¡Descarga Magnitudes radiológicas y más Apuntes en PDF de Física Nuclear solo en Docsity!
1. GENERALIDADES SOBRE MAGNITUDES RADIOLÓGICAS
La definición formal y una descripción completa de las magnitudes fundamentales utilizadas en
dosimetría de radiaciones y en protección radiológica puede encontrarse en los informes ICRU
60 e ICRU 51. La definición utilizada en la legislación española (tomada o traducida de los
documentos anteriores) se encuentra en el Anexo I del Real Decreto 783/2001, de 6 de julio,
por el que se aprueba el Reglamento sobre protección sanitaria contra radiaciones ionizantes.
La legislación europea establece que desde el 1 de enero de 1986 las mediciones de radiaciones
ionizantes se expresen en unidades del Sistema Internacional (SI).
Todas las magnitudes en el campo de la Radiología se pueden clasificar en cinco categorías:
a) Magnitudes radiométricas. Miden el número y energía de las partículas ionizantes, así
como sus distribuciones espaciales y temporales. Fluencia, tasa de fluencia y
distribuciones energéticas de la fluencia.
b) Coeficientes de interacción. (y de conversión) Caracterizan la interacción de la radiación
con la materia (y dependen por tanto del material considerado). Permiten relacionar las
magnitudes radiométricas con las magnitudes dosimétricas. Por ejemplo los factores de
conversión de fluencia a dosis.
c) Magnitudes dosimétricas. Miden la cantidad de energía convertida y finalmente
depositada en la materia por la radiación a su paso por ella. Se conciben como una
medida física que se correlaciona con los efectos reales o potenciales de la radiación.
d) Magnitudes para la medida de radiactividad. Magnitudes relacionadas con la medida de
la radiación producida por sustancias radiactivas. Actividad.
e) Magnitudes específicas para protección radiológica. Magnitudes definidas para tener en
cuenta los posibles efectos biológicos y el riesgo potencial asociado a la exposición a
radiaciones ionizantes. En este caso distinguiremos entre magnitudes de protección y
operacionales.
Entre las magnitudes radiológicas unas son específicas o definidas para partículas cargadas o
directamente ionizantes y otras para partículas no cargadas o indirectamente ionizantes. De
todas las magnitudes, se describen a continuación las más utilizadas.
2.- MAGNITUDES DOSIMETRICAS
2.1 Exposición
Se define esta magnitud para un haz de fotones en aire como el cociente entre el valor absoluto
de la carga total de todos los iones de un mismo signo producidos en aire, dQ , cuando todos los
electrones liberados por los fotones absorbidos en la masa dm sean detenidos completamente en
el aire.
X = d Q
dm
Debe excluirse de dQ tanto la ionización que se deba a la reabsorción de la radiación de
frenado (sólo significativa para energías altas) como la que procede de los fotones dispersos (se
aplica un factor de corrección).
La definición de la exposición implica una serie de restricciones y consideraciones:
a) Es una magnitud definida exclusivamente para un haz o campo de fotones (radiación X o
gamma) en un medio específico, el aire.
b) Es esencialmente una medida del poder ionizante en aire de un campo de fotones, cuando
la magnitud de importancia radio biológica es la energía absorbida. Es una magnitud de
paso hacia la dosis absorbida.
c) Con las técnicas actualmente en uso, es difícil medir la exposición para energías
inferiores a unos pocos keV y por encima de unos pocos MeV.
Unidad: Ckg
- , Existe una unidad antigua y hoy obsoleta que es el roentgen, (R). La
equivalencia entre ambas unidades es la siguiente:
1 C/Kg = 3876 R
1 R = 2.58 x 10
- C/kg
La dificultad que representa el empleo de la unidad SI de exposición por la difícil relación con
el R, junto con la circunstancia de que la exposición esté definida solamente para fotones en
aire, hacen que cada vez sea menos interesante esta magnitud. Para niveles de terapia, el
interés se desplaza hacia el kerma en aire, y en niveles de protección, hacia el equivalente de
dosis.
La exposición es una magnitud que disminuye con el cuadrado de la distancia a la fuente
emisora, cuando ésta emite fotones de forma homogénea en todas las direcciones.
La tasa de exposición , X, se define como dX/dt donde dX es el incremento de exposición
durante el intervalo de tiempo dt. La unidad en el SI es el C/kg · s y la unidad antigua el R/s.
De acuerdo con los niveles de radiación se utilizan otras unidades de tiempo como la hora (h)
y el minuto (min).
2.2 Kerma
El nombre de esta magnitud radiológica, deriva de las iniciales de la definición breve inglesa
( K inetic E nergy R eleased per unit Ma ss : energía cinética transferida por unidad de masa), y se
define como el cociente entre la suma de todas las energías cinéticas iniciales de todas las
partículas ionizantes cargadas, dEtr , liberadas por partículas ionizantes no cargadas, en un
material de masa dm
K = dE
dm
Unidad: Jkg
- , y su nombre especial es gray (Gy).
