O que é dose equivalente – Definição

Dose equivalente (símbolo HT) é uma quantidade de dose calculada para órgãos individuais (índice T – tecido). A dose equivalente é baseada na dose absorvida para um órgão, ajustada para levar em conta a eficácia do tipo de radiação. Dosimetria de Radiação

Fatores de ponderação por radiação - corrente - ICRPDose equivalente (símbolo T ) é uma quantidade de dose calculada para órgãos individuais (índice T – tecido). A dose equivalente é baseada na dose absorvida para um órgão, ajustada para levar em conta a eficácia do tipo de radiação . Dose equivalente é dada a símbolo H t . A unidade SI de t é o Sievert (Sv) ou mas REM (homem equivalente roentgen) ainda é vulgarmente utilizado ( 1 Sv = 100 REM ). A unidade de sievert recebeu o nome do cientista sueco Rolf Sievert, que fez grande parte dos primeiros trabalhos sobre dosimetria em radioterapia.

Como foi escrito, para protecção contra a radiação fins, a dose absorvida é calculada a média ao longo de um órgão ou tecido, T, e esta absorvida média dose é ponderado para a qualidade de radiação em termos do factor de ponderação da radiação , W R , para o tipo e a energia de incidente de radiação no corpo. O fator de ponderação da radiação é um fator adimensional usado para determinar a dose equivalente da dose absorvida média sobre um tecido ou órgão e baseia-se no tipo de radiação absorvida. A dose ponderada resultante foi designada como a dose equivalente de órgão ou tecido:

dose equivalente - equação - definição

dose equivalente - definiçãoUma dose equivalente de um Sievert representa a quantidade de dose de radiação equivalente, em termos de dano biológico especificado , a um cinza de raios X ou raios gama . Dose equivalente é uma quantidade não-física (w R é derivado de consequências biológicas da radiação ionizante) amplamente usados na dosimetria medido por dosímetros. Dose equivalente é designada pelo ICRP como uma “quantidade limitadora”; especificar limites de exposição para garantir que “a ocorrência de efeitos estocásticos à saúde seja mantida abaixo de níveis inaceitáveis ​​e que as reações teciduais sejam evitadas”.

Dose equivalente , H T , é utilizado para avaliar o risco de saúde estocástica devido aos campos de radiação externa que penetram uniformemente através de todo o corpo. No entanto, ele precisa de correções adicionais quando o campo é aplicado apenas a parte (s) do corpo ou de maneira não uniforme para medir o risco estocástico geral à saúde do corpo. Para permitir isso, uma quantidade adicional de dose chamada dose efetiva deve ser usada. A dose eficaz é definida como a soma das doses de órgãos equivalentes ponderados pelo órgão ICRP factores de ponderação, W T , que leva em conta a sensibilidade variando de diferentes órgãos e tecidos para a radiação.

Unidades de dose equivalente :

  • Sievert . O sievert é uma unidade derivada de dose equivalente e dose efetiva e representa o efeito biológico equivalente do depósito de um joule de energia de raios gama em um quilograma de tecido humano.
  • REM . O rem (uma abreviação de R oentgen E quivalente M an) é a unidade não SI da dose equivalente, usada predominantemente nos EUA. É um termo para equivalência de dose e é igual ao dano biológico que seria causado por um raio de dose.

Uma dose de  um Sv  causada pela radiação gama é equivalente a uma deposição de energia de um joule em um quilograma de tecido. Isso significa que uma peneira é equivalente a um cinza de raios gama depositados em certos tecidos. Por outro lado, danos biológicos semelhantes (um sievert) podem ser causados ​​apenas por 1/20 de cinza da radiação alfa.

Uma peneira é uma grande quantidade de dose equivalente. Uma pessoa que absorveu uma dose de 1 Sv no corpo inteiro absorveu um joule de energia em cada kg de tecido corporal (no caso de raios gama).

