Qué es Sievert – Gris – Becquerel – Conversión – Cálculo – Definición

En protección radiológica, el sievert es una unidad derivada de dosis equivalente y dosis efectiva. El sievert representa el efecto biológico equivalente del depósito de un joule de energía de rayos gamma en un kilogramo de tejido humano. Pero, ¿cuál es la relación entre becquerels (radiactividad) y sieverts (dosis equivalente)?

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.

Sievert y Gray

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.

Para fines de protección radiológica , la dosis absorbida se promedia sobre un órgano o tejido, T, y este promedio de dosis absorbida se pondera para la calidad de la radiación en términos del factor de ponderación de la radiación , w _R , para el tipo y la energía de la radiación incidente en el cuerpo. El factor de ponderación de la radiación es un factor adimensional utilizado para determinar la dosis equivalente a partir de la dosis absorbida promediada sobre un tejido u órgano y se basa en el tipo de radiación absorbida. La dosis ponderada resultante se designó como la dosis equivalente de órgano o tejido:

Una dosis equivalente de un Sievert representa la cantidad de dosis de radiación que es equivalente, en términos de daño biológico especificado , a un gris de rayos X o rayos gamma . Una dosis de un Sv causada por la radiación gamma es equivalente a una deposición de energía de un julio en un kilogramo de tejido. Eso significa que un sievert es equivalente a un gray de rayos gamma depositados en ciertos tejidos. Por otro lado, un daño biológico similar (un sievert) puede ser causado solo por 1/20 de gray de radiación alfa (debido a un alto w _R de radiación alfa). Por lo tanto, el sievert no es una unidad de dosis física.. Por ejemplo, una dosis absorbida de 1 Gy por partículas alfa conducirá a una dosis equivalente de 20 Sv. Esto puede parecer una paradoja. Implica que la energía del campo de radiación incidente en julios ha aumentado en un factor de 20, violando así las leyes de Conservación de energía . Sin embargo, éste no es el caso. Sievert se deriva de la cantidad física absorbida, pero también tiene en cuenta la efectividad biológica de la radiación, que depende del tipo de radiación y la energía. El factor de ponderación de la radiación hace que el sievert no pueda ser una unidad física.

Un sievert es una gran cantidad de dosis equivalente. Una persona que ha absorbido una dosis de 1 Sv en todo el cuerpo ha absorbido un julio de energía en cada kg de tejido corporal (en el caso de los rayos gamma).

Las dosis equivalentes  medidas en la industria y la medicina a menudo tienen dosis más bajas que un sievert, y a menudo se usan los siguientes múltiplos:

1 mSv (millisievert) = 1E-3 Sv

1 µSv (microsievert) = 1E-6 Sv

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

• 1 Sv = 100 rem
• 1 mSv = 100 mrem

Factores de ponderación de radiación – ICRP

Para la radiación de fotones y electrones, el factor de ponderación de la radiación tiene el valor 1 independientemente de la energía de la radiación y para la radiación alfa el valor 20. Para la radiación de neutrones, el valor depende de la energía y es de 5 a 20.

En 2007, ICRP publicó un nuevo conjunto de factores de ponderación de la radiación (Publicación ICRP 103: Recomendaciones de 2007 de la Comisión Internacional de Protección Radiológica). Estos factores se dan a continuación.

Como se muestra en la tabla, aw _R de 1 es para todas las radiaciones de baja LET, es decir, rayos X y rayos gamma de todas las energías, así como electrones y muones. Una curva suave, considerada una aproximación, se ajustó a los valores de w _R en función de la energía de neutrones incidente. Tenga en cuenta que E _n es la energía de neutrones en MeV.

Así, por ejemplo, una dosis absorbida de 1 Gy por partículas alfa conducirá a una dosis equivalente de 20 Sv, y ​​se estima que una dosis equivalente de radiación tiene el mismo efecto biológico que una cantidad igual de dosis absorbida de rayos gamma, que es dado un factor de ponderación de 1.

Ver también: Factor de calidad

Dosis efectiva – Sieverts

La dosis efectiva es una cantidad de dosis definida como la suma de las dosis equivalentes de tejido ponderadas por los factores de ponderación de órganos (tejidos) ICRP, w _T , que tiene en cuenta la sensibilidad variable de los diferentes órganos y tejidos a la radiación.

La dosis efectiva permite determinar las consecuencias biológicas de la irradiación parcial (no uniforme) a las consecuencias de la irradiación completa. Varios tejidos corporales reaccionan a la radiación ionizante de diferentes maneras, por lo que la ICRP ha asignado factores de sensibilidad a tejidos y órganos específicos para que se pueda calcular el efecto de la irradiación parcial si se conocen las regiones irradiadas.

En la Publicación 60, la ICRP definió la dosis efectiva como la suma doblemente ponderada de la dosis absorbida en todos los órganos y tejidos del cuerpo. Los límites de dosis se establecen en términos de dosis efectiva y se aplican al individuo con fines de protección radiológica, incluida la evaluación del riesgo en términos generales. Matemáticamente, la dosis efectiva se puede expresar como:

Ejemplos de dosis en Sieverts

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 µSv – Dormir al lado de alguien
• 0.09 µSv – Vivir dentro de 30 millas de una planta de energía nuclear por un año
• 0.1 µSv – Comer una banana
• 0.3 µSv – Vivir dentro de 50 millas de una central eléctrica de carbón durante un año
• 10 µSv : dosis diaria promedio recibida del fondo natural
• 20 µSv – Radiografía de tórax
• 40 µSv : un vuelo en avión de 5 horas
• 600 µSv – mamografía
• 1000 µSv : límite de dosis para miembros individuales del público, dosis efectiva total por año
• 3 650 µSv : dosis media anual recibida del fondo natural
• 5 800 µSv : tomografía computarizada del tórax
• 10 000 µSv : dosis media anual recibida de un entorno natural en Ramsar, Irán
• 20 000 µSv – tomografía computarizada de cuerpo completo
• 175 000 µSv – Dosis anual de radiación natural en una playa de monazita cerca de Guarapari, Brasil.
• 5 000 000 µSv : 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 en Sieverts

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.

Calcule 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. Luego calcule la tasa de dosis equivalente . Suponga que este campo de radiación externo penetra de manera uniforme en todo el cuerpo. 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:

Como el factor de ponderación de la radiación para los rayos gamma es igual a uno y hemos asumido el campo de radiación uniforme, podemos calcular directamente la tasa de dosis equivalente a partir de la tasa de dosis absorbida como:

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: