formaciÓn bÁsica en protecciÓn radiolÓgica · interacción fotón-materia: efecto compton j....

FORMACIÓN BÁSICA EN PROTECCIÓNRADIOLÓGICA

BLOQUE I: CONCEPTOS FÍSICOS

J. Fernando Pérez Azorín

Hospital de CrucesUnidad de Radiofísica y Protección Radiológica

26 de mayo de 2014

J. Fernando Pérez Azorín ( Hospital de Cruces Unidad de Radiofísica y Protección Radiológica )FORMACIÓN BÁSICA EN PROTECCIÓN RADIOLÓGICA 26 de mayo de 2014 1 / 56

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1 Estructura atómica y nuclear

2 Radiactividad

3 Interacción radiación materia

4 Magnitudes y unidades radiológicas

5 Fundamentos de la detección

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2 Radiactividad

Introducción

Espectro electromagnético(FOTONES): E=h•ν

Materia ordinaria

=⇒ =⇒

El Átomo

El Átomo: AZ X

Número másicoA≡ Número deprotones+neutronesDefine la masa del átomo , p.e.,Carbono A=12

Número atómicoZ≡ Número de protonesDefine el átomo, p.e., CarbonoZ=6

El Átomo: corteza electrónica

El Átomo: núcleo

ESTABILIDAD NUCLEAR: compensación

Fuerzas repulsivas: ProtonesFuerzas atractivas: Fuerzafuerte

Los nucleones pueden existir en diversos estados de energía muy definidos. El estadoque corresponde al nivel más bajo es el estado fundamental.

NÚCLEO INESTABLE

emite partículas oradiación para alcanzar

la estabilidad

=⇒ RADIACTIVIDAD

Espectro electromagnético

Radiación electromagnéticaLa radiación electromagnética es un transporte de energía a través del espacio que se puede interpretar dedos maneras, onda-corpúsculo(fotones), indicando la naturaleza dual de ésta.

La radiación X y gamma posee suficiente energía como para arrancar electrones a los átomos del medio deforma significativa:radiaciones ionizantes

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2 Radiactividad

Radiactividad

131I(β−): Nódulo funcional

Radiactividad

18F (β+): PET18F (β+): PET, parkinsson

Radiactividad

111In(c.e.): Glóbulos blancos

Radiactividad

Radiactividad: Semiperiodo

Radiactividad: Actividad

Radiactividad

RadioisótoposNucleido Semivida Emisor Aplicación

99mTc 6 h γ MN(SPECT)18F 1.83 h β+ MN(PET)131I 8 d β−,γ MN(Ter. metabólica)123I 13.2 h β−,γ MN(Ter. metabólica)90Y 2.67 d β−,γ MN(Diagnóstico)67Ga 3.26 h γ MN(Diagnóstico)201Tl 3 d γ MN(Diagnóstico)111In 2.8 d γ MN(Diagnóstico)125I 60.2 d γ Hormonas35S 87.2 d Investigación3H 12.3 a Inmunología

192Ir 73.8 d γ RT(Braquiterapia)57Co 271.8 d γ Radiofísica137Cs 30 a γ Radiofísica90Sr 28 a γ Radiofísica68Ge 270.8 d β+ Radiofísica

Esquemas de desintegración

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2 Radiactividad

Introducción

Interacción fotón-materia

Esta desaparición progresiva es debido, fundamentalmente, a la interacciónde los fotones con los electrones del medio.

Interacción fotón-materia: principales interacciones

La energía de los fotones se transfiere parcialmente a los electrones delmedio(absorción)

En estos fenómenos de fundamentan las aplicaciones médicas

Interacción fotón-materia: efecto fotoeléctrico

Interacción fotón-materia: efecto Compton

Interacción fotón-materia: creación de pares

Interacción fotón-materia: principales interacciones

Interacción partículas cargadas-materia

Generación de Rayos X

Generación de Rayos X: tubo de RX

Equipos

TelemandoMamógrafo

Equipos

AngiógrafoDental

Formación de la imagen radiológica

La formación de la imagen radiológica depende de la diferencia deatenuación entre tejidos(blandos y hueso)Solo dos interacciones son importantes en radiología diagnóstica:fotoeléctrica y ComptonEn una interacción fotoeléctrica, toda la energía del fotón es absorbidapor el pacienteLos pacientes reciben más radiación de interacciones fotoeléctricas quede cualquier otro tipoLa radiación dispersa se origina, principalmente, como consecuencia delas interacciones ComptonLa radiación dispersa disminuye la calidad de la imagen y no contribuyecon información útil

Formación de la imagen radiológica

Con rejilla Sin rejilla

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2 Radiactividad

Introducción

Revisión históricaEn 1895 Wilhelm Roetgen descubrió los rayos X y en 1896 se realizó laprimera aplicación médica con rayos X.Descubrimiento de la radiactividad por H. Becquerel en 1896(sales deuranio)Al principio se produjeron efectos dañinos (daños en la piel, pérdida depelo, anemia). Años después se descubrió que los radiólogosdesarrollaban trastornos sanguíneos (leucemia, etc.)En la actualidad, la medicina es la fuente más importante de exposicióndel hombre a la radiación artificial y la irradiación por rayos X paradiagnóstico es la más habitualLos pacientes reciben a menudo, sin necesidad, dosis elevadas quepueden ser reducidas sin pérdida de eficacia. Las dosis delradiodiagnóstico varían mucho de un hospital a otro

Magnitudes en radioprotección

Introducción

Clasificación de las magnitudes radiológicasMagnitudes radiométricasMagnitudes asociadas a un campo de radiación. (fluencia y flujo de energía y de partículas,energía radiante,...).

