Post on 17-Feb-2019
RADIACIONES IONIZANTES
Aspectos Físicos
Efectos
Magnitudes y Unidades
César F. Arias
carias@fi.uba.ar
Principales Fuentes de Información
• Comisión Internacional de Unidades de Radiación
– ICRU
• Comisión Internacional de Protecciòn Radiológica
– ICRP
• Agencia Internacional de Energía Atómica – IAEA
• Comité de Naciones Unidas para el estudio de los
Efectos de las Radiaciones Atómicas - UNSCEAR
RADIACION:
Emisión y Propagación de Energía
mediante partículas u ondas
Si la Energía que transportan las Radiaciones es suficiente
los electrones orbitales pueden liberarse
de la atracción eléctrica de los núcleos.
RADIACIONES
IONIZANTES
IONIZACION
Ionización
Radiación
Ionizante
El Atomo adquiere carga positiva
Ionización
Radiación
Ionizante
La Partícula Ionizante debe transferir una Energía de, al menos, algunas
decenas de Electrón Volt
Radiaciones Ionizantes
Rayos x
Emisiones Radiactivas
Partículas Aceleradas
Partículas originadas
en Reacciones nucleares
Consideraremos
Radiaciones
constituidas por:
PARTÍCULAS
SUBATOMICAS
Núcleos Fragmentos
de Núcleos
Alfa
Beta
Protón
Neutrón
Electrón
RADIACIÓN
ELECTROMAGNÉTICA
Cada partícula transporta
Energía según su masa y velocidad
E = ½ m . V2
ENERGÍA CINÉTICA
Se requieren
Correcciones Relativísticas
para esta expresión
si las velocidades se aproximan a la de la luz
La RADIACION ELECTROMAGNETICA
tambien posee una
estructura discontinua.
La energía se transporta
FRACCIONADAMENTE
mediante unidades energéticas
denominadas FOTONES
La Energía ε de cada FOTON
es proporcional a la frecuencia f
de la radiación
ó inversamente proporcional a su
LONGITUD DE ONDA λ
h : Constante de Plank = 6,62 . 10-34 Js
ε = h . f
ε = h . c. / λ
1eV = 1,6 . 10-19 Joule
1MeV = 1,6 . 10-13 Joule
La Energía de las Partículas Atómicas y Fotones se suele expresar
en Electrón Volt (eV)
1 J = 0,625 x 10 19 eV
1 kWh = 2,25 x 1025 eV
Capacidad Ionizante
Depende de
la energía que transporta
cada partícula o cada fotón
y no de la energía total transportada
por el haz de radiación.
Seguidamente se muestran
tres haces de Radiación que transportan la misma Energía Total por unidad de Tiempo
(POTENCIA )
100 Joule / seg = 100 Watt
MICROONDAS:
Cada Fotón transporta una Energía de 1 µ eV
LUZ:
Cada Fotón transporta una Energía de 1 eV
RAYOS X DE 1MEV:
Cada Fotón transporta una Energía de 1 MeV
Fluyen: 6,2 . 10 24 Fotones / s
Cada Fotón transporta una Energía de 1 µ eV
Potencia: 100 W = 6,2 x 1020 eV/s
MICROONDAS
Potencia: 100 W = 6,2 x 1020 eV/s
LUZ
Cada Fotón transporta una Energía de 1 eV
Fluyen: 6,2 . 10 18 Fotones / s
Potencia: 100 W = 6,2 x 1020 eV/s
Rayos X
Cada Fotón transporta una Energía de 1 MeV
Fluyen: 6,2 . 10 12 Fotones / s
avanzan
do a la
velocida
d de la
luz.
