¿Qué es la dosis absorbida? Definición

La dosis absorbida se define como la cantidad de energía depositada por la radiación ionizante en una sustancia. La dosis absorbida se da el símbolo D . La dosis absorbida generalmente se mide en una unidad llamada gris (Gy), que se deriva del sistema SI. En ocasiones, también se usa la unidad no SI rad , predominantemente en los EE. UU.

Unidades de dosis absorbida:

• Grey . Una dosis de un gray es equivalente a una unidad de energía (julios) depositada en un kilogramo de una sustancia.
• RAD . Una dosis de un rad es equivalente a la deposición de cien ergios de energía en un gramo de cualquier material.

¿Por qué tratamos con una dosis de radiación? En capítulos anteriores, hemos discutido la radioactividad y la intensidad de una fuente radiactiva, medida generalmente en bequerelios . Pero cualquier fuente radiactiva no representa ningún riesgo biológico siempre que esté aislada de los entornos. Sin embargo, cuando las personas u otro sistema (también no biológico) están expuestos a la radiación, se deposita energía en el material y se administra la dosis de radiación.

Por lo tanto, es muy importante distinguir entre la radioactividad de una fuente radiactiva y la dosis de radiación que puede resultar de la fuente. En general, la dosis de radiación depende de los siguientes factores con respecto a la fuente radiactiva:

• Actividad. La actividad de la fuente influye directamente en la dosis de radiación depositada en el material.
• Tipo de radiación . Cada tipo de radiación interactúa con la materia de una manera diferente . Por ejemplo, las partículas cargadas con altas energías pueden ionizar directamente los átomos. Por otro lado, las partículas eléctricamente neutras interactúan solo indirectamente, pero también pueden transferir algunas o todas sus energías a la materia.
• Distancia. La cantidad de exposición a la radiación depende de la distancia desde la fuente de radiación. De manera similar al calor de un incendio, si está demasiado cerca, la intensidad de la radiación de calor es alta y puede quemarse. Si está a la distancia correcta, puede resistir allí sin ningún problema y, además, es cómodo. Si está demasiado lejos de la fuente de calor, la insuficiencia de calor también puede dañarlo. Esta analogía, en cierto sentido, puede aplicarse a la radiación también de fuentes de radiación.
• Hora. La cantidad de exposición a la radiación depende directamente (linealmente) del tiempo que las personas pasan cerca de la fuente de radiación.
• Blindaje Finalmente, la dosis de radiación también depende del material entre la fuente y el objeto. Si la fuente es demasiado intensa y el tiempo o la distancia no proporcionan suficiente protección contra la radiación, se puede usar el blindaje.

El peligro de la radiación ionizante radica en el hecho de que la radiación es invisible y no es directamente detectable por los sentidos humanos. La gente no puede ver ni sentir radiación, pero deposita energía en las moléculas del cuerpo. La energía se transfiere en pequeñas cantidades para cada interacción entre la radiación y una molécula y generalmente hay muchas de esas interacciones.

En las centrales nucleares, el problema central es proteger al personal y al medio ambiente contra los rayos gamma y los neutrones , porque los rangos de partículas cargadas (como las partículas beta y alfa) en la materia son muy cortos. Por otro lado, debemos ocuparnos del blindaje de todos los tipos de radiación, porque cada reactor nuclear es una fuente importante de todos los tipos de radiación ionizante.

Ver también: atenuación de rayos gamma

Ver también: blindaje de neutrones

Gris – Unidad de dosis absorbida

Una dosis de un gris es equivalente a una unidad de energía (julio) depositada en un kilogramo de una sustancia. Esta unidad fue nombrada en honor de Louis Harold Gray , quien fue uno de los grandes pioneros en biología de la radiación. Un gray es una gran cantidad de dosis absorbida. Una persona que ha absorbido una dosis de 1 Gy en todo el cuerpo ha absorbido un julio de energía en cada kg de tejido corporal.

