Dose assorbita

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La dose assorbita D è una grandezza fisica definita come la quantità di energia assorbita da un mezzo a seguito di esposizione a radiazioni per unità di massa:

${\displaystyle D={\frac {\operatorname {d} E}{\operatorname {d} m}}}$

La dose assorbita è misurata in gray (simbolo Gy) nel Sistema internazionale, dove 1 Gy rappresenta 1 J di radiazione assorbita da 1 kg di massa. Prima dell'introduzione del gray, come unità di misura era impiegato il rad (1 Gy = 100 rad). La dose assorbita è una grandezza estensiva che non è direttamente legata al danno biologico causato ad un organismo o ad un tessuto organico. Infatti, una stessa quantità di energia assorbita da un organismo produce danni biologici differenti a seconda del tipo di radiazione a cui è stato esposto. 1 Gy dovuto a raggi alfa è circa 20 volte più dannoso di 1 Gy dovuto a raggi gamma. Una grandezza fisica più pertinente per misurare il danno biologico e gli effetti su un organismo o un tessuto organico è la dose equivalente. Per una radiazione eterogenea l'energia ceduta è la somma dei campi di radiazione di ogni componente moltiplicata per l'energia media che viene rilasciata da ogni particella che la compone all'interazione, a sua volta è una frazione della propria energia E_i, corrispondente alla sua sezione d'urto di assorbimento massica, ${\displaystyle {\frac {\Sigma _{i}^{a}}{\rho }}}$^[1], quindi la dose assorbita viene esplicitata:

${\displaystyle D={\frac {1}{\rho }}\sum _{i=1}^{n}C_{i}\Sigma _{i}^{a}E_{i}}$,

che in forma integrale diventa, se la radiazione ha una distribuzione energetica compresa tra E_min ed E_max:

${\displaystyle D={\frac {1}{\rho }}\int _{E_{min}}^{E_{max}}C(E)\Sigma ^{a}(E)\operatorname {d} E}$,

quindi la dose ceduta da un certo livello energetico vale:

${\displaystyle {\frac {\operatorname {d} D}{\operatorname {d} E}}={\frac {C(E)}{\rho }}\Sigma ^{a}(E)}$.

Possiamo quindi riscrivere la dose come:

${\displaystyle D=C\sum _{i=1}^{n}f_{i}\left({\frac {\operatorname {d} D}{\operatorname {d} E}}\right)_{i}E_{i}}$,

dove f_i è la frazione del campo di radiazione della i-esima componente sul campo totale C. Spesso è interesse riferirsi al tasso di dose assorbito che corrisponde a:

${\displaystyle {\dot {D}}={\frac {\operatorname {d} P}{\operatorname {d} m}}}$,

dove P è la potenza totale assorbita dal fascio. Il tasso si misura nel Sistema Internazionale in Gy/s, ed è solitamente piccolo in quest'unità per cui di fatto si usano i sottomultipli: μGy/s, oppure il Gy/Y (annuo) che però non rientra ovviamente nel Sistema internazionale.