La unidad antigua de kerma es el rad , cuya relación con la unidad SI es:
1 rad = 0.01Gy
1 Gy = 100rad
El kerma es una magnitud característica de un campo de partículas no cargadas (neutrones y
fotones). Es una magnitud no estocástica y función de punto. El kerma es una magnitud
representativa de la energía transferida por unidad de masa a un punto de un material.
2.4 Relación entre exposición y dosis absorbida en un material
De la exposición en un punto en el seno de aire, X , se puede obtener por cálculo la dosis
absorbida en ese mismo punto espacial, D , en una pequeña porción de material, m, siempre
que el material m que rodea a ese punto sea de espesor suficiente de modo que reinen
condiciones de equilibrio y que el campo de radiación no se altere significativamente por la
presencia del material. En radioprotección, se designa mediante el símbolo f la relación entre
ambas magnitudes:
D = f · X
3.- RADIACTIVIDAD
3.1 Actividad
La actividad, A , mide el número de desintegraciones por segundo de una muestra radiactiva y se
define formalmente (ICRU, 1998b) como el cociente entre el número de transformaciones
nucleares espontáneas (desintegraciones), dN , ocurridas en el intervalo de tiempo dt , es decir:
A=
dN
dt
La unidad de actividad en el sistema internacional (SI) es el s-1 (es decir: "desintegraciones"/s)
y recibe el nombre especial de bequerelio (Bq). Una unidad más antigua pero usada en
ocasiones es el curio (Ci). La relación entre ambas es:
1 Ci = 3,7 x 10
10 Bq
3.2 Constante de decaimiento
La constante de decaimiento, λ , de un radionucleido en un estado particular de energía es el
cociente dP entre dt donde dP es la probabilidad de que un núcleo determinado experimente
una transformación nuclear espontánea desde dicho estado de energía en el intervalo de tiempo
dt.
λ =
dP
dt
Unidad: s
La magnitud (ln2)/ λ se llama generalmente periodo T1/2 nucleido radiactivo y representa el
tiempo que debe transcurrir para que la actividad de una cantidad dada del nucleido en cuestión
disminuya hasta la mitad de su valor inicial.
4.- MAGNITUDES EN PROTECCIÓN RADIOLÓGICA
4.1 Equivalente de dosis en un punto, H
El concepto de equivalente de dosis en un punto se introdujo por primera vez en 1962 para
tener en cuenta la distinta eficacia biológica relativa de los diferentes tipos de radiación
ionizante en los niveles bajos de exposición.
En su versión más reciente, el equivalente de dosis, H , en un punto de un órgano o tejido se
define (ICRP, 1991; ICRU, 1993) como el producto: H = Q x D
donde D es la dosis absorbida y Q es el factor de calidad en ese punto.
La unidad en el SI es J Kg
- y su nombre especial es sievert (Sv). La tasa de equivalente de
dosis es el cociente dH entre dt.
El factor de calidad se introduce para cuantificar la mayor o menor eficacia biológica de las
partículas cargadas generadas en el proceso de absorción de energía. De acuerdo con los
estudios realizados, ICRP recomienda una relación entre el factor de calidad Q y la
transferencia lineal de energía (o poder de frenado lineal), L= L, para un material como el
agua (ICRP, 1991). En la Figura 1 se muestra una representación gráfica.
Figura 1. Factor de calidad, Q
(ICRP 60, 1991)
1 Magnitud corregida y que traduce correctamente la expresión inglesa “dose equivalent”.
Hasta hace poco tiempo se traducía incorrectamente como dosis equivalente.
Magnitudes limitadoras: dosis equivalente en órgano y dosis efectiva
Las magnitudes limitadoras son las que se utilizan para establecer límites máximos con objeto
de proteger a los seres humanos de los posibles efectos nocivos de las radiaciones ionizantes.
Estas magnitudes son valores medios, promediados sobre una masa extensa, como puede ser
un órgano o un tejido humano. Las dos magnitudes actualmente en uso fueron introducidas
por ICRP en 1991 (ICRP,1991).
Dosis equivalente en un órgano, HT
Los estudios biológicos han mostrado que la probabilidad de efectos estocásticos sobre la
salud debidos a radiaciones ionizantes depende no solo de la dosis absorbida (energía
depositada por unidad de masa) sino también del tipo y energía de la radiación considerada.
Ello es consecuencia de los diferentes procesos mediante los cuales se deposita la energía a
nivel microscópico, que varían dependiendo del tipo de radiación (fotones, electrones,
neutrones, partículas pesadas, etc.). Para tener en cuenta dicho efecto, ICRP introdujo los
denominados "factores ponderales de radiación" o "factores de peso de radiación" en la
definición de una nueva magnitud.
La dosis equivalente en un órgano o tejido T debida a la radiación R , HT,R , se define (ICRP,
1991; ICRU, 1993) como:
H
T,R
= w R
D
T,R
Dosis efectiva, E
La probabilidad de aparición de efectos estocásticos depende no solo del tipo de radiación sino
también del órgano considerado. Es decir, no todos los órganos y tejidos del cuerpo humano
son igualmente radiosensibles. Por tanto, se consideró apropiado definir una magnitud más, a
partir de la equivalente de dosis, que tuviese en cuenta la combinación de diferentes dosis en
diferentes órganos como consecuencia de una irradiación del cuerpo entero.
