo raggi gamma in successione a 1,17MeVseguiti da 1,33MeV.Questo è il percorso seguito nel 99,88% dei casi:

doveè l'antineutrino elettronico.In alcuni casi lo spettro dell'emissione gamma è abbastanza semplice, mentre in altri casi può essere anche molto complesso.

Sorgenti di raggi gamma non nucleari

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Ifotoniprovenienti da sorgentiastrofisicheche trasportano un'energia presente nell'intervallo gamma vengono chiamati radiazione-gamma. Questi sono spesso prodotti daparticellesubatomiche o da interazioni particella-fotonecome, ad esempio, dall'annichilazioneelettrone-positrone,dal decadimento neutrale delpione,dalbremsstrahlunge/o dallaradiazione di sincrotrone.

I puntini rossi indicano alcuni dei ~ 500 lampi terrestri di raggi gamma quotidianamente rivelati dal Fermi Gamma-ray Space Telescope fino al 2010
  • Temporali terrestri:i temporali possono produrre brevi impulsi di radiazione gamma che vengono chiamati "lampi terrestri".Si pensa che questi raggi gamma vengano prodotti dall'alta intensità del campoelettrostaticoche accelera glielettronipoi rallentati dagli urti con gli altri atomi presenti nell'atmosfera.I temporali possono generare raggi gamma di intensità fino a 100MeV.Questi potrebbero rappresentare un rischio per la salute di passeggeri ed equipaggio a bordo di aerei in volo nelle zone di interesse[21].
Immagine dell'intero cielo dei raggi gamma con energie maggiori di 100 MeV come visti dallo strumento EGRET a bordo del telescopio spazialeGRO.Le macchie luminose sul piano galattico sonopulsarmentre quelle sopra o sotto si pensa sianoquasar.
  • Pulsaremagnetar:ipulsarsono stelle dineutronicon uncampo magneticoche produce un fascio concentrato di radiazione. Questi oggetti stellari hanno uncampo magneticorelativamente longevo che produce fasci di particelle cariche a velocità relativistiche; particelle che, impattando con gas o polvere nelle loro immediate vicinanze, vengono decelerate emettendo raggi gamma. Un altro meccanismo di produzione di radiazioni sono lemagnetar(stelle dineutronicon uncampo magneticomolto intenso) che si pensa rappresentino dei ripetitori astronomici di deboli raggi gamma.
  • Quasaregalassie attive:si pensa che i raggi gamma più intensi, provenienti daiquasarmolto distanti e dallegalassie attivevicine, abbiano un meccanismo di produzione simile a quello degliacceleratori di particelle.Sembra che ibuchi neri supermassiccipresenti al centro di queste galassie rappresentino delle potenti sorgenti che in modo intermittente distruggono le stelle e concentrano le particelle cariche risultanti in fasci che emergono dai loro poli. Quando questi fasci interagiscono con gas, polvere ofotonia bassa energia produconoraggi Xe raggi gamma. Queste sorgenti fluttuano con un periodo di poche settimane. Questi oggetti rappresentano il meccanismo di produzione di raggi gamma più comunemente visibile al di fuori della nostragalassiae brillano con relativa continuità. La potenza di un tipicoquasarè di 1040wattdi cui solo una piccola frazione è radiazione gamma; il resto viene emesso sotto forma dionde elettromagnetichedi ognifrequenza(incluse leonde radio).
Un'illustrazione artistica che mostra la vita di una stella massiccia. Quando lafusione nuclearegenera una pressione non sufficiente a bilanciare lagravità,la stella collassa rapidamente generando unbuco nero.Teoricamente l'energia può essere rilasciata durante il collasso lungo l'asse di rotazione formando un burst a lunga durata.
  • Esplosioni di raggi gamma:sono le sorgenti più potenti di ogni tipo diradiazione elettromagnetica.Quelle a lunga durata sono molto rare rispetto alle sorgenti sopra elencate; al contrario si pensa che quelle a breve durata producano raggi gamma durante la collisione di una coppia di stelle dineutronio di una stella dineutronie unbuco nero.Queste ultime durano un paio di secondi o meno e hanno un'energia inferiore a quella delle esplosioni a lunga durata[22].Sono stati osservati anche eventi insoliti, come quelli registrati nel 2011 dal satelliteSwift,in cui i burst furono molto intensi e irregolari. Questi eventi sono durati un giorno e sono stati seguiti da mesi di intense emissioni diraggi X.[23]

