Fundamentos de la Radiología: Conceptos Clave y Aplicaciones Prácticas

Capítulo 1: Conceptos Básicos de la Física Atómica y Nuclear

Isótopos: Son átomos de un mismo elemento químico que poseen el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones. Esto implica que tienen el mismo número atómico, pero diferente masa atómica.

• Fósforo-32: Se utiliza para diagnosticar y tratar enfermedades en los huesos y la médula ósea.
• Yodo-131: Se emplea para el tratamiento de enfermedades de la tiroides y como trazador radioactivo para reacciones químicas o procesos industriales.
• Cobalto-60: Se utiliza en el tratamiento del cáncer, como trazador de reacciones químicas y para esterilizar alimentos y medicinas.

Electronvoltio (eV): Es la energía adquirida por una partícula con una carga eléctrica al ser acelerada en una diferencia de potencial de 1 voltio.

Fuerza Nuclear Fuerte: Es la responsable de mantener unidos a los protones y neutrones dentro del núcleo atómico, a pesar de la repulsión eléctrica que existe entre los protones de la misma carga.

Átomo: Es la unidad fundamental de la que está hecha la materia. Posee una estructura compleja, constituida por una parte central muy pequeña donde se concentra casi toda la masa atómica, denominada núcleo atómico, y por una envoltura externa de la que dependen las propiedades químicas, denominada corteza atómica. El número de protones de un átomo se conoce como número atómico, y la suma de protones y neutrones como masa atómica. La corteza está formada por electrones, que tienen una masa muy pequeña y carga eléctrica negativa.

Elementos: Sustancia simple que no se puede descomponer en partes más pequeñas o transformarse en otra sustancia. La parte básica de un elemento es un átomo, que contiene protones, neutrones y electrones. Todos los átomos de un elemento tienen el mismo número de protones.

Núcleo Inestable: Se presenta cuando no tiene una configuración de protones y neutrones que le permita mantenerse unido de forma indefinida. Si hay un desequilibrio entre el número de protones (con carga positiva) y neutrones, las fuerzas dentro del núcleo no son lo suficientemente fuertes para mantenerlo unido.

Considere los siguientes hechos: Los núcleos atómicos están hechos de protones y neutrones. Los protones son cargas eléctricas positivas. Los neutrones no tienen carga eléctrica.

Dentro del núcleo, los protones sienten una fuerza grandísima de repulsión debido a que las cargas eléctricas iguales se repelen.

Estabilidad Nuclear: Se refiere al equilibrio que existe dentro de un núcleo atómico. Un núcleo estable es aquel donde las fuerzas que lo mantienen unido son más fuertes que las que lo separan.

Abundancia Isotópica: Se refiere en particular a isótopos naturales, y representa la proporción en peso en que se encuentran los distintos isótopos de un elemento químico en su estado fundamental o natural.

Capítulo 2: Átomos Estables y Radiación

Átomos Estables: Son aquellos que poseen la energía mínima (energía de amarre) necesaria para mantener fuertemente unidas a las partículas que lo conforman.

Radiación Ionizante: Es la emisión espontánea de energía en forma de partículas u ondas electromagnéticas de los átomos inestables con el fin de lograr su estabilidad.

Decaimiento Radiactivo: Es el proceso por el cual los núcleos emiten partículas o radiación electromagnética hasta alcanzar el nivel mínimo de energía necesaria para lograr su estabilidad.

Tipos de Radiación

• Alfa: Identificada como núcleos de helio, son partículas pesadas. Carga eléctrica: Positiva. Tipo de trayectoria: Rectilínea y corta. Poder de ionización: Muy alto. Poder de penetración: Muy bajo.
• Beta: La radiación beta es emitida desde el núcleo de los átomos con carga y masa idéntica a los electrones. Carga eléctrica: Negativa. Tipo de trayectoria: Errática. Poder de ionización: Alto. Poder de penetración: Bajo.
• Gamma: Son radiaciones electromagnéticas. Carga eléctrica: Nula. Tipo de trayectoria: Rectilínea. Poder de ionización: Bajo. Poder de penetración: Alto. Se originan en el núcleo del átomo.
• Neutrones: La radiación neutrónica consiste en partículas subatómicas con carga eléctrica igual a cero y su masa es aproximadamente igual a 1 uma. Carga eléctrica: Nula. Tipo de trayectoria: Rectilínea. Poder de ionización: Bajo. Poder de penetración: Muy alto.
• Rayos X: Similar a la radiación gamma, solo que originada fuera del núcleo atómico, es decir, en la capa electrónica del átomo.