La dosis efectiva, E , se define (ICRP, 1991; ICRU, 1993)como:
E=
T
w T
H
T
T, R
w T
w R
D
T,R
donde HT es la equivalente de dosis en el órgano o tejidoT y wTes el factor de ponderación
para dicho órgano, con la condición:
Tw T=
En la Tabla 4 se muestran los factores de ponderación para los distintos órganos del cuerpo
humano, wT ,tanto los de la ICRP 60 como los actualizados según las últimas
recomendaciones de ICRP 103, y representan la proporción del riesgo que se debe al
órganoT , dentro del riesgo total cuando el cuerpo se irradia uniformemente.
FACTORES DE PONDERACIÓN EN TEJIDOS wT
Tejido/órgano ICRP 60 ICRP 103
Gónadas 0,20 0,
Médula ósea, colon,
pulmón, estómago, mama y
resto del organismo
Vejiga, esófago, hígado y
tiroides
Superficie ósea, piel 0,01 0,
cerebro, glándulas salivales - 0,
4.2 Magnitudes operacionales
Las magnitudes limitadoras descritas anteriormente no pueden medirse puesto que para ello
habría que situar los detectores en el interior de los órganos del cuerpo humano. Por esta razón,
ICRU ha definido un grupo de magnitudes capaces de proporcionar en la práctica una
aproximación razonable (o una sobreestimación) de las magnitudes limitadoras. Estas
magnitudes medibles se definen a partir del equivalente de dosis en un punto del cuerpo
humano o de un maniquí y su relación con las magnitudes limitadoras puede calcularse para
condiciones de irradiación determinadas (ICRP, 1996; ICRU 1998).
Las magnitudes operacionales recomendadas fueron introducidas por ICRU en 1985 para
diferentes aplicaciones de dosimetría personal y ambiental. Una descripción detallada de las
mismas puede encontrarse en el informe ICRU 51 (ICRU, 1993).
Para la vigilancia de área se han introducido dos magnitudes que enlazan la irradiación externa
con la dosis efectiva y con la dosis en la piel y el cristalino. Son el equivalente de dosis
ambiental, _H(d)_* y el equivalente de dosis direccional, H'(d,Ω)).
Para la vigilancia individual se recomienda el uso del equivalente de dosis personal, H p (d).
Equivalente de dosis ambiental
El equivalente de dosis ambiental, _H(d)_* , en un punto de un campo de radiación, es el
equivalente de dosis que se produciría por el correspondiente campo alineado en la esfera
ICRU (La esfera ICRU (ICRU, 1980) es una esfera equivalente a tejido de 30cm de diámetro,
de densidad 1g/cm3 y de una composición en masa de 76,2% de O, 11,1% de C, 10,1% de H y
2,6% de N.) a una profundidad d sobre el radio opuesto a la dirección del campo alineado.
Unidad en el SI es el J kg
- y su nombre especial es el sievert (Sv).
Para radiación fuertemente penetrante, se recomienda una profundidad de 10mm, lo cual se
expresa como _H(10)_* , mientras que para la débilmente penetrante se emplean 0,07mm para la
piel y 3mm para el cristalino.
La medida de H*(10) requiere generalmente que el campo de radiación sea uniforme sobre las
dimensiones del instrumento y que tenga una respuesta isótropa.
Equivalente de dosis direccional
El equivalente de dosis direccional, H'(d,Ω)) , en un punto de un campo de radiación, es el
equivalente de dosis que se produciría por el correspondiente campo expandido en la esfera
ICRU a una profundidad d , sobre un radio dirigido en una dirección especificada, Ω).
Unidad en el SI es el J kg
- y su nombre especial es el sievert (Sv).
La medida de H'(d,Ω)) requiere que el campo de radiación sea uniforme sobre las dimensiones
del instrumento y que éste tenga la respuesta direccional requerida.
Los términos expandido y alineado se usan aquí para caracterizar campos derivados de los
reales. Así, en el campo expandido , la fluencia y su distribución angular y energética tienen
los mismos valores a lo largo del volumen de interés que en el campo real, en el punto de
referencia; mientras que en el campo alineado , la fluencia y su distribución energética son las
mismas que en el campo expandido, pero la fluencia es unidireccional.
El concepto de campo expandido permite usar el valor medido en un punto para inferir el efecto
que tendría la radiación en un cuerpo extenso, como el cuerpo humano. Análogamente para el
campo alineado, pero en este caso se supone que toda la radiación procede de la misma
dirección.
Equivalente de dosis personal
El equivalente de dosis personal, Hp(d) , es el equivalente de dosis en tejido blando, por debajo
de un punto especificado del cuerpo y a una profundidad apropiada, d.
Unidad en el SI es el J kg
- y su nombre especial es el sievert (Sv).