Le esplosioni dette a "lunga durata" producono un'energia di 1044joule(la stessa energia che il nostroSoleproduce in tutta la sua vita) in un tempo di solo 20-40 secondi. Di questa quantità di energia rilasciata i raggi gamma rappresentano circa il 50%. Le principali ipotesi riguardo a questo meccanismo di esplosione sono loscattering Comptone laradiazione di sincrotronedovuto a particelle cariche di alta energia. Questi processi si attivano quando particelle cariche relativistiche lasciano l'orizzonte degli eventidelbuco neroappena formato. Il fascio di particelle viene concentrato per poche decine disecondidalcampo magneticodellaipernovache sta esplodendo. Se il fascio è puntato verso laTerrae oscilla con una certa intensità può essere rilevato anche a distanze di dieci miliardi dianni luce,molto vicino al bordo dell'universovisibile.

Spettroscopia gamma

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Poiché ildecadimento betaè accompagnato dall'emissione di unneutrino,che trasporta una quantità variabile dienergia,lo spettro di emissione beta non presenta linee nitide. Questo comporta che non è possibile descrivere i diversi livelli energetici del nucleo usando solo le energie didecadimento beta.

Laspettroscopia gammaè lo studio della transizione energetica di unnucleo atomico,transizione che è generalmente associata all'assorbimento o all'emissione di un raggio gamma. Come nella spettroscopia ottica (Principio di Franck-Condon), l'assorbimento di un raggio gamma da parte di un nucleo è molto più probabile quando l'energia del raggio è prossima all'energia di transizione. In questo caso si può vedere la risonanza attraverso l'effetto Mössbauer.In questo effetto, la risonanza per assorbimento gamma può essere ottenuta da nuclei atomici fisicamente immobilizzati in uncristallo.L'immobilizzazione dell'atomo è necessaria affinché l'energia gamma non venga persa a causa del rinculo. Comunque quando un atomo emette raggi gamma che trasportano sostanzialmente tutta l'energia atomica essa è sufficiente per eccitare fino allo stesso stato energetico un secondo atomo immobilizzato.

Utilizzi

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I raggi gamma forniscono molte informazioni riguardo ai fenomeni più energetici dell'universo.Poiché la gran parte della radiazione viene assorbita dall'atmosfera terrestre,gli strumenti per la rilevazione vengono montati a bordo di palloni ad alta quota o disatelliti,come ilFermi Gamma-ray Space Telescope,fornendoci la nostra unica immagine dell'universodei raggi gamma.

Raggi gamma usati alla dogana in USA

La natura energetica dei raggi gamma li ha resi utili per la sterilizzazione delle apparecchiature mediche, poiché uccidono facilmente ibatteriattraverso un processo chiamato irradiazione. Questa loro capacità battericida li rende utili anche nella sterilizzazione delle confezioni alimentari.

I raggi gamma sono usati per alcuni esami diagnostici dimedicina nucleare,come ad esempio latomografia a emissione di positroni(PET). Le dosi assorbite in questi casi sono giudicate poco pericolose, a fronte del beneficio portato dalle informazioni che l'esame fornisce. Nella PET viene spesso utilizzato ilfluorodesossiglucosio,uno zucchero radioattivo, che emettepositroniche si annichilano con glielettroniproducendo coppie di raggi gamma che evidenziano ilcancro(poiché spesso lecellule tumoralihanno un tasso metabolico più alto dei tessuti circostanti). Il più comune emettitore usato nella medicina è l'isomero nuclearetecnezio-99mpoiché emette radiazione dello stesso range energetico deiraggi Xdiagnostici. Un'altra procedura medica per il trattamento del cancro è la 'chirurgia a coltello-Gamma' in cui i fasci di raggi gamma vengono indirizzati da angoli diversi per concentrare la radiazione e per minimizzare il danno al tessuto circostante.

