Centro de Investigaciones Nucleares Protección Radiológica · diversas formas de propagación de...

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Protección Radiológica Centro de Investigaciones Nucleares Lic. Daniel Blanco

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Protección Radiológica

Centro de Investigaciones Nucleares

Lic. Daniel Blanco

OBJETIVO

Presentar una revisión de las diferentes contribuciones de la exposición del ser humano a la radiación, los efectos biológicos y los principios de protección radiológica

Aspectos físicos de las radiaciones ionizantes

RADIACIONESSe emplea esta expresión para denominar diversas formas de propagación de energía mediante fenómenos ondulatorios, como los electromagnéticos, o mediante partículas nucleares.

IONIZACIÓN-EXCITACIÓN

Energía

Ionización y radiaciones ionizantes

La ionización implica un radical cambio de escala en la posibilidad de provocar efectos

El significado de esta diferencia es tal que las radiaciones son clasificadas en Ionizantes y No Ionizantes

Características de las radiaciones ionizantes

• Las Radiaciones Ionizantes constituyen Radiaciones cuyas partículas o fotones transportan la suficiente energía como para provocar la ionización de átomos que encuentran a su paso

• Depositan una cantidad de energía en la materia suficiente para causar la rotura de enlaces químicos

• La energía puede ser depositada directamente o a través de otras partículas

Tipos de Radiaciones ionizantes

Partículas cargadas• partículas alfa• partículas beta• protones

Partículas sin carga• fotones (gamma y rayos X)• neutrones

Espectro electromagnético

LUZ rayos X y gamma

Producción de rayos X

• Electrones de alta energía impactan un blanco metálico donde parte de su energía es convertida en radiación

blanco

electrones

Rayos X

Energía baja y media

(10-400 keV)

Energía alta> 1MeV

Radiactividad• Es una propiedad del núcleo

• Debido a propiedades físicas inherentes, un núcleo puede no ser estable y probablemente manifestar una transformación nuclear

• Este proceso puede ser rápido (vida media corta) o lento (vida media larga)

• En cualquier caso el tiempo de transforma-ción no puede ser predecido para un núcleo individual. Es un evento aleatorio el cual solo puede ser descripto utilizando la estadística

ACTIVIDAD

La intensidad con que se produce el fenómeno de la radiactividad recibe el nombre de Actividad

El número de núcleos que decaen por unidad de tiempo

1 Bq (becquerel)=1 desintegración por segundo

El número de núcleos que decaen por unidad de tiempo

1 Bq (becquerel)=1 desintegración por segundo

1 Bq es una cantidad pequeña

• 3000 Bq de radioisótopos naturales hay en el cuerpo

• 20.000.000-1000.000.000 Bq se utilizan en estudios de medicina nuclear

Unidad de Actividad Múltiplos y prefijos

Múltiplo Prefijo Abreviación

1 - Bq1.000.000 Mega (M) MBq1.000.000.000 Giga (G) GBq1.000.000.000.000 Tera (T) TBq

Interacción entre las radiaciones y la materia

• Cuando un haz de radiación ionizante interactúa con la materia que encuentra a su paso cede energía y genera ionizaciones y excitaciones

• De este modo a lo largo de su recorrido la radiación disminuye su intensidad

• Este fenómeno da lugar a modificaciones en la materia irradiada y modificaciones energéticas y direccionales en el haz de radiación

INTERACCIÓN• Radiaciones directamente ionizantes

Las radiaciones alfa y beta pueden ionizar directamente los átomos del material con el que interactúan

• Radiaciones indirectamente ionizantesLos rayos x y gamma (radiaciones electromagnéticas) y los neutrones, al interactuar con la materia, liberan partículas cargadas que son las que a su vez ionizan los átomos del material

Un aspecto importante de la interacción radiación–materia consiste en la capacidad de penetración de la radiación

• Las radiaciones directamente ionizantes son poco penetrantes (el alcance o máxima penetración es de algunos micrones para las partículas alfa y algunos milímetros para las partículas beta cuando interactúan con agua o tejidos biológicos)

• Por el contrario, las radiaciones indirectamente ionizantes no tienen un alcance máximo en la materia. Su intensidad se atenúa exponencialmente en función del espesor del material y, en rigor, esa intensidad resulta nula sólo para espesores infinitos de materia.