Constante de Desintegración: Es una medida en física nuclear que nos permite entender y cuantificar la rapidez con la que los núcleos atómicos inestables se descomponen. La Vida Media de un isótopo es el tiempo que tarda en reducirse su actividad a la mitad.

Capítulo 3: Tipos de Decaimiento Radiactivo

Decaimiento Alfa: Tiene su origen en la desintegración de un elemento radiactivo.

Decaimiento Beta: Son electrones de alta energía y son generados por la desintegración de un elemento radiactivo del que salen a gran velocidad.

Decaimiento Beta Positivo: Se origina en aquellos núcleos que tienen un exceso de protones comparado con el número de neutrones. En estos núcleos, un protón se descompone.

Decaimiento Beta Negativo: Se origina en aquellos núcleos que tienen exceso de neutrones en comparación con el número de protones. Es decir, el neutrón se convierte en protón y un electrón es expulsado. Como aparece un protón, el núcleo original se transforma en un núcleo de otro elemento.

Captura Electrónica: El núcleo original captura a uno de los electrones orbitales en el átomo correspondiente. El núcleo resultante tiene entonces una carga menos que el núcleo original.

Decaimiento Gamma: Los rayos gamma son producidos en el núcleo del átomo, esto ocurre cuando un núclido es inestable y este tiende a alcanzar su estado estable mediante la emisión de fotones.

Capítulo 4: Magnitudes y Unidades en Radiología

Todas las magnitudes en el campo de la Radiología se pueden clasificar en cinco categorías:

• Radiactividad: Trata de las magnitudes asociadas con el campo de radiación producido por las sustancias radiactivas.
• Radiometría: Trata de las magnitudes asociadas con la medición de la radiación.
• Coeficientes de interacción: Trata con magnitudes asociadas a la interacción de la radiación con la materia.
• Dosimetría: Trata con magnitudes relacionadas con la medida de la energía absorbida y de su distribución. Las magnitudes dosimétricas son generalmente producto de magnitudes de las dos categorías anteriores.
• Radioprotección: Trata de las magnitudes asociadas con la protección contra la radiación.

Magnitudes y Unidades Radiológicas:

• Actividad: Es el número de desintegraciones que ocurren en función del tiempo. Sistema Internacional de Unidades: s^-1 (Bq). Unidad especial: Ci. Submúltiplo: mCi.
• Exposición: Es la cantidad de carga eléctrica que la radiación electromagnética produce en una unidad de masa de aire. Sistema Internacional de Unidades: Coulomb/Kg (C/Kg). Unidad especial: Roentgen (R).
• Rapidez de Exposición: Es la rapidez con la que la radiación electromagnética produce cargas eléctricas en el aire. Sistema Internacional de Unidades: Coulomb /Kg.s. Unidad especial: Roentgen/hora (R/h). Submúltiplo: mR/h.
• Dosis Absorbida: Es la energía depositada en cualquier material, incluyendo el cuerpo humano. Sistema Internacional de Unidades: J.Kg^-1 (Gy). Unidad especial: rad. Submúltiplo: mrad.
• Rapidez de Dosis Absorbida: Es la rapidez con la que la radiación de cualquier tipo deposita su energía en cualquier material expuesto. Sistema Internacional: J.Kg^-1seg^-1 (Gy/seg). Unidad especial: Rad/seg.
• Dosis Equivalente: Magnitud que cuantifica el efecto producido en el ser humano. Sistema Internacional: J.Kg^-1 (Sv). Unidad especial: rem. Submúltiplo: mrem.
• Rapidez de Dosis Equivalente: Es la rapidez con la que la radiación deposita su energía en el tejido dañándolo. Sistema Internacional: J.Kg^-1Seg^-1 (Sv/Seg). Unidad especial: rem/seg.
• Dosis Equivalente Efectiva: Es la suma ponderada de los equivalentes de dosis para los diferentes tejidos del cuerpo humano.
• Dosis Equivalente Comprometida: Es la dosis equivalente recibida durante los 50 años siguientes al instante de la incorporación.
• Equivalente de Dosis Efectiva Total (TEDE): Es la suma del equivalente de dosis (para exposición externa) y el equivalente de dosis efectiva comprometida (para exposición interna).