Espectro contínuo de la luz visible
(desde el rojo al violeta disminuye la
longitud de onda)
No Ionizantes Ionizantes
Decenas de
Electón -Volt
Modalidades de Ionización
Radiaciones Directamente Ionizantes:
Partículas Con Carga Eléctrica :
Alfa
Beta
Protones
Electrones
Poco penetrantes
Alcance Máximo
en la materia
Modalidades de Ionización
Radiaciones Indirectamente Ionizantes:
Partículas sin carga eléctrica:
Neutrones
Fotones
Ionizan
por intermedio
de partículas
cargadas
Muy Penetrantes
Atenuación Exponencial
Concepto
de Hemiespesor
Agua Alfa 1 Mev
Alcance = 2 µm
Agua
Gamma 1 Mev
Hemiespesor = 10 mm
Agua
Neutrones 1 Mev
Hemiespesor = 6 mm
Beta 1 Mev Alcance = 4 mm Agua
Penetración de la Radiación
en la Materia
Por qué el carácter Ionizante de una radiación
es una circunstancia destacable ?
Qué particularidad poseen los Iones ?
Una molécula en la que alguno
de sus átomos se ha ionizado
es químicamente mas reactiva.
Por lo tanto, la ionización aumenta
la reactividad química del medio.
Reacciones químicas
anormales
en el medio celular
pueden provocar
desorganización
en las células
Radiación
Ionizaciones
Moléculas con Carga Eléctrica
Reacciones Químicas Anormales
Morfológicas
Modificaciones
Funcionales
Blanco crítico: ADN
Matriz de azúcar-fosfato
Puentes de hidrógeno
Longitud de una vuelta
de hélice = 3,4 nm
Base
FUENTE:
IAEA
Daños posibles
en la molécula de ADN Alteración
de una base
Doble ruptura
de ligamento Ruptura simple
de ligamento
Sitio
abásico
Lesión Compeja
FUENTE:
IAEA
Desorganización Celular
Muerte o incapacidad reproductiva:
Efectos Determinísticos
Reproducción de células modificadas:
Efectos Estocásticos
IRRADIACION DE CELULAS
Muerte Celular Modificación Celular
Pocas Células
Muchas Células
Reproducción
Colonias de Células
Modificadas Sin Efectos
Significativos
EFECTOS DETERMINISTICOS
Umbral de Dosis
EFECTOS ESTOCASTICOS
Cancerígenos Hereditarios
Pocas Células
Muchas Células
MAGNITUD
DOSIMETRICA BASICA
La utilidad de las aplicaciones de las radiaciones ionizantes proviene de su capacidad
de Interacción con sustancias materiales
INTERACCION
RADIACION - MATERIA
INFORMACIÓN
Personas
sobre
Materiales
TRATAMIENTO
Personas
de
Materiales
INTERACCION
RADIACION - MATERIA
Se originan en los procesos de ionización
que provoca la energía
absorbida por los tejidos de las personas expuestas
Riesgos para la salud
asociados
La Protección Radiológica debe lograr el Control de:
fuentes de energía radiante
campos de radiación de energía
energía absorbida
Emisión
de Energía
Transporte
de Energía
Absorción
de Energía
Las Magnitudes que se emplean
en Protección Radiológica
para evaluar los riesgos
de las personas expuestas
se refieren a
Energía Absorbida
Magnitud dosimétrica Básica
Energía absorbida
Dosis Absorbida =
Masa del absorbente
Joule
Unidad: Gray (Gy) =
kg
Tasa de
Fluencia
de Energía
Transporte de Energía
por área y tiempo
Ψ =
Energía absorbida
por unidad de masa y tiempo
= Tasa
de Dosis D
μab D = Ψ ρ
La Dosis se puede
definir para cada punto
δ ε
D =
δm
Distribución
heterogénea
de Dosis
Depende de:
dFP kV
Filtración
δ ε
D =
δm
Magnitud
Principal
Unidad
Joule
Gray (Gy) =
kg
La Dosis Absorbida puede cambiar
para cada punto del espacio
En Protección
Radiológica
interesa
la Dosis Media
en Organos DT 1 2
3
4
εtotal
DT
=
mT
EFECTOS
DETERMINISTICOS
IRRADIACION PARCIAL
DEL CUERPO
EFECTOS SEGÚN ORGANOS
EXPUESTOS
Y UMBRALES DE DOSIS
TEJIDO
Y EFECTO
EXPOSICION
UNICA
Gy
EXPOSICION
CONTINUA
Gy / año
TESTICULOS
Esterilidad Temporaria 0,15 0,04
Esterilidad Permanente 3,5 – 6,0 2,0
OVARIOS
Esterilidad 2,5 – 6,0 > 0,2
CRISTALINO
Opacidad detectable 0,5 – 2,0 > 0,1
Cataratas 0,5 > 0,15
MEDULA OSEA
Depresión Hematopoyética 0,5 > 0,4
UMBRALES DE DOSIS
(DOSIS TOTAL - Gy )
ICRP
2007 / 11
EFECTOS DETERMINÍSTICOS EN PIEL
IRRADIACION
DE TODO EL CUERPO
DOSIS - CONSECUENCIAS
EXPOSICIÓN APROXIMADAMENTE UNIFORME
DE TODO EL CUERPO
EN UN TIEMPO BREVE
SINDROME SEGÚN
RANGOS DE DOSIS
FUENTE ICRP -2007
Se requiere una Energía muy grande
para provocar
la muerte por irradiación?
