¿Qué es la curva de Bragg y el pico de Bragg? Definición

La curva de Bragg es típica para partículas con carga pesada y describe la pérdida de energía de la radiación ionizante durante el viaje a través de la materia. Dosimetría de radiación
Curva de Bragg
La curva de Bragg es típica de las partículas cargadas pesadas y representa la pérdida de energía durante su viaje a través de la materia.
Fuente: wikipedia.org

La curva de Bragg es típica para partículas con carga pesada y describe la pérdida de energía de la radiación ionizante durante el viaje a través de la materia. Para esta curva es típico el pico de Bragg , que es el resultado de la   dependencia 1 / v 2  de la potencia de frenado . Este pico ocurre porque la sección transversal de la interacción aumenta inmediatamente antes de que la partícula descanse. Para la mayor parte de la pista, la carga permanece sin cambios y la pérdida de energía específica aumenta de acuerdo con 1 / v 2 . Cerca del final de la pista, la carga puede reducirse mediante la captación de electrones y la curva puede caerse.

La curva de Bragg también difiere algo debido al efecto del rezago . Para un material dado, el rango será casi el mismo para todas las partículas del mismo tipo con la misma energía inicial. Debido a que los detalles de las interacciones microscópicas experimentadas por cualquier partícula específica varían aleatoriamente, se puede observar una pequeña variación en el rango. Esta variación se llama estrangulamiento y es causada por la naturaleza estadística del proceso de pérdida de energía que consiste en una gran cantidad de colisiones individuales.

Este fenómeno, que se describe mediante la curva de Bragg, se explota en la terapia con partículas del cáncer, ya que permite concentrar la energía de detención en el tumor y minimizar el efecto sobre el tejido sano circundante.

stopping_power_formulastopping_power_formula_2

 

 

 

……………………………………………………………………………………………………………………………….

Este artículo se basa en la traducción automática del artículo original en inglés. Para más información vea el artículo en inglés. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducción, envíela a: [email protected] o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.

Qué es el poder de frenado – Fórmula Bethe – Definición

La expresión clásica que describe el poder de frenado específico se conoce como la fórmula Bethe. La fórmula no relativista fue encontrada por Hans Bethe en 1930. Dosimetría de radiación

Una variable conveniente que describe las propiedades de ionización del medio circundante es el poder de detención . El poder de detención lineal del material se define como la relación de la pérdida de energía diferencial para la partícula dentro del material con la longitud del camino diferencial correspondiente :stopping_power_formula

, donde T es la energía cinética de la partícula cargada, n ion es el número de pares de iones de electrones formados por unidad de longitud de recorrido, e denota la energía promedio necesaria para ionizar un átomo en el medio. Para partículas cargadas, S aumenta a medida que disminuye la velocidad de las partículas . La expresión clásica que describe la pérdida de energía específica se conoce como la fórmula Bethe. La fórmula no relativista fue encontrada por Hans Bethe en 1930. La versión relativista (ver más abajo) también fue encontrada por Hans Bethe en 1932.

stopping_power_formula_2

En esta expresión, m es la masa en reposo del electrón, β es igual a v / c, lo que expresa la velocidad de la partícula en relación con la velocidad de la luz, γ es el factor de Lorentz de la partícula, Q es igual a su carga, Z es el número atómico del medio yn es la densidad de átomos en el volumen. Para partículas no relativistas (las partículas cargadas pesadas son en su mayoría no relativistas), dT / dx depende de 1 / v 2 . Esto se puede explicar por el mayor tiempo que la partícula cargada pasa en el campo negativo del electrón, cuando la velocidad es baja.

El poder de detención de la mayoría de los materiales es muy alto para partículas con carga pesada y estas partículas tienen rangos muy cortos. Por ejemplo, el rango de una partícula alfa de 5 MeV es de aproximadamente solo 0,002 cm en aleación de aluminio. La mayoría de las partículas alfa pueden ser detenidas por una hoja de papel ordinaria o tejido vivo. Por lo tanto, la protección de las partículas alfa no representa un problema difícil, pero por otro lado, los nucleidos radiactivos alfa pueden conducir a graves riesgos para la salud cuando se ingieren o inhalan (contaminación interna).

Detalles de los fragmentos de fisión

La fisión fragmenta tres dos características clave (algo diferentes de las partículas alfa o protones), que influyen en su pérdida de energía durante su viaje a través de la materia.

  • Alta energía inicial. Resultados en una gran carga efectiva.
  • Gran carga efectiva. Los fragmentos de fisión comienzan con la falta de muchos electrones, por lo tanto, su pérdida específica es mayor que la pérdida específica de alfa, por ejemplo.
  •  Recogida inmediata de electrones. Resultados en cambios de (-dE / dx) durante el viaje.

