RADIACIONES IONIZANTES

RADIACIONES IONIZANTES

(CUADRO SINÓPTICO DEL CONTENIDO DEL APUNTE)

1- Radiaciones ionizantes

1.1- radiación directa

1.1.1- partículas alfa

1.1.1.1- interacción alfa-materia

1.1.2- partículas beta

1.1.2.1- interacción beta-materia

1.1.2.1.1- radiación de frenamiento

1.1.2.1.2- aniquilación de positrones

1.2- radiación indirecta

1.2.1- radiación electromagnética (rayos X y rayos Gamma)

1.2.1.1- interacción gamma-materia

1.2.1.1.1- efecto fotoeléctrico

1.2.1.1.2- efecto Compton

1.2.1.1.3- producción de pares

1.2.2- neutrones

1.2.2.1- interacción neutrón- materia

1.2.2.1.1- dispersión elástica

1.2.2.1.2- captura de neutrones

1.2.2.1.3- fisión nuclear

2. Efectos biológicos de las radiaciones ionizantes

2.1- Actividad: cantidades, unidades y definiciones

2.1.1- concepto de actividad

2.1.2- constante de desintegración

2.1.3- período de semidesintegración

2.1.4- transferencia lineal de energía

2.2- Radiodosimetría: cantidades, unidades y definiciones

2.2.1- concepto de dosis

2.2.2- dosis de exposición

2.2.3- dosis de absorción

2.2.4- dosis equivalente y eficacia biológica relativa

2.3- Naturaleza y mecanismos de los efectos biológicos de la radiación

2.3.1- efectos estocásticos

2.3.2- efectos deterministas

2.3.3- efectos somáticos inmediatos

2.3.4- efectos somáticos tardíos

2.3.5- deposición de energía

2.3.6- efectos sobre ADN

2.3.7- efectos sobre genes

2.3.8- efectos sobre cromosomas

2.3.9- efectos sobre sobrevida celular

2.3.10- efectos sobre tejidos

2.3.11- efectos agudos

2.3.11.1- piel

2.3.11.2- médula ósea y tejido linfoide

2.3.11.3- intestino

2.3.11.4- gónadas

2.3.11.5- aparato respiratorio

2.3.11.6- cristalino

2.3.11.7- lesión radiológica de todo el cuerpo

2.3.11.8- lesión radiolígica localizada

3- seguridad radiológica

3.1- limitación de dosis

1- RADIACIONES IONIZANTES

La radiación ionizante consiste en partículas o fotones, que causan la separación de electrones de átomos y moléculas. Pero algunos tipos de radiación de energía relativamente baja, como la luz ultravioleta, sólo pueden originar ionización en determinadas circunstancias. Para distinguir estos tipos de radiación de la radiación que siempre causa ionización, se establece un límite energético inferior arbitrario para la radiación ionizante, que se suele situar en torno a 10 kiloelectronvoltios (keV).

La radiación ionizante puede ser directa o indirecta.

1.1- RADIACIÓN DIRECTA

La radiación ionizante directa consta de partículas cargadas, que son los electrones energéticos (llamados a veces negatrones), los positrones, los protones, las partículas alfa, los mesones cargados, los muones y los iones pesados (átomos ionizados). Este tipo de radiación ionizante interactúa con la materia sobre todo mediante la fuerza de Coulomb, que les hace repeler o atraer electrones de átomos y moléculas en función de sus cargas.

1.1.1- PARTÍCULAS ALFA

Una partícula alfa es un conjunto de dos protones y dos neutrones estrechamente unidos. Es idéntica a un núcleo de helio 4 (4He). De hecho, su destino último después de haber perdido la mayoría de su energía cinética es capturar dos electrones y convertirse en un átomo de helio. Los radionucleidos emisores de partículas alfa son en general núcleos relativamente pesados. Casi todos los emisores alfa tienen números atómicos iguales o superiores al del plomo (82Pb).

Cuando un núcleo se desintegra y emite una partícula alfa, su número atómico, Z, (el número de protones) y su número de neutrones disminuyen en dos, mientras que su número másico, A, se reduce en cuatro. Los emisores alfa corrientes emiten partículas alfa con energías cinéticas entre unos 4 y 5,5 MeV.

1.1.1.1- Interacción alfa-materia: Cuando una partícula alfa pasa a través de una sustancia, interactúa con los electrones orbitales de los átomos, perdiendo parte de su energía. La absorción de energía por los electrones da como resultado una ionización o una excitación atómica.