Doses equivalentes  medidas na indústria e na medicina geralmente têm doses mais baixas do que uma peneira, e os seguintes múltiplos são frequentemente usados:

1 mSv (milissegundo) = 1E-3 Sv

1 µSv (microsievert) = 1E-6 Sv

As conversões das unidades SI para outras unidades são as seguintes:

  • 1 Sv = 100 rem
  • 1 mSv = 100 mrem

De Dose Absorvida a Dose Equivalente

Observe que o sievert não é uma unidade de dose física . Por exemplo, uma dose absorvida de 1 Gy por partículas alfa levará a uma dose equivalente a 20 Sv. Isso pode parecer um paradoxo. Isso implica que a energia do campo de radiação incidente em joules aumentou em um fator de 20, violando as leis de conservação de energia . No entanto, este não é o caso. Sievert é derivado da dose física absorvida em quantidade, mas também leva em consideração a eficácia biológica da radiação, que depende do tipo e energia da radiação. O fator de ponderação da radiação faz com que o crivo não possa ser uma unidade física.

Como foi escrito, cada tipo de radiação interage com a matéria de uma maneira diferente e causa diferentes danos biológicos. Por exemplo, partículas carregadas com altas energias podem ionizar diretamente átomos. Por outro lado, partículas eletricamente neutras interagem apenas indiretamente, mas também podem transferir parte ou todas as suas energias para o assunto. Certamente simplificaria as coisas se os efeitos biológicosda radiação eram diretamente proporcionais à dose absorvida. Infelizmente, os efeitos biológicos dependem também da maneira como a dose absorvida é distribuída ao longo do caminho da radiação. Estudos mostraram que a radiação alfa e nêutron causa maior dano biológico para uma dada deposição de energia por kg de tecido do que a radiação gama. Foi descoberto que os efeitos biológicos de qualquer radiação aumentam com a transferência linear de energia (LET). Em resumo, o dano biológico da radiação de alta LET ( partículas alfa , prótons ou nêutrons ) é muito maior do que o da radiação de baixa LET ( raios gama) Isso ocorre porque o tecido vivo pode reparar mais facilmente os danos causados ​​pela radiação que se espalha por uma área grande do que aquela que está concentrada em uma área pequena. Como mais danos biológicos são causados ​​pela mesma dose física (ou seja, a mesma energia depositada por unidade de massa de tecido), um cinza de radiação alfa ou nêutron é mais prejudicial do que um cinza de radiação gama. Este fato de que radiações de diferentes tipos (e energias) produzem efeitos biológicos diferentes para a mesma dose absorvida é descrito em termos de fatores conhecidos como efetividade biológica relativa (RBE) e fator de ponderação de radiação (w R ).

Fator de Ponderação de Radiação

Na proteção contra radiação, o fator de ponderação de radiação é um fator adimensional usado para determinar a dose equivalente da dose absorvida média sobre um tecido ou órgão e baseia-se no tipo de radiação absorvida. No passado, um fator semelhante, conhecido como fator de qualidade, era usado para esse fim. O fator de ponderação da radiação é uma estimativa da eficácia por dose unitária da radiação fornecida em relação ao padrão de baixa LET.

Antes de 1990, quantidades equivalentes à dose eram definidas em termos de um fator de qualidade, Q (L), aplicado à dose absorvida em um ponto, a fim de levar em consideração as diferenças nos efeitos dos diferentes tipos de radiação. Nas suas recomendações de 1990, o ICRP introduziu um conceito modificado. Para fins de protecção contra as radiações, a dose absorvida é calculada a média ao longo de um órgão ou tecido, T, e esta absorvida média dose é ponderado para a qualidade de radiação em termos do factor de ponderação da radiação, W R , para o tipo e a energia da radiação incidente sobre o corpo.

O motivo para a substituição do factor de qualidade, ou seja, a relação Q-G, com w R valores na definição das doses de órgão equivalente e a dose eficaz foi a de que a Comissão Acredita:

‘que o detalhe e a precisão inerentes ao uso de uma relação Q-L formal para modificar a dose absorvida para refletir a maior probabilidade de prejuízo resultante da exposição a componentes de radiação com alta LET não se justificam devido às incertezas nas informações radiológicas’.

Vale ressaltar que esses dois fatores, o fator de ponderação de radiação e o fator de qualidade, estão restritos à faixa de dose de interesse para a proteção contra radiação, ou seja, à magnitude geral dos limites de dose. Em circunstâncias especiais em que se lida com doses mais altas que podem causar efeitos determinísticos, os valores relevantes de RBE são aplicados para obter uma dose ponderada.

Referência especial : ICRP, 2003. Eficácia biológica relativa (RBE), fator de qualidade ( Q ) e fator de ponderação de radiação ( R ). Publicação ICRP 92. Ann. ICRP 33 (4).