Estas características dan como resultado una disminución continua en la carga efectiva transportada por el fragmento de fisión a medida que el fragmento se detiene y una disminución continua en -dE / dx. La disminución resultante en -dE / dx (desde la captación de electrones) es mayor que el aumento que acompaña a una reducción en la velocidad. El rango del fragmento de fisión típico puede ser aproximadamente la mitad del de una partícula alfa de 5 MeV.

 

 

……………………………………………………………………………………………………………………………….

Este artículo se basa en la traducción automática del artículo original en inglés. Para más información vea el artículo en inglés. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducción, envíela a: [email protected] o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.

¿Qué es la partícula alfa? – Definición

Las partículas alfa son núcleos energéticos de helio. La producción de partículas alfa se denomina desintegración alfa. Las partículas alfa consisten en dos protones y dos neutrones. Dosimetría de radiación

Partícula Alfa - Interacción con la materiaLas partículas alfa son núcleos energéticos de helio . La producción de partículas alfa se denomina desintegración alfa. Las partículas alfa consisten en dos protones y dos neutrones unidos en una partícula idéntica a un núcleo de helio. Las partículas alfa son relativamente grandes y tienen una carga positiva doble. No son muy penetrantes y un trozo de papel puede detenerlos. Viajan solo unos pocos centímetros pero depositan todas sus energías a lo largo de sus caminos cortos. En los reactores nucleares se producen, por ejemplo, en el combustible (desintegración alfa de núcleos pesados). Las partículas alfa son comúnmente emitidas por todos los radiactivos pesados. núcleos que se encuentran en la naturaleza (uranio, torio o radio), así como los elementos transuránicos (neptunio, plutonio o americio). Las partículas alfa especialmente energéticas (excepto los núcleos de helio acelerados artificialmente) se producen en un proceso nuclear, que se conoce como fisión ternaria . En este proceso, el núcleo de uranio se divide en tres partículas cargadas (fragmentos de fisión) en lugar de las dos normales. El más pequeño de los fragmentos de fisión probablemente (90% de probabilidad) es una partícula alfa extra energética.

Partícula Alfa - Cámara Nube
Partículas alfa y electrones (desviados por un campo magnético) de una barra de torio en una cámara de niebla.
Fuente: wikipedia.org

Interacción de partículas alfa con materia

Como la interacción electromagnética se extiende a cierta distancia, no es necesario que las partículas alfa entren en colisión directa con un átomo. Pueden transferir energía simplemente pasando cerca . Las partículas alfa interactúan con la materia principalmente a través de fuerzas coulomb entre su carga positiva y la carga negativa de los electrones de los orbitales atómicos. En general, las partículas alfa (como otras partículas cargadas) transfieren energía principalmente mediante:

  • Excitación.  La partícula cargada puede transferir energía al átomo, elevando los electrones a niveles de energía más altos.
  • Ionización La ionización puede ocurrir cuando la partícula cargada tiene suficiente energía para eliminar un electrón. Esto da como resultado una creación de pares de iones en la materia circundante.

La creación de pares requiere energía, que se pierde de la energía cinética de la partícula alfa, lo que hace que se desacelere . Los iones positivos y los electrones libres creados por el paso de la partícula alfa se reunirán y liberarán energía en forma de calor.(por ejemplo, energía vibracional o energía rotacional de los átomos). Existen diferencias considerables en las formas de pérdida y dispersión de energía entre el paso de partículas cargadas de luz, como positrones y electrones, y partículas cargadas pesadas, como fragmentos de fisión, partículas alfa, muones. La mayoría de estas diferencias se basan en las diferentes dinámicas del proceso de colisión. En general, cuando una partícula pesada colisiona con una partícula mucho más ligera (electrones en los orbitales atómicos), las leyes de la energía y la conservación del momento predicen que solo una pequeña fracción de la energía de la partícula masiva puede transferirse a la partícula menos masiva. La cantidad real de energía transferida depende de qué tan cerca pasan las partículas cargadas a través del átomo y también depende de las restricciones de la cuantificación de los niveles de energía.