Las dosis absorbidas medidas en la industria (excepto la medicina nuclear) a menudo tienen dosis más bajas que un gris, y a menudo se usan los siguientes múltiplos:

1 mGy (miligramo) = 1E-3 Gy

1 µGy (microgray) = 1E-6 Gy

Las conversiones de las unidades SI a otras unidades son las siguientes:

• 1 Gy = 100 rad
• 1 mGy = 100 mrad

El gray y el rad son unidades físicas. Describen el efecto físico de la radiación incidente (es decir, la cantidad de energía depositada por kg), pero no nos dice nada sobre las consecuencias biológicas de dicha deposición de energía en el tejido vivo.

Tasa de dosis absorbida

La tasa de dosis absorbida es la tasa a la que se recibe una dosis absorbida. Es una medida de la intensidad de la dosis de radiación (o fuerza). La tasa de dosis absorbida se define como:

En unidades convencionales, se mide en mrad / seg ,  rad / h, mGy / seg o Gy / h. Dado que la cantidad de exposición a la radiación depende directamente (linealmente) del tiempo que las personas pasan cerca de la fuente de radiación, la dosis absorbida es igual a la intensidad del campo de radiación (tasa de dosis) multiplicado por el tiempo de permanencia en ese campo. El ejemplo anterior indica que una persona podría esperar recibir una dosis de 25 milirems al permanecer en un campo de 50 milirems / hora durante treinta minutos.

Ejemplos de dosis absorbidas en grises

Debemos tener en cuenta que la radiación nos rodea. En, alrededor y sobre el mundo en que vivimos. Es una fuerza de energía natural que nos rodea. Es una parte de nuestro mundo natural que ha estado aquí desde el nacimiento de nuestro planeta. En los siguientes puntos tratamos de expresar enormes rangos de exposición a la radiación, que pueden obtenerse de varias fuentes.

• 0.05 µGy – Dormir al lado de alguien
• 0.09 µGy : viviendo dentro de 30 millas de una planta de energía nuclear durante un año
• 0.1 µGy – Comer una banana
• 0.3 µGy : viviendo dentro de 50 millas de una central eléctrica de carbón durante un año
• 10 µGy : dosis diaria promedio recibida del fondo natural
• 20 µGy – Radiografía de tórax
• 40 µGy : un vuelo en avión de 5 horas
• 600 µGy – mamografía
• 1000 µGy : límite de dosis para miembros individuales del público, dosis efectiva total por año
• 3 650 µGy : dosis anual promedio recibida del fondo natural
• 5 800 µGy : tomografía computarizada del tórax
• 10 000 µGy : dosis media anual recibida de un entorno natural en Ramsar, Irán
• 20 000 µGy – tomografía computarizada de cuerpo completo
• 175 000 µGy : dosis anual de radiación natural en una playa de monazita cerca de Guarapari, Brasil.
• 5 000 000 µGy : dosis que mata a un ser humano con un riesgo del 50% en 30 días (LD50 / 30), si la dosis se recibe durante un período muy corto .

Como se puede ver, las dosis bajas son comunes en la vida cotidiana. Los ejemplos anteriores pueden ayudar a ilustrar las magnitudes relativas. Desde el punto de vista de las consecuencias biológicas, es muy importante distinguir entre las dosis recibidas durante períodos cortos y prolongados . Una » dosis aguda » es aquella que ocurre durante un período de tiempo corto y finito, mientras que una » dosis crónica«Es una dosis que continúa durante un período prolongado de tiempo para que se describa mejor mediante una tasa de dosis. Las dosis altas tienden a matar células, mientras que las dosis bajas tienden a dañarlas o cambiarlas. Las dosis bajas distribuidas durante largos períodos de tiempo no causan un problema inmediato a ningún órgano del cuerpo. Los efectos de bajas dosis de radiación ocurren a nivel celular y los resultados pueden no observarse durante muchos años.