Interacción de fotones con la materia

Absorción

Dispersión

Transmision

Capacidad de penetración de la radiación

Tejido AluminioPared de concreto

Plomo

Magnitudes de dosis definidas por la ICRU y recomendadas por la ICRP

• Estiman la medida del riesgo de daño al tejido humano debido a las radiaciones ionizantes para definir los límites de exposición

• Usadas en la práctica para mediciones en monitoreo de áreas e individual

Magnitudes y Unidades de Protección Radiológica

La eficacia de la radiación para inducir La eficacia de la radiación para inducir efectos biológicos depende de:efectos biológicos depende de:

• la energía depositada por unidad de masala energía depositada por unidad de masa

• el tipo y la energía de la radiaciónel tipo y la energía de la radiación

• la intensidad de la radiaciónla intensidad de la radiación

• el fraccionamiento en el tiempoel fraccionamiento en el tiempo

• el tipo de tejido u órgano irradiadoel tipo de tejido u órgano irradiado

Magnitudes

• De la fuente de radiación: Actividad, mA, De la fuente de radiación: Actividad, mA, kVkV

• En el haz: Flujo, fluenciaEn el haz: Flujo, fluencia

• En el punto de la primer interacción: En el punto de la primer interacción: Energía cinética liberada en la materia Energía cinética liberada en la materia (KERMA)(KERMA)

• En el material irradiado: Dosis absorbidaEn el material irradiado: Dosis absorbida

Definición de Magnitudes y unidades de Protección Radiológica

Actividad (A)

Magnitud correspondiente a una cantidad de radionucleido en un estado determinado de energía, en un tiempo dado, definida por la expresión:

A = dN dt

Unidad: s-1 llamado Becquerel (Bq)

Dosis Absorbida (D)D = dε dm

En la que dє es la energía media impartida por la radiación ionizante a la materia en un elemento de volumen, y dm es la masa de la materia existente en el elemento de volumen.

Unidad: J.kg-1 llamado Gray (Gy)

Definición de magnitudes y unidades de Protección Radiológica

Kerma (K)

Cociente K definido por:K = dE tr

dm

Unidad: J.kg-1 llamado Gray (Gy)

Constante específica gamma (Γ)

Esta constante característica para cada radionucleido indica el valor de la tasa de dosis en Sv/h que genera una fuente puntual a un metro de distancia por unidad de actividad.

Unidad: mSv.m2/GBq.h

Definición de magnitudes y unidades de Protección Radiológica

Dosis Equivalente (H)

Magnitud HT,R , definida por la expresión:

H T,R = ∑ D T,R * wR

Unidad: J.kg-1 llamado sievert (Sv)

Dosis Efectiva (E)

E = ∑ wT * H T

Unidad: J.kg-1 llamado Sievert (Sv)

FACTORES DE PONDERACION DE LA RADIACION

Tipo y rango energético Factor de ponderación, wR

Fotones de todas las energías 1

Electrones de todas las energías 1

Neutrones de energía:

<10 keV 5

10 a 100 keV 10

100 keV a 2 MeV 20

2 MeV a 20 MeV 10

> 20 MeV 5

Protones 5

Partículas alfa, fragmentos de fisión núcleos pesados 20

FACTORES DE PONDERACION DE LOS TEJIDOS Tejido u órgano Factor de ponderación, wT

Gónadas 0,20Médula ósea 0,12Colon 0,12

Pulmón 0,12

Estómago 0,12

Vejiga 0,05

Mama 0,05Hígado 0,05

Esófago 0,05

Tiroides 0,05

Piel 0,01Superficie ósea 0,01

Resto: (glándulas suprarrenales, cerebro, intestino grueso superior, intestino delgado, riñones, músculos,

páncreas, bazo, timo y útero)

0,05

Normas de Protección Radiológica y Límites de Exposición

Centro de Investigaciones Nucleares

FUENTES DE RADIACIÓN ARTIFICIALFUENTES DE RADIACIÓN ARTIFICIAL

EXPOSICIÓN DEL SER HUMANO A LA RADIACIÓN

FUENTES DE RADIACIÓN NATURALFUENTES DE RADIACIÓN NATURAL

Fuentes de radiación

Rayos cósmicosRadiación terrestreIsótopos radiactivos internosRadónNaturales intensificadasArtículos de consumoEnergía nuclearExplosiones nuclearesIrradiación con fines médicosOcupacional

Radionucleídos naturales

Radiación Natural: Rayos cósmicos,radiación dentro de nuestro cuerpo, en alimentos, agua, en viviendas, etc.