Ver también: interacción de partículas cargadas pesadas con materia

Poder de frenado – Bethe Formula

Una variable conveniente que describe las propiedades de ionización del medio circundante es el poder de detención . El poder de detención lineal del material se define como la relación de la pérdida de energía diferencial para la partícula dentro del material con la longitud del camino diferencial correspondiente :stopping_power_formula

, donde T es la energía cinética de la partícula cargada, n ion es el número de pares de iones de electrones formados por unidad de longitud de recorrido, e denota la energía promedio necesaria para ionizar un átomo en el medio. Para partículas cargadas, S aumenta a medida que disminuye la velocidad de las partículas . La expresión clásica que describe la pérdida de energía específica se conoce como la fórmula Bethe . La fórmula no relativista fue encontrada por Hans Bethe en 1930. La versión relativista (ver más abajo) también fue encontrada por Hans Bethe en 1932.

stopping_power_formula_2

En esta expresión, m es la masa en reposo del electrón, β es igual a v / c, lo que expresa la velocidad de la partícula en relación con la velocidad de la luz, γ es el factor de Lorentz de la partícula, Q es igual a su carga, Z es el número atómico del medio yn es la densidad de átomos en el volumen. Para partículas no relativistas (las partículas cargadas pesadas son en su mayoría no relativistas), dT / dx depende de 1 / v 2 . Esto se puede explicar por el mayor tiempo que la partícula cargada pasa en el campo negativo del electrón, cuando la velocidad es baja.

El poder de detención de la mayoría de los materiales es muy alto para partículas con carga pesada y estas partículas tienen rangos muy cortos. Por ejemplo, el rango de una partícula alfa de 5 MeV es de aproximadamente solo 0,002 cm en aleación de aluminio. La mayoría de las partículas alfa pueden ser detenidas por una hoja de papel ordinaria o tejido vivo. Por lo tanto, la protección de las partículas alfa no plantea un problema difícil, pero por otro lado, los nucleidos radiactivos alfa pueden conducir a graves riesgos para la salud cuando se ingieren o inhalan (contaminación interna).

Curva de Bragg

Curva de Bragg
La curva de Bragg es típica de las partículas cargadas pesadas y representa la pérdida de energía durante su viaje a través de la materia.
Fuente: wikipedia.org

La curva de Bragg es típica para partículas alfa y para otras partículas cargadas pesadas y describe la pérdida de energía de la radiación ionizante durante el viaje a través de la materia. Para esta curva es típico el pico de Bragg , que es el resultado de la   dependencia 1 / v 2  de la potencia de frenado. Este pico ocurre porque la sección transversal de la interacción aumenta inmediatamente antes de que la partícula descanse. Para la mayor parte de la pista, la carga permanece sin cambios y la pérdida de energía específica aumenta de acuerdo con 1 / v 2 . Cerca del final de la pista, la carga puede reducirse mediante la captación de electrones y la curva puede caerse.

La curva de Bragg también difiere un poco debido al efecto del rezago . Para un material dado, el rango será casi el mismo para todas las partículas del mismo tipo con la misma energía inicial. Debido a que los detalles de las interacciones microscópicas experimentadas por cualquier partícula específica varían aleatoriamente, se puede observar una pequeña variación en el rango. Esta variación se llama estrangulamiento y es causada por la naturaleza estadística del proceso de pérdida de energía que consiste en una gran cantidad de colisiones individuales.

Este fenómeno, que se describe mediante la curva de Bragg, se explota en la terapia con partículas del cáncer, ya que permite concentrar la energía de detención en el tumor y minimizar el efecto sobre el tejido sano circundante.

……………………………………………………………………………………………………………………………….

Este artículo se basa en la traducción automática del artículo original en inglés. Para más información vea el artículo en inglés. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducción, envíela a: [email protected] o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.

Qué es la dosis comprometida – Dosis efectiva comprometida – Definición

La dosis comprometida es una cantidad de dosis que mide el riesgo de salud estocástico debido a una ingesta de material radiactivo en el cuerpo humano. La dosis comprometida recibe el símbolo E (t). Dosimetría de radiación

En protección radiológica, la dosis comprometida es una cantidad de dosis que mide el riesgo de salud estocástico debido a la ingesta de material radiactivo en el cuerpo humano. La dosis comprometida recibe el símbolo E (t) , donde t es el tiempo de integración en años posteriores a la ingesta. La unidad SI de ) es el sievert (Sv) o aún se usa comúnmente rem (hombre equivalente a roentgen) ( 1 Sv = 100 rem ). La unidad de sievert lleva el nombre del científico sueco Rolf Sievert, que realizó muchos de los primeros trabajos sobre dosimetría en radioterapia.

La dosis comprometida permite determinar las consecuencias biológicas de la irradiación causada por material radiactivo, que está dentro de nuestro cuerpo. Una dosis comprometida de 1 Sv de una fuente interna representa el mismo riesgo efectivo que la misma cantidad de dosis efectiva de 1 Sv aplicada uniformemente a todo el cuerpo desde una fuente externa.