Capítulo 5: Interacción de la Radiación con la Materia

Radiación Ionizante: Son radiaciones con energía necesaria para arrancar electrones de los átomos.

Radiación no Ionizante: Son radiaciones que no poseen suficiente energía para arrancar electrones de los átomos.

Ionización: Proceso mediante el cual un átomo adquiere una carga eléctrica mediante la adición o extracción de electrones.

Excitación: Se presenta cuando la energía comunicada por la radiación al átomo es insuficiente para producir una ionización, es decir, la separación completa de un electrón, pero puede bastar para elevar un electrón a un nivel energético superior, lo que hace que el átomo quede en un estado electrónico excitado.

Interacción de la Radiación Beta con la Materia: El mecanismo de interacción de la radiación beta (electrones rápidos) con la materia se lleva a cabo en base a colisiones con los campos electromagnéticos de los electrones, provocando ionizaciones y/o excitaciones. Cuando la colisión se efectúa en un electrón orbital, este es frecuentemente arrancado del átomo y, por consiguiente, la radiación beta produce ionizaciones.

Radiación de Frenado: También conocida como Bremsstrahlung, es un tipo de radiación electromagnética que se produce cuando una partícula cargada (como un electrón) se desacelera al interactuar con el campo eléctrico de otra partícula cargada (como un núcleo atómico).

Interacción de la Radiación Gamma con la Materia: Debido a que no tiene carga eléctrica, no ioniza a los átomos atrayendo o repeliendo electrones. Su modo de interaccionar depende de su energía y del átomo con el cual interacciona. Existe un gran número de tipos de interacción de radiación gamma con la materia, pero solo tres tienen importancia en la detección de la radiación y en la protección radiológica, estos tipos de interacción son:

• Efecto Fotoeléctrico: Se lleva a cabo mediante la interacción de un fotón gamma incidente sobre los electrones de un átomo absorbedor, en el cual el fotón desaparece totalmente y se produce un electrón con gran energía cinética, es decir, un fotoelectrón.
• Efecto Compton: Fenómeno de la física cuántica que ocurre cuando un fotón (una partícula de luz) choca con un electrón libre. Durante esta interacción, el fotón transfiere parte de su energía al electrón, haciendo que este último se mueva. Como consecuencia, el fotón dispersado tiene una longitud de onda mayor (menor energía) que el fotón incidente.
• Producción de Pares: Fenómeno físico en el que una partícula de alta energía (como un fotón) se convierte en dos partículas con carga opuesta (por ejemplo, un electrón y un positrón). Para que esto ocurra, la energía de la partícula original debe ser al menos igual a la masa en reposo de las dos partículas creadas.

Interacción de la Radiación Neutrónica con la Materia: Como el neutrón es una partícula con carga eléctrica neutra, no interacciona con los electrones orbitales y, por lo tanto, no producirá ionización directa. Un neutrón pasará a través de la nube de electrones y solo interaccionará con el campo magnético del núcleo.

• Dispersión Elástica: Se puede visualizar como una colisión entre dos bolas de billar, por lo que, al interaccionar el neutrón con un núcleo, se conservará tanto la energía cinética como la cantidad de movimiento.
• Dispersión Inelástica: Se puede visualizar como una bala que le pega a una bola de acero, por lo que, al interaccionar el neutrón con el núcleo, la energía cinética del neutrón se transformará en energía de excitación. Estos núcleos atómicos excitados, para regresar a su estado normal, emiten una serie de rayos gamma.