Cálculo de la tasa de dosis protegida

Suponga la fuente isotrópica puntual que contiene 1.0 Ci de ¹³⁷ Cs , que tiene una vida media de 30.2 años . Tenga en cuenta que la relación entre la vida media y la cantidad de radionúclido requerida para dar una actividad de un curie se muestra a continuación. Esta cantidad de material se puede calcular usando λ, que es la constante de descomposición de ciertos nucleidos:

Alrededor del 94,6 por ciento se desintegra por emisión beta a un isómero nuclear de bario metaestable : bario-137m. El pico principal de fotones de Ba-137m es 662 keV . Para este cálculo, suponga que todas las desintegraciones pasan por este canal.

Determine la tasa de dosis primaria de fotones , en gray por hora (Gy.h ^-1 ), en la superficie externa de un blindaje de plomo de 5 cm de espesor. La tasa de dosis de fotones primarios descuida todas las partículas secundarias. Suponga que la distancia efectiva de la fuente desde el punto de dosis es de 10 cm . También supondremos que el punto de dosis es tejido blando y que puede ser simulado razonablemente por el agua y usamos el coeficiente de absorción de energía de masa para el agua.

Ver también: atenuación de rayos gamma

Ver también: Blindaje de rayos gamma

Solución:

La tasa de dosis de fotones primarios se atenúa exponencialmente , y la tasa de dosis de fotones primarios, teniendo en cuenta el escudo, viene dada por:

Como se puede ver, no tenemos en cuenta la acumulación de radiación secundaria. Si se producen partículas secundarias o si la radiación primaria cambia su energía o dirección, entonces la atenuación efectiva será mucho menor. Esta suposición generalmente subestima la tasa de dosis real, especialmente para protecciones gruesas y cuando el punto de dosis está cerca de la superficie de la protección, pero esta suposición simplifica todos los cálculos. Para este caso, la tasa de dosis real (con la acumulación de radiación secundaria) será más de dos veces mayor.

Para calcular la tasa de dosis absorbida , tenemos que usar en la fórmula:

• k = 5,76 x 10 ^-7
• S = 3.7 x 10 ¹⁰ s ^-1
• E = 0.662 MeV
• μ _t / ρ =  0.0326 cm ² / g (los valores están disponibles en NIST)
• μ = 1.289 cm ^-1 (los valores están disponibles en NIST)
• D = 5 cm
• r = 10 cm

Resultado:

La tasa de dosis absorbida resultante en grises por hora es entonces:

Si queremos dar cuenta de la acumulación de radiación secundaria, entonces tenemos que incluir el factor de acumulación. La fórmula extendida para la tasa de dosis es entonces:

De la dosis absorbida a la dosis equivalente

Como se escribió, cada tipo de radiación interactúa con la materia de una manera diferente . Por ejemplo, las partículas cargadas con altas energías pueden ionizar átomos directamente. Por otro lado, las partículas eléctricamente neutras interactúan solo indirectamente, pero también pueden transferir parte o la totalidad de sus energías a la materia. Sin duda, simplificaría las cosas si los efectos biológicos de la radiación fueran directamente proporcionales a la dosis absorbida. Desafortunadamente, los efectos biológicos dependen también de la forma en que la dosis absorbida se distribuye a lo largo de la trayectoria de la radiación. Los estudios han demostrado que la radiación alfa y de neutrones causa un daño biológico mayor para una deposición de energía dada por kg de tejido que la radiación gamma. Fue descubierto, aumentan los efectos biológicos de cualquier radiacióncon la transferencia de energía lineal (LET). En resumen, el daño biológico de la radiación de alto LET ( partículas alfa , protones o neutrones ) es mucho mayor que el de la radiación de bajo LET ( rayos gamma) Esto se debe a que el tejido vivo puede reparar más fácilmente el daño de la radiación que se extiende sobre un área grande que la que se concentra en un área pequeña. Debido a que se produce más daño biológico por la misma dosis física (es decir, la misma energía depositada por unidad de masa de tejido), un gray de radiación alfa o de neutrones es más dañino que un gray de radiación gamma. Este hecho de que las radiaciones de diferentes tipos (y energías) dan diferentes efectos biológicos para la misma dosis absorbida se describe en términos de factores conocidos como la efectividad biológica relativa (RBE) y el factor de ponderación de la radiación (w _R ).