Fatores de ponderação por radiação – ICRP

Para radiação de fóton e elétron, o fator de ponderação da radiação tem o valor 1 independentemente da energia da radiação e para a radiação alfa o valor 20. Para a radiação de nêutrons, o valor depende da energia e atinge de 5 a 20.

Fatores de ponderação de radiação
Fonte: ICRP, 2003. Efetividade biológica relativa (RBE), fator de qualidade (Q) e fator de ponderação de radiação (wR). Publicação ICRP 92. Ann. ICRP 33 (4).

Em 2007, o ICRP publicou um novo conjunto de fatores de ponderação de radiação (ICRP Publ. 103: As Recomendações de 2007 da Comissão Internacional de Proteção Radiológica). Esses fatores são apresentados abaixo.

Fatores de ponderação por radiação - corrente - ICRP
Fonte: ICRP, 2007. Publ. 103: As recomendações de 2007 da Comissão Internacional de Proteção Radiológica.

Como mostrado na tabela, aw R de 1 é para todas as radiações de baixa LET, ou seja, raios X e raios gama de todas as energias, bem como elétrons e múons. Uma curva suave, considerada uma aproximação, foi ajustada aos w R valores como uma função da energia incidente de neutrões. Note que E n é a energia de nêutrons em MeV.

fator de ponderação por radiação - nêutrons - ICRP
O fator de ponderação de radiação wR para nêutrons introduzido na Publicação 60 (ICRP, 1991) como uma função descontínua da energia de nêutrons (- – -) e a modificação proposta (-).

Assim, por exemplo, uma dose absorvida de 1 Gy por partículas alfa levará a uma dose equivalente a 20 Sv, e estima-se que uma dose equivalente de radiação tenha o mesmo efeito biológico que uma quantidade igual de dose absorvida de raios gama, que é dado um fator de ponderação de 1.

Fator de qualidade

fator de qualidade - radiaçãofator de qualidade de um tipo de radiação é definido como a razão entre o dano biológico produzido pela absorção de 1 Gy dessa radiação e o dano biológico produzido por 1 Gy de raios-X ou raios gama.

O Q de um certo tipo de radiação está relacionado à densidade dos rastros de íons que ele deixa para trás nos tecidos. Os fatores de qualidade para os vários tipos de radiação estão listados na tabela.

Esses fatores de qualidade são restritos à faixa de dose de interesse para a proteção contra radiação, ou seja, à magnitude geral dos limites de dose. Em circunstâncias especiais em que se lida com doses mais altas que podem causar efeitos determinísticos, os valores relevantes de RBE são aplicados para obter uma dose ponderada.

Exemplos de doses em Sieverts

Devemos notar que a radiação está à nossa volta. Dentro, ao redor e acima do mundo em que vivemos. É uma força de energia natural que nos rodeia. É uma parte do nosso mundo natural que está aqui desde o nascimento do nosso planeta. Nos pontos a seguir, tentamos expressar enormes faixas de exposição à radiação, que podem ser obtidas de várias fontes.

  • 0,05 µSv – Dormindo ao lado de alguém
  • 0,09 µSv – Morando a 48 quilômetros de uma usina nuclear por um ano
  • 0,1 µSv – Comendo uma banana
  • 0,3 µSv – Morando a 80 quilômetros de uma usina a carvão por um ano
  • 10 µSv – Dose diária média recebida do fundo natural
  • 20 µSv – radiografia de tórax
  • 40 µSv – Um voo de avião de 5 horas
  • 600 µSv – mamografia
  • 1 000 µSv – Limite de dose para membros individuais do público, dose efetiva total por ano
  • 3 650 µSv – Dose média anual recebida do fundo natural
  • 5 800 µSv – tomografia computadorizada do tórax
  • 10 000 µSv – Dose média anual recebida do ambiente natural em Ramsar, Irã
  • 20 000 µSv – tomografia computadorizada de corpo inteiro
  • 175 000 µSv – Dose anual de radiação natural em uma praia de monazita perto de Guarapari, Brasil.
  • 5 000 000 µSv – Dose que mata um ser humano com um risco de 50% dentro de 30 dias (LD50 / 30), se a dose for recebida por um período muito curto .