Coeficientes de interacción.Magnitudes asociadas a la interacción de la radiación con la materia. (coeficiente deatenuación másico, lineal, sección eficaz, ...).

Magnitudes dosimétricasMagnitudes relacionadas con la medida de la energía absorbida y de su distribución.Derivan de las dos anteriores. (Dosis absorbida, Kerma, LET,..)

Magnitudes para la medida de la radiactividadMagnitudes asociadas con el campo de radiación producido por determinadas sustancias(Actividad, actividad específica, ..).

Magnitudes en radioprotecciónMagnitudes relacionadas con los efectos biológicos producidos por las radiaciones endeterminados órganos o tejidos (Dosis Efectiva, Dosis Equivalente en órgano,...).

Exposición

X =dQ[carga]dm[masa]

Exposición es el cociente entre dQ y dm. dQ es lacarga total de los iones de un solo signo producidos enaire, cuando todos los e- liberados por los fotonesabsorbidos en la masa dm hayan sido detenidoscompletamente en el seno del aire.

Es la exposición producida por un haz de radiación X o γ que absorbido en 1 Kg de masa de aireseco en condiciones normales de presión y temperatura, libera 1 culombio de carga de cadasigno.

Unidad especial: Roentgen (R).Unidad del S.I. : C/Kg.Relación entre unidades especial y del S.I.1 C/Kg. = 3876 R ; 1 R = 2.58x10−4 C/Kg

Magnitudes dosimétricas

Dosis absorbida

D =dε[energa]dm[masa]

Dosis absorbida es el cociente ente dε y dm, donde dεes la energía media impartida por la radiación ionizantey absorbida en una cantidad de masa dm de un materialespecífico.

Relación entre unidades especial y del S.I.:Unidad especial:Rad Unidad del S.I. : Gray (Gy)=(J/Kg)1mGy = 10−3 Gy; 1 µGy= 10−6 Gy.

Tasa de dosis absorbida

D =dD[dosis absorbida]

dt[tiempo]Variación de la dosis absorbida dD en un pto. de unmaterial en un intervalo de tiempo dt.

Unidad del S.I. : Gray (Gy)/s

Magnitudes dosimétricas

Dosis equivalente

HT =∑

ωR · DT ,R

Magnitud definida para considerar el tipo deradiación. S.I.: Sv

Definida para un órgano o tejido

DT ,R≡ D. absorbida en un tejido T

ωR≡ factor de ponderación del tipo de radiación

Dosis efectiva

E =∑

ωT · HT

Magnitud definida para caracterizar el riesgo deaparición de efectos probalilistas debidos airradiaciones no homogéneas. S.I.: Sv

HT≡ D. equivalente en un tejido T

ωT≡ factor de ponderación del tipo de tejido

Dosis profunda(Hp)Dosis equivalente en tejido blando a una profundidad de 10 mm. Estimaciónde dosis efectiva. S.I.: Sv

Dosis superficial(Hs)Dosis equivalente en tejido blando a una profundidad de 0.07 mm. Estimaciónde dosis en piel. S.I.: Sv

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2 Radiactividad

Introducción

DetectorTodo dispositivo usado para rastrear o identificar partículas producidas pordistintos procesos físicos.

La mayoría de los detectores de radiación presentan uncomportamiento similar:

La radiación entra en el detector e interacciona con los átomos de éste.Fruto de esta interacción, la radiación cede toda o parte de su energía alos electrones ligados de los átomos del detector.Se libera un gran número de electrones de relativamente baja energíaque son recogidos y analizados mediante un circuito electrónico.

Introducción

El tipo de material del detector depende de la clase de radiación a estudiar yde la información que se busca obtener:

Para detectar partículas α de desintegraciones radiactivas o partículas cargadas de reaccionesnucleares de baja energía, basta con detectores muy finos, dado que el recorrido máximo de estaspartículas en la mayoría de los sólidos es tipicamente inferior a 100µm.

En el caso de los electrones emitidos en desintegraciones β se necesita un espesor de 0.1-1 mm.

Para rayos X y γ puede que un espesor de 5 cm resulte aún insuficiente para convertir esos fotones enun pulso eléctrico.

Tipos de detectores

Gaseosos

Termoluminiscentes

Centelleadores

Semiconductores

Detectores gaseosos

Activímetro

M. Radiación

Detectores de centelleo

GRACIAS

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