I cambiamenti indotti dai raggi gamma possono essere anche usati per alterare le proprietà di pietre semi-preziose, ad esempio per cambiare iltopaziointopazioblu.

A irradiazione mediante raggi gamma sono anche sottopostecultivardi interesse agroalimentare, per indurremutazioni genetichemigliorative nel lorogenoma:in questo modo, ad esempio, nel grano si sono ottenute caratteristiche di resistenza alle avversità poi trasfuse per incrocio nella varietàCreso,a seguito del lavoro deigenetistidel Centro della CasacciaCNEN,oraENEA[24].

Valutazione dei rischi

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InGran Bretagnal'esposizione naturale all'aria aperta varia da 0,1 a 0,5 μSv/h con un aumento presso i siti contaminati noti[25].L'esposizione naturale ai raggi gamma va da 1 a 2 mSv all'anno; la radiazione media ricevuta in un anno da un cittadinoUSAè di 3,6 mSv[26].La dose aumenta leggermente a causa dell'incremento della radiazione gamma naturale intorno alle particelle di materiale di alto numero atomico presenti nel corpo umano, incremento dovuto all'effetto fotoelettrico.[27]

In confronto la dose di radiazione di unaradiografiaal petto (0,06 mSv) è una frazione della dose annuale naturale[28].UnaTCal torace emette da 5 a 8 mSv, mentre unaPETsull'intero corpo emette da 14 a 32 mSv a seconda del protocollo.[29]La dose emessa da unafluoroscopiaallo stomaco è molto maggiore, intorno a 50 mSv.

Una singola esposizione a una dose di 1 Sv causa dei lievi cambiamenti nel sangue, mentre una dose di 2,0-3,5 Sv può causare nausea, perdita di capelli,emorragiee anche la morte in una apprezzabile percentuale dei casi (senza cure mediche dal 10% al 35%). Una dose di 5 Sv[30](5 Gy) è considerata approssimativamente la LD(dose letale per il 50% della popolazione esposta) anche con un trattamento medico standard. Una dose superiore a 5 Sv causa una crescente probabilità di morte maggiore al 50%. Un'esposizione di 7,5-10 Sv su tutto il corpo provoca la morte dell'individuo anche se sottoposto a un trattamento medico straordinario come il trapianto dimidollo osseo;tuttavia alcune parti del corpo possono essere esposte anche a dosi maggiori durante particolari terapie (radioterapia).

Per l'esposizione a basse dosi, ad esempio tra i lavoratori nucleari che ricevono una dose media annuale di 19 mSv, viene stimato che il rischio di morte per cancro aumenti del 2% (esclusa laleucemia); in confronto il rischio di morte per cancro per i sopravvissuti deibombardamenti atomici di Hiroshima e Nagasakiè aumentato del 32%[31].

Note

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  1. ^P. Villard,Sur la réflexion et la réfraction des rayons cathodiques et des rayons déviables du radium,inComptes rendus,vol. 130, 1900, pp. 1010-1012.
  2. ^Michael F. L'Annunziata,Radioactivity: introduction and history,Elsevier BV, Amsterdam 2007, Olanda, pp.55–58,ISBN 978-0-444-52715-8
  3. ^E. Rutherford,The magnetic and electric deviation of the easily absorbed rays from radium,inPhilosophical Magazine,vol. 5, 1903, pp. 177-187,DOI:10.1086/318321.
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  7. ^Raggi gamma,suwww.chimica-online.it.URL consultato il 1º ottobre 2024.
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