Como pode ser visto, doses baixas são comuns na vida cotidiana. Os exemplos anteriores podem ajudar a ilustrar magnitudes relativas. Do ponto de vista das consequências biológicas, é muito importante distinguir entre doses recebidas em períodos curtos e prolongados . Uma “ dose aguda ” é aquela que ocorre por um período curto e finito de tempo, enquanto uma “ dose crônica ””É uma dose que continua por um longo período de tempo, para que seja melhor descrita por uma taxa de dose. Altas doses tendem a matar células, enquanto doses baixas tendem a danificá-las ou alterá-las. Doses baixas espalhadas por longos períodos de tempo não causam problemas imediatos a nenhum órgão do corpo. Os efeitos de baixas doses de radiação ocorrem no nível da célula e os resultados podem não ser observados por muitos anos.

Taxa de dose equivalente

taxa de dose equivalente é a taxa na qual uma dose equivalente é recebida. É uma medida da intensidade da dose de radiação (ou força). A taxa de dose equivalente é, portanto, definida como:

dose equivalente - definição

Em unidades convencionais, é medido em mSv / s ,  Sv / h, mrem / s ou rem / h. Como a quantidade de exposição à radiação depende diretamente (linearmente) do tempo que as pessoas passam perto da fonte de radiação, a dose absorvida é igual à força do campo de radiação (taxa de dose) multiplicada pelo tempo gasto nesse campo. O exemplo acima indica que uma pessoa pode esperar receber uma dose de 25 millirems permanecendo em um campo de 50 millirems / hora por trinta minutos.

Cálculo da taxa de dose protegida

Suponha a fonte isotrópica pontual que contém 1,0 Ci de 137 Cs , que tem uma meia-vida de 30,2 anos . Observe que a relação entre a meia-vida e a quantidade de radionuclídeo necessária para gerar uma atividade de um curie é mostrada abaixo. Essa quantidade de material pode ser calculada usando λ, que é a constante de decaimento de determinado nuclídeo:

Curie - Unidade de Atividade

Cerca de 94,6% decai por emissão beta em um isômero nuclear metaestável de bário: bário-137m. O pico principal de fótons de Ba-137m é 662 keV . Para esse cálculo, suponha que todos os decaimentos passem por esse canal.

Calcule a taxa de dose primária do fóton , em cinza por hora (Gy.h -1 ), na superfície externa de uma blindagem de chumbo de 5 cm de espessura. Em seguida, calcule a taxa de dose equivalente . Suponha que esse campo de radiação externa penetre uniformemente por todo o corpo. A taxa de dose primária de fótons negligencia todas as partículas secundárias. Suponha que a distância efetiva da fonte do ponto de dose seja 10 cm . Também devemos assumir que o ponto de dose é um tecido mole, que pode ser razoavelmente simulado pela água e usamos o coeficiente de absorção de energia em massa da água.

Veja também: Atenuação de raios gama

Veja também: Blindagem de raios gama

Solução:

A taxa de dose primária de fótons é atenuada exponencialmente , e a taxa de dose de fótons primários, levando em consideração o escudo, é dada por:

cálculo da taxa de dose

Como pode ser visto, não consideramos o acúmulo de radiação secundária. Se partículas secundárias forem produzidas ou se a radiação primária mudar sua energia ou direção, a atenuação efetiva será muito menor. Essa suposição geralmente subestima a taxa de dose verdadeira, especialmente para blindagens espessas e quando o ponto de dose está próximo à superfície da blindagem, mas essa suposição simplifica todos os cálculos. Nesse caso, a taxa real de dose (com o acúmulo de radiação secundária) será mais de duas vezes maior.

Para calcular a taxa de dose absorvida , precisamos usar a 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 (os valores estão disponíveis no NIST)
  • μ = 1,289 cm -1 (os valores estão disponíveis no NIST)
  • D = 5 cm
  • r = 10 cm

Resultado:

A taxa de dose absorvida resultante em cinza por hora é então:

taxa de dose absorvida - cinza - cálculo

Como o fator de ponderação da radiação para os raios gama é igual a um e assumimos o campo uniforme da radiação, podemos calcular diretamente a taxa de dose equivalente a partir da taxa de dose absorvida como:

dose equivalente - sievert - cálculo

Se queremos dar conta do acúmulo de radiação secundária, precisamos incluir o fator de acúmulo. A fórmula estendida para a taxa de dose é então:

taxa de dose absorvida - cinza

 

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