Capítulo 6: Métodos y Equipos de Detección de la Radiación

Métodos de Detección:

• Ionización Gaseosa
• Centelladores
• Semiconductores
• Placas Fotográficas
• Detectores Químicos
• Detectores Calorimétricos
• Detectores Termoluminiscentes (TLD)

Detectores de Ionización Gaseosa: La radiación, al interaccionar con el gas contenido en el detector, ocasiona que se liberen electrones por efecto de la ionización, formando una pequeña corriente eléctrica la cual podemos amplificar y medir.

Detectores de Centelleo: La radiación, al interaccionar con un material centellante, libera o emite una luz la cual interacciona con un fotocátodo, el cual emite un electrón que es amplificado en un tubo fotomultiplicador, formando una corriente eléctrica que podemos medir.

Detector Geiger - Müller: Los detectores de cámara gaseosa que operan en la región V son conocidos como tubos Geiger-Müller (G-M). Estos detectores pueden ser usados para el conteo de cualquier tipo de partículas ionizantes, no importando la magnitud de la ionización primaria que produzcan, ya que el efecto avalancha produce pulsos grandes, de los cuales la mayoría son de tamaño bastante constante. El tubo G-M es ampliamente usado para contar partículas beta, rayos gamma y rayos X.

Clasificación de los Monitores de Radiación

• Monitores de Área: Son equipos dispuestos en diferentes áreas que se consideran de importancia debido a que son de libre tránsito del POE (Personal Ocupacionalmente Expuesto) y cuentan con alarmas sonoras que indican que los niveles de radiación en esa área son superiores a los valores establecidos en el monitor previamente. Cuando escuchamos la alarma de algún monitor de área, debemos abandonar el área y notificar inmediatamente al personal de protección radiológica.
• Monitores Portátiles: Son aquellos monitores que, de acuerdo con sus características de diseño, se pueden llevar de un lugar a otro, con el fin de determinar los niveles de radiación presentes en cualquier lugar.
• Monitores Fijos: Para detectar la contaminación, básicamente los podemos encontrar en las salidas de las áreas restringidas o controladas de instalaciones nucleares y radiactivas, con el fin de verificar que el POE, los materiales y equipos que salen de dichas áreas, salgan radiológicamente limpios.

Calibración: Para amparar la calibración, sea de una fuente o de un detector, se acompaña un certificado de calibración extendido por algún laboratorio reconocido.

Precauciones en el Uso de los Equipos:

• Calibración vigente
• Inspección visual
• Batería
• Ajuste a cero
• Respuesta
• Plastificado

Capítulo 7: Riesgo Radiológico y Límites de Dosis

Riesgo Radiológico: Es la probabilidad de ocurrencia de un efecto como consecuencia de la exposición a radiaciones ionizantes. Dependen de:

• Tipo de fuente a usar.
• La dosis a la que esté expuesto.
• Tipo de radiación y de su energía.
• Poder de penetración.
• Forma física y química del radionúclido.
• Cantidad incorporada.
• Radiotoxicidad del núclido.
• Órgano crítico.
• Ionización específica de la radiación.
• Tiempo de vida media: radiactiva y biológica.

El Reglamento General de Seguridad Radiológica (RGSR) indica que existe peligro o riesgo cuando:

1. Se carezca de la autorización, permiso o licencia correspondiente.
2. Las fuentes selladas pierdan su hermeticidad.
3. Los sistemas o equipos de control de la fuente de radiación o equipo que la contenga se encuentren en condiciones que contravengan las disposiciones reglamentarias.
4. No se cuente con el equipo de medición de radiación ionizante requerido o que este no se encuentre en condiciones adecuadas de funcionamiento.

