¿Qué es la dosis efectiva? Definición

En la protección radiológica, 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 se da el símbolo E . La unidad SI de E 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.

Como se escribió en el capítulo anterior, la dosis equivalente , H _T , se usa para evaluar  el riesgo de salud estocástico  debido a los campos de radiación externos que penetran  uniformemente  en todo el cuerpo. Sin embargo, necesita más  correcciones  cuando el campo se aplica solo a parte (s) del cuerpo, o de manera  no uniforme  para medir el riesgo de salud estocástico general para el cuerpo. Para habilitar esto, una cantidad de dosis adicional llamada  dosis efectiva debe ser usado. La dosis efectiva permite determinar las consecuencias biológicas de la irradiación parcial (no uniforme). Es debido al hecho de que varios tejidos corporales reaccionan a la radiación ionizante de diferentes maneras. Por lo tanto, 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, el 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:

Tanto la dosis equivalente como la dosis efectiva son cantidades para usar en la protección radiológica, incluida la evaluación de riesgos en términos generales. Proporcionan una base para estimar la probabilidad de efectos estocásticos solo para dosis absorbidas muy por debajo de los umbrales para efectos deterministas.

Unidades de dosis efectiva :

• Sievert . El sievert es una unidad derivada de dosis equivalente y dosis efectiva y representa el efecto biológico equivalente del depósito de un joule de energía de rayos gamma en un kilogramo de tejido humano.
• REM . El rem (una abreviatura de R oentgen E quivalent M an) es la unidad no SI de dosis equivalente y dosis efectiva, que se usa predominantemente en los EE. UU. Es un término para la equivalencia de dosis e iguala el daño biológico que sería causado por un rad de dosis.

Un sievert es una gran cantidad de dosis efectiva. 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 efectivas 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 tejidos

El factor de ponderación de tejido, w _T , es el factor por el cual la dosis equivalente en un tejido u órgano T se pondera para representar la contribución relativa de ese tejido u órgano al detrimento total de la salud resultante de la irradiación uniforme del cuerpo (ICRP 1991b) . Representa una medida del riesgo de efectos estocásticos que podrían resultar de la exposición de ese tejido específico. Los factores de ponderación de los tejidos tienen en cuenta la sensibilidad variable de los diferentes órganos y tejidos a la radiación.

Los factores de ponderación de los tejidos se enumeran en varias publicaciones de la ICRP (Comisión Internacional de Protección Radiológica). De acuerdo con la determinación real de la ICRP, los factores de riesgo se encuentran en la siguiente tabla (de la publicación 103 de la ICRP (ICRP 2007)).

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

Para este fin, el cuerpo se ha dividido en 15 órganos diferentes – cada uno con un factor de ponderación w _T . Si solo se irradia parte del cuerpo, entonces solo esas regiones se usan para calcular la dosis efectiva. Los factores de ponderación del tejido se suman a 1.0 , de modo que si un cuerpo entero se irradia con radiación externa que penetra de manera uniforme, la dosis efectiva para todo el cuerpo es igual a la dosis equivalente para todo el cuerpo.

Si una persona se irradia solo parcialmente, la dosis dependerá en gran medida del tejido que se irradió. Por ejemplo, una dosis gamma de 10 mSv para todo el cuerpo y una dosis de 50 mSv para la tiroides es lo mismo, en términos de riesgo, que una dosis para todo el cuerpo de 10 + 0.04 x 50 = 12 mSv.

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.

Tasa de dosis efectiva

La tasa de dosis efectiva es la tasa a la que se recibe una dosis efectiva. Es una medida de la intensidad de la dosis de radiación (o fuerza). Por lo tanto, la tasa de dosis efectiva se define como:

En unidades convencionales, se mide en mSv / seg ,  Sv / hr, mrem / sec o rem / hr. 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 efectiva 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.

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.

Calcule la tasa de dosis primaria de fotones , en sieverts por hora (Sv.h ^-1 ), en la superficie externa de un blindaje de plomo de 5 cm de espesor. Luego calcule las tasas de dosis equivalentes y efectivas para dos casos.

1. Suponga que este campo de radiación externo penetra de manera uniforme en todo el cuerpo. Eso significa: Calcular la tasa de dosis efectiva de todo el cuerpo .
2. Suponga que este campo de radiación externo penetra solo en los pulmones y los otros órganos están completamente protegidos. Eso significa: calcular la tasa de dosis efectiva .

Tenga en cuenta que, 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:

1) irradiación uniforme

Dado que el factor de ponderación de la radiación para los rayos gamma es igual a uno y hemos asumido el campo de radiación uniforme (el factor de ponderación del tejido también es igual a la unidad), podemos calcular directamente la tasa de dosis equivalente y la tasa de dosis efectiva (E = H _T ) de la tasa de dosis absorbida como:

2) irradiación parcial

En este caso, suponemos una irradiación parcial de los pulmones solamente. Por lo tanto, tenemos que usar el factor de ponderación del tejido , que es igual a w _T = 0.12 . El factor de ponderación de la radiación para los rayos gamma es igual a uno. Como resultado, podemos calcular la tasa de dosis efectiva como:

Tenga en cuenta que, si una parte del cuerpo (p. Ej., Los pulmones) recibe una dosis de radiación, representa un riesgo de un efecto particularmente perjudicial (p. Ej., Cáncer de pulmón). Si se administra la misma dosis a otro órgano, representa un factor de riesgo diferente.

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: