Fundamentos de la Física de Radiaciones Ionizantes

Estructura Atómica y Radiación

Afirmaciones sobre partículas subatómicas

• Carga del electrón y protón: En valor absoluto, la carga de un electrón y de un protón son iguales.
• Ubicación de partículas subatómicas: El neutrón y el protón se encuentran en el núcleo, mientras que el electrón se encuentra en la corteza.
• Número atómico y electrones: Si el número atómico es 17 y el átomo tiene una carga de +2, entonces el átomo tendrá 15 electrones.

Propiedades del fotón

• El fotón no tiene carga ni masa, pero sí tiene energía.

Relación entre longitud de onda, frecuencia y energía

• A mayor longitud de onda (λ), menor frecuencia y menor energía. A menor longitud de onda (λ), mayor frecuencia y mayor energía.

Isótopos

• Los elementos isótopos son átomos con el mismo número atómico (Z) y diferente número másico (A).

Energía del fotón y frecuencia

• La fórmula que relaciona la energía de un fotón con la frecuencia es: E = h * v (donde h es la constante de Planck y v es la frecuencia).

Rayos X y ondas visibles

• Las ondas de rayos X tienen mayor energía que las ondas visibles.

Excitación de electrones

• Los métodos para producir la excitación de electrones en el átomo son la absorción de energía y el choque entre partículas.

Interacciones de la Radiación

Tipos de colisiones

• Colisión inelástica: Cuando un electrón acelerado produce la excitación de otro electrón que se encuentra a su paso.
• Colisión radiactiva: Cuando una partícula cargada pasa cerca de un núcleo atómico, sufre una deceleración o frenado debido a la interacción eléctrica entre cargas de distinto signo, desviándola de su trayectoria.

Radiación de frenado

• En la radiación de frenado, los valores de energía de los fotones que se producen pueden ir desde 0 hasta la energía cinética máxima que transporta el electrón al producirse la colisión.
• La radiación característica de mayor interés en radiología es la que proviene de la expulsión de un electrón de la capa K.

Efectos de la radiación

• Efecto fotoeléctrico: Es el efecto deseado para obtener una buena imagen radiológica, aunque implica un posible efecto biológico.
• Efecto Compton: Aumenta al aumentar la energía de los fotones (y por ello, al disminuir la longitud de onda). Es prácticamente independiente del número atómico del material y es proporcional a la densidad del medio.
• Negracimiento de la película: El fotón que atraviesa sin colisionar con los átomos del paciente y llega a la película o receptor, estimulando su emulsión fotográfica, es responsable del negracimiento generalizado de la película.
• Efecto Compton en la imagen: En la formación de la imagen radiológica, el fotón podría alcanzar una zona blanca de la película radiológica, afectando (agrisando o ennegreciendo) las zonas hasta hacerlas desaparecer. Esto es una característica del efecto Compton.
• Probabilidad del efecto Compton: La probabilidad de que se produzca una interacción Compton aumenta al aumentar la energía de los fotones.
• Consecuencias de las colisiones Compton:
  • Podría chocar sobre un punto de la película que ya estuviese ennegrecido, y su efecto podría pasar desapercibido.
  • Podría alcanzar una zona blanca de la película radiológica (por efecto fotoeléctrico), afectando (agrisando o ennegreciendo) las zonas hasta hacerlas desaparecer.
  • Podría cambiar tanto su trayectoria (incluso llegar a la retrodispersión) que volvería a la sala, aumentando la radiación dispersa y provocando la irradiación del personal de la sala.

Magnitudes y Unidades Dosimétricas

Magnitudes dosimétricas

• Exposición: Unidades encargadas de valorar la capacidad que posee un haz de radiación. Se mide en R.s o C/kg.s.
  • Unidad antigua: Roentgenio (R)
  • Unidad moderna (SI): Culombio/kg (C/kg)
  • Equivalencia: 1 R = 2,58 x 10^-4 C/kg; 1 C/kg = 3876 R
• Absorción: Cantidad de energía absorbida por la materia (dosis de energía por unidad de masa).
  • Unidad antigua: rad (1 rad = 100 ergios/g; 1 Roentgenio (R) = 98 ergios/g; 1 rad = 1 rad para rayos X y gamma)
  • Unidad moderna (SI): Gray (Gy) (1 Gy = 1 J/kg = 100 rad)
  • Submúltiplos: cGy (0.01 Gy), mGy (0.001 Gy), μGy (0.000001 Gy), nGy (0.000000001 Gy)
  • Equivalencias: 1 Gy = 100 rad; 1 cGy = 1 rad; 1 mGy = 0.1 rad
  • Tasa de dosis: Gy/s, Gy/min, Gy/h
• Equivalencia: Efecto de daño biológico.
  • Unidad antigua: rem
  • Unidad moderna (SI): Sievert (Sv) (1 Sv = 100 rem)
  • Equivalencia: 1 rem = 1 mSv (1/1000 Sv) o 1 μSv (1/1000000 Sv)

Preguntas y ejercicios

• ICRU: Comisión Internacional de Medidas y Unidades Radiológicas (1925).
• Tasa de exposición: Se expresa en R o C/kg por segundo.
• Rad: Se define como la dosis de radiación que deposita 100 ergios de energía por cada gramo de tejido.
• Gy: Equivale a 100 rads.
• Tasa de dosis absorbida: Se expresa en Gy/h, Gy/min, Gy/s.
• Efectos biológicos de la radiación: La dosis absorbida en un tejido orgánico no determina por sí sola el efecto biológico; influye, pero también intervienen otros factores.
• Rem: Es igual a 1 mSv o 1000 μSv.
• EBR: Para valorar otros tipos de radiación ionizante se creó el concepto de Eficacia Biológica Relativa (EBR).
• Rem (definición): Cantidad de radiación ionizante, de cualquier tipo, que tiene el mismo efecto biológico que un rad de rayos X producidos a 200 keV.
• Dosis equivalente profunda individual Hp(d): Dosis equivalente en tejido blando situado por debajo de un punto especificado del cuerpo, a una profundidad d, apropiada para medir la radiación fuertemente penetrante. Se recomienda una distancia en profundidad de 10 mm (Hp(10)).
• Dosis equivalente superficial individual Hs(d): Dosis equivalente en tejido blando situado por debajo de un punto especificado del cuerpo, a una profundidad d, apropiada para radiación débilmente penetrante. Se aconseja una distancia en profundidad de 0,07 mm (Hs(0,007)).
• Dosimetría: No más de 100 mSv/5 años; en un año no puede superar 50 mSv.