Si una persona recibe en un tiempo breve
una dosis de 8 Gy de Radiaciones Ionizantes
en todo el cuerpo morirá en pocas semanas.
En términos de Energía significa:
8 Gy = 8 Joule / Kg
Si suministramos
8 Joule de
Energía Térmica
a 1 kg de agua su
temperatura
aumenta en
aproximadamente
2 milésimas
de grado
centígrado
!!!!!!!!!
REPERCUSIÓN
EN PROTECCIÓN RADIOLÓGICA
Como los EFECTOS DETERMINÍSTICOS tienen
umbrales de Dosis, pueden ser evitados en la
medida que las dosis no superen esos valores
Los Límites de Dosis
Previenen completamente
los efectos Determinísticos
EFECTOS
ESTOCASTICOS
EFECTOS
Cancerígenos
Hereditarios
INFORMACION EPIDEMIOLOGICA
La información disponible corresponde a
niveles de dosis superiores a 200 mGy
(radiación gamma).
Los métodos epidemiológicos
no poseen suficiente potencia para poner
en evidencia efectos cancerígenos
con dosis inferiores
a 100 mGy (radiación gamma)
p D d= +2
PR
OB
AB
ILID
AD
DOSIS
*
EFECTOS ESTOCASTICOS
200 mGy
?
Qué sucede
a bajas dosis ?
Conjeturas
Región de
evidencia
epidemiológica
p D d= +2
PR
OB
AB
ILID
AD
DOSIS
*
EFECTOS ESTOCASTICOS HIPOTESIS:
AUSENCIA DE UMBRAL
LINEALIDAD
A BAJAS DOSIS
p D d= +2
PR
OB
AB
ILID
AD
DOSIS
*
A dosis menores a 100 mGy/año la probabilidad se considera proporcional a la dosis
EFECTOS ESTOCASTICOS
100 mGypor año de radiación gamma
p = k . D
k
HIPOTESIS:
AUSENCIA DE UMBRAL
LINEALIDAD
A BAJAS DOSIS
Los valores de K para cada órgano
Varían según sexo y edad
0 10 20 30 40 50 60 70 80
(edad a la exposición)
20
15
10
5
0
Masculino
Femenino
Riesgo (% / Sv) de inducción de cáncer
por edad a la exposición y por sexo
Otras
Magnitudes y Unidades
empleadas en
en Protección Radiológica
FACTORES DE PONDERACION
DE LA DOSIS ABSORBIDA
Por tipo de RADIACION
Por tipo de TEJIDO
PONDERACION
POR TIPO DE RADIACIÓN
La energía
absorbida
provoca
ionizaciones
Distribución Microscópica A Energía y las ionizaciones Diferentes Tipos de Radiación
interactúan con la materia de modo muy diverso
Transferencia Lineal de Energía
TLE
Las distribuciones microscópicas de la energía absorbida y de los iones producidos
son muy diferentes
Microdosimetría
Aunque las Dosis Medias en órganos sean iguales
las distribuciones microscópicas de las dosis
puede ser muy diferentes
α
Trayectoria recta
Alta Concentración de Iones Alta TLE
Partículas Alfa
Directamente
Ionizante
micrones
Partículas Beta
Directamente
Ionizante
Trayectoria
en zig – zag
Baja
Concentración
de Iones
milimetros
Baja TLE
Radiación Electromagnética
Indirectamente Ionizante
Decenas de centímetros
Baja
Concentración
de Iones
Baja TLE
IAEA
Efectividad Biológica Relativa - EBR
Dosis de Radiación de Referencia EBR = Dosis de Radiación que produce igual efecto (cáncer)
Radiación de Referencia : Rayos x de 250 kV
Gamma Co60
Concepto Científico
EBR - ICRP 92
Wr : Factor de Ponderación
