Kerma y dosis absorbida en radioprotección: definiciones, unidades y equilibrio electrónico

Kerma

El kerma se define como el cociente entre la suma de todas las energías cinéticas iniciales de todas las partículas ionizantes cargadas, dEtr, liberadas por partículas ionizantes no cargadas en un material de masa dm.

K =

Su unidad en el Sistema Internacional es el J·kg⁻¹, cuyo nombre especial es gray (Gy). La unidad antigua es el rad, con la siguiente relación:

• 1 rad = 0.01 Gy
• 1 Gy = 100 rad

El kerma es una magnitud característica de un campo de partículas no cargadas (neutrones y fotones) y representa la energía transferida por unidad de masa a un punto de un material.

Ventajas y aplicaciones

Una ventaja fundamental del kerma, además de ser válido tanto para neutrones como para fotones, es que sus valores numéricos expresados en gray son muy similares a los valores de la dosis absorbida en aire, agua o tejido biológico blando, bajo condiciones de equilibrio electrónico.

Tasa de kerma

Se define la tasa de kerma, denotada como K̇, como el cociente dK/dt, donde dK es la variación de kerma en el intervalo de tiempo dt. Su unidad especial en el SI es el Gy/s (la unidad antigua es el rad/s).

Dosis absorbida

La dosis absorbida, D, en un material dado se define (ICRU, 1998b) como el cociente entre la energía media absorbida de la radiación por un material de masa dm:

D =

En esta expresión, ε representa la energía neta que "se queda" en el volumen de materia considerado. Su unidad es el J·kg⁻¹ (Gy). La dosis absorbida es válida para cualquier tipo de radiación y requiere especificar el material en el que se cede la energía.

Relación entre Kerma y Dosis Absorbida

Para comprender mejor estas magnitudes, analizamos su relación:

• Sin equilibrio: Si consideramos una pequeña cantidad de materia aislada dm sobre la que incide radiación gamma, la suma de la energía cinética de las partículas cargadas liberadas constituye el kerma. Sin embargo, solo una fracción de esta energía queda absorbida en la masa de referencia (dosis absorbida). En estas condiciones, el kerma es siempre mayor que la dosis.
• Equilibrio electrónico: Si la muestra está rodeada de una gran cantidad de masa de idéntica naturaleza, la energía que escapa del elemento dm es compensada por partículas procedentes de la materia circundante. Si se produce esta circunstancia, conocida como equilibrio electrónico, y la producción de radiación de frenado es despreciable, el kerma y la dosis absorbida son iguales.

Cuando no existe dicho equilibrio, resulta complejo establecer una relación directa entre ambas magnitudes.