Límites de Equivalente de Dosis Efectiva Anual

• Personal Ocupacionalmente Expuesto (POE)
  • Efectos Estocásticos: 50 mSv (5 rem)
  • Efectos No Estocásticos: 500 mSv (50 rem)
  • Para Cristalino: 150 mSv (15 rem)
• Público
  • Efectos Estocásticos: 5 mSv (0.5 rem)
  • Efectos No Estocásticos: 50 mSv (5 rem)

Capítulo 8: Interacción de la Radiación con la Célula

Posibles Efectos de la Radiación en la Célula:

1. Que no ocurra nada (ningún efecto).
2. Que la célula sea dañada (con recuperación posterior).
3. Que la célula sufra mutación (altere su información genética).
4. Que muera.

Interacción de la Radiación con el Núcleo Celular: Puede ocasionar cambios o alteraciones en el código genético (ADN), produciendo una serie de mutaciones que pueden presentarse desde un simple cambio en la secuencia de los elementos del ADN, hasta cambios a nivel cromosómico.

Interacción de la Radiación con el Citoplasma: Como se compone aproximadamente del 70 % de agua, tiende a descomponer las moléculas de agua, dando lugar a la formación de radicales libres, los que pueden producir en las células la muerte, mutaciones o mantenerla en estado latente.

Interacción de la Radiación con la Membrana Citoplasmática: Se producen alteraciones, lo que hace que la célula pueda recibir mayor cantidad de fluidos del exterior o que el citoplasma salga de la célula al medio exterior.

Fases del Síndrome de Irradiación Aguda

• Fase Prodromal
  • Inicio inmediato: Los primeros síntomas aparecen a las pocas horas o días después de la exposición.
  • Síntomas: Náuseas, vómitos, diarrea, fatiga, dolor de cabeza.
• Fase Latente
  • Duración: Puede durar desde unos días hasta varias semanas.
  • Engaño: Esta fase puede dar una falsa sensación de recuperación, pero el daño a nivel celular ya está ocurriendo.
• Fase de Daño de los Tejidos
  • Manifestación de los daños: Los síntomas reaparecen con mayor intensidad y se desarrollan nuevos, como fiebre, pérdida de cabello, hemorragias, infecciones y daño a órganos internos.
  • Duración: Puede durar semanas o meses, y la gravedad dependerá de la dosis de radiación recibida.
• Fase de Recuperación: Puede producirse una recuperación gradual, aunque pueden quedar secuelas a largo plazo.

Capítulo 9: Fuentes de Radiación y Contaminación Radiactiva

Fuente de Radiación Ionizante: Cualquier dispositivo o material que emita radiación ionizante en forma cuantificable.

Fuente Abierta: Todo material radiactivo que durante su utilización puede entrar en contacto directo con el ambiente.

Fuente Sellada: Todo material radiactivo permanentemente incorporado a un material o encerrado en una cápsula hermética con resistencia mecánica suficiente para impedir el escape del radioisótopo o de la dispersión de la substancia radiactiva en las condiciones previsibles de utilización y desgaste.

Irradiación: Exposición a fuentes radiactivas que recibe el organismo. Puede ser de dos tipos:

• Irradiación Externa: Se produce cuando la fuente radiactiva se encuentra fuera del organismo.
• Irradiación Interna: Se produce por la incorporación de partículas radiactivas al interior de nuestro organismo.

SISTEMA DE LIMITACIÓN DE DOSIS.

Cómo funciona el reactor de agua hirviendo
 * Fisión Nuclear: Al igual que en otros reactores nucleares, el corazón del BWR es el núcleo, donde se produce la fisión nuclear. Esta reacción libera una gran cantidad de energía en forma de calor.
 * Ebullición del Agua: El calor generado en el núcleo es transferido al agua que circula a través de él. Esta agua, al alcanzar altas temperaturas y presiones, se evapora, generando vapor.
 * Producción de Energía: El vapor generado se dirige a una turbina, haciendo que esta gire. La turbina, a su vez, está conectada a un generador que convierte la energía mecánica en energía eléctrica.
 * Condensación del Vapor: Después de pasar por la turbina, el vapor se condensa nuevamente en agua, completando así el ciclo.
Partes de un reactor Combustible, moderador, refrigerante, blindaje, reflector, elementos de control.