por Efectividad de la Radiación
Versión Regulatoria
de la EBR
Mensurado para efectos estocásticos a bajas dosis y baja tasa de dosis
(condiciones de linealidad)
ICRP 103 - 2007
FACTORES DE PONDERACION
POR TIPO DE RADIACION wr
Fotones de todas las energías 1
Electrones, todas las energías 1
Neutrones según energía ver curva
Protones 2
Partículas alfa, fragmentos de fisión y núcleos pesados 20
Tipo de radiación wr
Valores para efectos estocásticos
a bajas dosis y baja tasa de dosis
(condiciones de linealidad)
ICRP 2007
Dosis Equivalente ( ) = D . Wr
D : Dosis
wr : factor de ponderación
por tipo de radiación
H = Joule / Kg = Sievert (Sv)
H
SI LA EXPOSICIÓN OCURRE
CON VARIOS TIPOS DE RADIACION
H = Σ D . Wr
PONDERACION
POR TIPO DE TEJIDO
p D d= +2
PR
OB
AB
ILID
AD
DOSIS
*
A dosis menores a 100 mSv por año
la probabilidad Se considera proporcional a las dosis
EFECTOS ESTOCASTICOS
100 mSv por año de radiación gamma
p = k . H
k
HIPOTESIS:
AUSENCIA DE UMBRAL
LINEALIDAD
H
Los Organos tienen diferente radiosensibilidad.
Vale decir diferentes valores de k
Dosis Equivalentes Iguales
en Organos distintos
Diferentes probabilidades
de efectos
k1 k2
k3
k4 k5
k6 k7 k8 k9
p = k . H
Para evaluar el efecto total
sobre el organismo
se deben sumar
las dosis equivalentes
en los distintos órganos
considerando
su radiosensibilidad relativa
Probabilidad
de efecto
cancerígeno
por órgano
o tejido
en
Trabajadores
ICRP 103
2007
ki
k = ∑ ki
Probabilidad
de efecto
cancerígeno
por órgano
o tejido
ICRP 103
2007
ki Origen de w
t
= k
wti= ki / k
wTi = ki / k
ki = k . wT
∑ wti = 1
wti : Ponderación por
radiosensibilidad
relativa de cada
órgano o tejido
p2 = k2 . H2
p3 = k3 . H3
p = k . E
ki = k . wT
p = ∑ pi = k ∑ wti . Hi
Irradiación de cuerpo entero
con dosis equivalente no uniforme
p1 = k1 . H1 = k . wt1 . H1
= k . wt2 . H2
= k . wt3 . H3
E = ∑ wti . Hi
DOSIS EFECTIVA
ORGANO wt
Pulmón 0,12
Estómago 0,12
Colon 0,12
Médula Osea 0,12
Mama 0,12
Resto de los tejidos 0,12
Gonadas 0,08
Tiroides 0,04
Esófago 0,04
Vejiga 0,04
Hígado 0,04
Superficies Oseas 0,01
Piel 0,01
Cerebro 0,01
Glándulas salivales 0,01
TOTAL 1,00
Factor de Ponderación
por Radiosensibilidad de Tejidos wt
ICRP 103
2007
H1 w1 H2 w2
H3 w3
H4 w4 H5 w5
H6 w6 H7 w7 H8 w8
H9 w9
Dosis Efectiva E = ∑ wti . H
i
Unidad: Sievert (Sv)
DOSIS
D
DOSIS
EQUIVALENTE
H
DOSIS
EFECTIVA
E
wr Ponderación por tipo de Radiación
wt Ponderación por tipo de Organo
Gray
Sievert
Sievert
H = D . wr
E = ∑ Ht . w
t
Los valores de wr y wt corresponden a bajas dosis y bajas tasas de dosis
Y se han obtenido a partir de estadísticas sobre individuos
de distinto género y diversas edades
Las Magnitudes:
Dosis Equivalente
Dosis Efectiva
Sólo deben aplicarse en el rango
de bajas dosis y bajas tasas de dosis
< 100 mGy / año
Cómo puede producirse
la Exposición
de las personas ?