Como ejemplo, supongamos una ingesta de tritio radiactivo . Para el tritio, la ingesta límite anual (ALI) es 1 x 10 9 Bq. Si toma 1 x 10 9 Bq de tritio, recibirá una dosis para todo el cuerpo de 20 mSv. Tenga en cuenta que la vida media biológica es de aproximadamente 10 días, mientras que la vida media radiactiva es de aproximadamente 12 años. En lugar de años, lleva un par de meses hasta que el tritio se haya eliminado bastante bien. La dosis efectiva comprometida , E (t), es por lo tanto 20 mSv. No depende de si una persona realiza esta cantidad de actividad en poco tiempo o en mucho tiempo. En todos los casos, esta persona recibe la misma dosis para todo el cuerpo de 20 mSv.

La ICRP define dos cantidades de dosis para la dosis comprometida individual.

Dosis efectiva comprometida

Según la ICRP, la dosis efectiva comprometida, E (t) se define como:

“La suma de los productos de las dosis equivalentes de órganos o tejidos comprometidos y los factores de ponderación de tejidos apropiados (w T ), donde t es el tiempo de integración en años después de la ingesta. Se considera que el período de compromiso es de 50 años para adultos y de 70 años para niños ”.

Dosis equivalente comprometida

Según la ICRP, la dosis equivalente comprometida, H T (t) se define como:

«El tiempo integral de la tasa de dosis equivalente en un tejido u órgano particular que será recibido por un individuo después de la ingesta de material radiactivo en el cuerpo por una Persona de referencia, donde t es el tiempo de integración en años».

Referencia especial: CIPR, 2007. Recomendaciones de 2007 de la Comisión Internacional de Protección Radiológica. Publicación 103 de la CIPR. Ann. ICRP 37 (2-4).

Captación de dosis interna

Si decimos que la fuente de radiación está dentro de nuestro cuerpo, es exposición interna. La ingesta de material radioactivo puede ocurrir a través de varias vías, como la ingestión de contaminación radioactiva en alimentos o líquidos, la inhalación de gases radiactivos o la piel intacta o herida. La mayoría de los radionucleidos le darán mucha más dosis de radiación si de alguna manera pueden ingresar a su cuerpo, de lo que lo harían si permanecieran afuera.

Pero cuando un compuesto radiactivo ingresa al cuerpo, la actividad disminuirá con el tiempo, debido tanto a la descomposición radiactiva como a la eliminación biológica . La disminución varía de un compuesto radiactivo a otro. Para este propósito, la vida media biológica se define en la protección radiológica.

La vida media biológica es el tiempo necesario para que la cantidad de un elemento particular en el cuerpo disminuya a la mitad de su valor inicial debido a la eliminación solo por procesos biológicos, cuando la tasa de eliminación es aproximadamente exponencial. La vida media biológica depende de la velocidad a la que el cuerpo normalmente usa un compuesto particular de un elemento. Los isótopos radiactivos que se ingirieron o tomaron a través de otras vías se eliminarán gradualmente del cuerpo a través de los intestinos, los riñones, la respiración y la transpiración. Esto significa que una sustancia radiactiva puede ser expulsada antes de que haya tenido la posibilidad de descomponerse.

Como resultado, la vida media biológica influye significativamente en la vida media efectiva y la dosis global de la contaminación interna. Si un compuesto radiactivo con vida media radiactiva (t 1/2 ) se elimina del cuerpo con una vida media biológica t b , la vida media efectiva (t e ) viene dada por la expresión:

Como se puede ver, los mecanismos biológicos siempre disminuyen la dosis total de la contaminación interna. Además, si t 1/2 es grande en comparación con t b , la vida media efectiva es aproximadamente la misma que t b .

Por ejemplo, el tritio tiene una vida media biológica de aproximadamente 10 días, mientras que la vida media radiactiva es de aproximadamente 12 años. Por otro lado, los radionúclidos con vidas medias radiactivas muy cortas también tienen vidas medias efectivas muy cortas. Estos radionucleidos administrarán, a todos los efectos prácticos, la dosis de radiación total dentro de los primeros días o semanas después de la ingesta.

Para el tritio, la ingesta límite anual (ALI) es 1 x 10 9 Bq. Si toma 1 x 10 9 Bq de tritio, recibirá una dosis para todo el cuerpo de 20 mSv. La dosis efectiva comprometida , E (t), es por lo tanto 20 mSv. No depende de si una persona realiza esta cantidad de actividad en poco tiempo o en mucho tiempo. En todos los casos, esta persona recibe la misma dosis para todo el cuerpo de 20 mSv.

……………………………………………………………………………………………………………………………….

Este artículo se basa en la traducción automática del artículo original en inglés. Para más información vea el artículo en inglés. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducción, envíela a: [email protected] o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.