El alcance de estas partículas alfa en el aire no sobrepasa los 5 cm. Se necesitan partículas alfa con una energía de 7,5 MeV para penetrar la epidermis (capa protectora de la piel, de 0,07 mm de espesor). Los emisores alfa no plantean por lo general ningún peligro de radiación externa. Sólo son peligrosos si se captan al interior del cuerpo. Como depositan su energía a corta distancia, las partículas alfa constituyen una radiación de alta transferencia lineal de energía (TLE).

1.1.2- PARTÍCULAS BETA

Una partícula beta es un electrón o un positrón muy energético. (El positrón es la antipartícula del electrón. Tiene la misma masa y la mayoría de las demás propiedades del electrón, salvo su carga, cuya magnitud es exactamente la misma que la del electrón, pero de signo positivo.) Los radionucleidos emisores beta pueden ser de peso atómico alto o bajo.

Los radionucleidos que tienen exceso de protones en comparación con nucleidos estables de número másico similar al suyo pueden desintegrarse cuando un protón del núcleo se convierte en neutrón. Cuando así sucede, el núcleo emite un positrón y una partícula extraordinariamente ligera y que muy rara vez interactúa llamada neutrino. (El neutrino y su antipartícula carecen de interés en protección radiológica.) Cuando ha cedido la mayoría de su energía cinética, el positrón termina por colisionar con un electrón, con lo que se aniquilan ambos.

1.1.2.1- Interacción beta-materia: Pueden ocurrir dos fenómenos: a) radiación de frenamiento, o b) aniquilación de positrones.

1.1.2.1.1- Radiación de frenamiento: una partícula beta negativa que se aproxima a un núcleo atómico emite una radiación electromagnética, que se conoce como radiación de frenado o Bremsstrahlung.

1.1.2.1.2- Aniquilación de positrones: La aniquilación de positrones ocurre cuando interactúa un positrón y los electrones atómicos. Las partículas son “aniquiladas” y su masa se convierte en dos rayos gamma de 0,511 MeV que viajan en direcciones opuestas.

Las energías beta máximas típicas oscilan desde 18,6 keV para el tritio (3H) a 1,71 MeV para el fósforo 32 (32P). El alcance de las partículas beta en el aire es de unos 3,65 m por MeV de energía cinética. Se necesitan partículas beta de 70 keV de energía como mínimo para atravesar la epidermis. Las partículas beta son radiación de baja TLE.

1.2- RADIACIÓN INDIRECTA

La radiación ionizante indirecta es producida por partículas sin carga. Los tipos más comunes de radiación ionizante indirecta son los generados por fotones con energía superior a 10 keV (rayos X y rayos gamma) y todos los neutrones.

1.2.1- Radiación electromagnética (rayos X y rayos Gamma)

1.2.1.1- Interacción gamma-materia: Los fotones de los rayos X y gamma interactúan con la materia y causan ionización de tres maneras diferentes como mínimo:

1.2.1.1.1- Efecto fotoeléctrico: Cuando un fotón de energía inferior a los 100 KeV interactúa con un electrón orbital de un átomo presente en el medio que atraviesa, el fotón cede toda su energía a un electrón, que entonces abandona el átomo o molécula. El fotón desaparece y el “hueco” dejado por el electrón que abandonó a átomo es ocupado por un electrón más externo, produciéndose la emisión de rayos X característicos. Este efecto, además de la energía del fotón, depende del número atómico del átomo que interacciona con el fotón: a mayor Z, más probabilidades existen de que ocurra efecto fotoeléctrico.

1.2.1.1.2- Efecto Compton: Los fotones de energía intermedia (desde 100 KeV hasta algunos MeV) interactúan fundamentalmente mediante el efecto Compton, en virtud del cual el fotón y un electrón colisionan esencialmente como partículas. El fotón continúa su trayectoria en una nueva dirección con su energía disminuida, mientras que el electrón liberado parte con una determinada energía cinética. A diferencia del efecto fotoeléctrico, el fotón no es totalmente absorbido.

1.2.1.1.3- Producción de pares o efecto de materialización: sólo es posible con fotones cuya energía sea superior a 1,02 MeV. El fotón desaparece, y en su lugar aparece una pareja electrón-positrón. Estos electrones y positrones energéticos se comportan entonces como radiación ionizante directa. A medida que pierde energía cinética, un positrón puede llegar a encontrarse con un electrón, y las partículas se aniquilarán entre sí. Entonces se emiten dos fotones de 0,511 MeV (por lo general) desde el punto de aniquilación, a 180 grados uno de otro.

RADIACIÓN GAMMA

La

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