Relación entre Kerma y Dosis en Radiación Ionizante: conceptos clave y build-up

Depósito y transferencia de energía

Depósito: lo hacen los electrones. Se deposita energía en la materia mediante excitaciones e ionizaciones.

Transferencia: lo hacen los fotones. Los fotones transfieren energía a los electrones y, en general, los fotones interactúan una sola vez en el volumen considerado.

Definiciones clave

• Energía transferida (E. transferida): suma de las energías cinéticas iniciales que se liberan dentro del volumen.
• Energía transferida neta (E. transferida neta): fracción de la energía transferida que se utiliza para producir excitaciones e ionizaciones (relación con kerma).
• Energía impartida (E. impartida): energía que entra menos la energía que sale del volumen, menos el defecto de masa (relación con la dosis).
• Rout (non-r): energía de partículas sin carga que salen del volumen sin contar las pérdidas radiativas.
• KERMA: energía cinética liberada por unidad de masa. Es el promedio de la energía transferida y se usa para describir la interacción de fotones con la materia.
• K_el y exposición: K_el (kerma electrónico) y la exposición no consideran las pérdidas radiativas.
• Kerma electrónico (K_el): es la energía transferida por unidad de masa asociada a los electrones.
• Exposición: es la carga por unidad de masa.
• CEMA: es la energía promedio por interacción de electrones primarios; es parecido a la dosis.
• Dosis: energía impartida por unidad de masa.

Relación entre KERMA y DOSIS

KERMA se relaciona con la energía transferida a los electrones secundarios en el punto de eyección.

DOSIS:

• Es la energía impartida por unidad de masa.
• Se relaciona con la energía que depositan los electrones a lo largo de sus trayectorias.
• Es lo que produce los efectos de la radiación sobre la materia.
• Es muy difícil medirla directamente.

Explique por qué se produce la zona de Build-up en la irradiación de un medio como el agua con fotones de alta energía

• Para profundidades más superficiales la dosis será menor y para profundidades más profundas la dosis será mayor.
• En un punto específico la energía transferida neta es igual a la energía impartida.
• A la izquierda (zonas superficiales) la energía impartida es menor que la energía transferida neta: los electrones se generan dentro del volumen pero lo abandonan, con lo que no depositan toda su energía en ese volumen.
• A la derecha (zonas más profundas) la dosis es mayor que el kerma electrónico: entran más electrones al volumen en comparación con los que salen.
• El kerma total siempre está por encima del kerma electrónico porque el kerma total considera el kerma electrónico y además el kerma radiativo.

Continuación: Dosis vs Kerma

• En altas energías los electrones recorren trayectorias grandes.
• Los electrones requieren de cierta trayectoria para depositar su energía.
• La diferencia entre depósito y transferencia explica la diferencia entre kerma y dosis.
• En relación con la disposición del volumen, la energía transferida (kerma) puede ser mayor o menor que la energía impartida (dosis), dependiendo de las corrientes de electrones que entren o salgan del volumen.

Dibujo y explicación de la interacción con la materia

• A la materia llega la radiación incidente (fluencia de energía). Una parte sale o no interactúa con la materia: esa es la radiación transmitida.
• Otra parte de la radiación incidente sí interacciona y genera dos efectos:
  • Radiación dispersa: se le quita energía al fotón; algunos fotones salen del volumen y con ello se reduce la energía dentro del volumen.
  • Energía transferida: es la energía que se transfiere a las partículas cargadas (principalmente electrones).
• A su vez, esa energía transferida genera dos contribuciones:
  • Pérdidas radiativas: energía que se transfirió a las partículas con carga pero que también sale del volumen (por emisión radiativa de los electrones, por ejemplo).
  • Energía depositada: energía realmente absorbida y retenida en el volumen (contribuye a la dosis).

Notas finales

• Conserve la distinción entre transferencia (cuánto se entrega inicialmente a partículas cargadas) y depósito (cuánto se queda finalmente en el volumen).
• Las diferencias entre kerma y dosis dependen de las longitudes de recorrido de los electrones y de las pérdidas radiativas, especialmente importantes a energías altas.