Por IRRADIACION EXTERNA
Por INCORPORACION DE RADIONUCLEIDOS
INCORPORACION DE RADIONUCLEIDOS
Magnitud
especial para
Incorporación
de Radionucleidos
MEDICINA
NUCLEAR
Procesos Metabólicos
• Incorporacion
• Transferencia a sangre y liquido
extracelular
• Distribucion en el organismo
• Retencion en organos y tejidos
• Excrecion
Proceso Físico
• Decaimiento Radiactivo
tiempo
Actividad
TE
A A/2
La Actividad del radioisótopo incorporado
disminuye con el tiempo por eliminación biológica (TB)
y decaimiento físico (TF)
TB . T
F
TE =
TB + T
F
La Dosis Efectiva Integrada a través del tiempo
está determinada por la Actividad Incorporada
tiempo
Dosis Efectiva Comprometida
Actividad
Dosis
Efectiva
tiempo
Modelos :
permiten calcular
Dosis Efectivas Comprometidas
por unidad de Incorporación
para cada Radionucleido
según la via de Entrada
MODELOS
Factores de conversión mSv/ Bq
Según via de incorporación
ACTIVIDAD
INCORPORADA
Bq
DOSIS
EFECTIVA
COMPROMETIDA
mSv
Algunos Factores de Conversion
Dosis Efectiva Comprometida
por unidad de Incorporacion Sv / Bq
Inahalacion hinh Ingestion hing
Co-60 1 . 10-8 3,4 . 10-9
I -131 7,4 . 10-9 2,2 . 10-8
Cs-137 4,6 . 10-9 1,3 . 10-8
Guia regulatoria ARN
Dosis Efectiva (mSv)
En Diagnóstico Médico
0.01
0.1
1
10
cardioangiography thyroid I-131
CT pelvis myocard Tl-201
large intestine
CT abdomen CBF Tc-99m
urography thyroid I-123
lumbar spine bone Tc-99m
thyroid Tc-99m
liver Tc-99m
lung Tc-99m
chest renography I-131
extremities
blood volume I-125
dental clearance Cr-51
X-ray Nuclear medicine
Fuentes de
exposición en
el mundo
Dosis
efectiva
anual per
cápita (mSv)
Rango Dosis
individual
anual
(mSv)
Dosis
colectiva
mundial
(millones de
Svp)
Radiación natural 2,4 1 a 13 15 500
Radiodiagnóstico
médico
0,6 0,05 a 2,5 3900
Pruebas
nucleares en la
atmósfera
0,005
-------------------- 32
Accidente de
Chernobyl
0,002 --------------------
12
Producción de
energía nuclear
0,0002 Hasta 0,02 en
Grupos Críticos 1,2
Dosis efectivas anuales promedio
y dosis colectivas mundiales anuales
UNSCEAR
2008
Fuentes de
exposición en
el mundo
Dosis
efectiva
anual per
cápita (mSv)
Rango Dosis
individual
anual
(mSv)
Dosis
colectiva
mundial
(millones de
Svp)
Radiación natural 2,4 1 a 13 15 500
Radiodiagnóstico
médico
0,6 0,05 a 2,5 3900
Pruebas
nucleares en la
atmósfera
0,005
-------------------- 32
Accidente de
Chernobyl
0,002 --------------------
12
Producción de
energía nuclear
0,0002 Hasta 0,02 en
Grupos Críticos 1,2
Dosis efectivas anuales promedio
y dosis colectivas mundiales anuales
UNSCEAR
2008
Gracias por vuestra atenciòn !!
• César F. Arias
carias@fi.uba.ar