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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
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Outline
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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Outline
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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Introducción
Espectro electromagnético(FOTONES): E=h•ν
Materia ordinaria
=⇒ =⇒
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El Átomo
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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
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El Átomo: corteza electrónica
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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
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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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Outline
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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Radiactividad
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Radiactividad
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Radiactividad
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Radiactividad
131I(β−): Nódulo funcional
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Radiactividad
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Radiactividad
18F (β+): PET18F (β+): PET, parkinsson
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Radiactividad
111In(c.e.): Glóbulos blancos
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Radiactividad
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Radiactividad: Semiperiodo
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Radiactividad: Actividad
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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
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Esquemas de desintegración
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Outline
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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Introducción
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Interacción fotón-materia
Esta desaparición progresiva es debido, fundamentalmente, a la interacciónde los fotones con los electrones del medio.
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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
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Interacción fotón-materia: efecto fotoeléctrico
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Interacción fotón-materia: efecto Compton
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Interacción fotón-materia: creación de pares
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Interacción fotón-materia: principales interacciones
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Interacción partículas cargadas-materia
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Interacción partículas cargadas-materia
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Interacción partículas cargadas-materia
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Generación de Rayos X
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Generación de Rayos X: tubo de RX
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Equipos
TelemandoMamógrafo
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Equipos
AngiógrafoDental
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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
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Formación de la imagen radiológica
Con rejilla Sin rejilla
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Outline
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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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
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Magnitudes en radioprotección
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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,...).
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Magnitudes en radioprotección
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
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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
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Magnitudes dosimétricas
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Magnitudes en radioprotección
Dosis equivalente
HT =∑
R
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 =∑
T
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
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Magnitudes en radioprotección
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Magnitudes en radioprotección
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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Outline
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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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.
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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.
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Tipos de detectores
Gaseosos
Termoluminiscentes
Centelleadores
Semiconductores
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Detectores gaseosos
Activímetro
M. Radiación
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Detectores de centelleo
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GRACIAS
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