Cuerpo humano: K-40, Ra-226, Ra-228e.g. Una persona de 70 kg 140 gm de K

140 x 0.012% = 0.0168 gm de K-40 3700 Bq de K-40

(T1/2 of K-40 = 1.3 billones de años)

Radiación Cósmica

Estimación de dosis efectiva anual promedio mundial recibida por un individuo

Fuente de radiación Dosis efectiva anual promedio (mSv)

Rayos cósmicos 0.39

Radiación terrestre 0.46

Isótopos radiactivos internos 0.23

Radón 1.30

Total fuentes naturales 2.38

Naturales intensificadas 0.10

Artículos de consumo 0.05

Energía nuclear 0.001

Explosiones nucleares 0.02

Irradiación con fines médicos 0.40

Ocupacional 0.002

Total fuentes artificiales 0.57

Total 2.90

EXPOSICIÓN A FUENTES DE RADIACIÓN NATURAL (PROMEDIO MUNDIAL)

Dosis Dosis Efectiva Efectiva Anual :Anual :

2,4 mSv2,4 mSv

Radiación Terrestre Externa

0,48 mSv

Exposición por Ingestión 0,29 mSv

Exposición por Inhalación (Radón)

1,26 mSv

Radiación Cósmica y Radionucleidos

Cosmogénicos 0,39 mSv

EXPOSICIÓN A FUENTES DE RADIACIÓN ARTIFICIAL (PROMEDIO MUNDIAL)

Dosis Dosis Efectiva Efectiva Anual :Anual :

0,57 mSv0,57 mSvIrradiación con fines médicos 0,40

Ocupacional 0,002

Naturales intensificadas 0,10

Artículos de consumo 0,05

Energía nuclear 0,001

Explosiones nucleares 0,02

Dosis de radiación natural

• Normal: 1-3 mSv/año

• En áreas de alto background: 3-13 mSv/año

Dosis letal : 4 SV

Rayos X

Vivimos con

1-3 mSv

Puede matar con4000 mSv

Radiación

¿Donde detenerse, cual es el nivel seguro?

Principios generales de Protección Radiológica

Los principios generales de la protección radiológica de las personas expuestas tienen como objetivo:

prevenir situaciones de irradiación aguda

restringir las situaciones de exposición crónica a radiaciones

Un programa de protección radiológica debe contemplar todas las fases relacionadas con las fuentes:

producción

instalación

utilización

Aspectos biológicos de la Protección Radiológica

El objetivo es la estimación cuantitativa de las consecuencias de la exposición a la radiación

Detrimento Medida del daño total que puede ser

experimentado por un individuo o un grupo expuesto. Combina la probabilidad, la severidad y el tiempo de expresión del perjuicio.

Efectos de la Radiación

La exposición a la radiación puede causar efectos dañinos en la salud

Estos efectos se clasifican en:

Determinísticos

Estocásticos

Efectos Determinísticos Son llamados así porque es seguro que ocurran si la

dosis supera el nivel umbral.

Son el resultado de varios procesos, principalmente muerte celular o retardo en la división celular, causados por exposición a altos niveles de radiación.

En pacientes expuestos a altas dosis se observan náuseas y/o enrojecimiento de la piel, luego de un corto tiempo después de la exposición.

1. Efectos Determinísticos

• Se observan después de algunas horas o meses

• Se producen solo con altas dosis de radiación por la muerte de muchas células

• Su gravedad depende de la dosis de radiación, pudiendo llegar a causar la muerte

Ejemplos:Ejemplos:

Eritema y depilación Hemorragias y reducción del nº de células sanguíneas Esterilidad Cataratas

Efectos Estocásticos Son llamados así por su naturaleza aleatoria

La probabilidad de estos efectos se presume que sea proporcional a la dosis recibida sin un nivel umbral

Suceden cuando una célula irradiada es modificada en lugar de morir y luego de un lapso puede desarrollar un cáncer. Esta posibilidad es mayor cuanto mayor es la dosis aunque la severidad del cáncer es independiente de ella

2. Efectos Estocásticos

• Se observan luego de varios años

• Se pueden producir con bajas dosis de radiación por la alteración de una célula

• Su gravedad es independiente de la dosis

• El único efecto comprobado es la inducción de cáncer

Ejemplos:Ejemplos:

Leucemia Cáncer de pulmón Cáncer de estómago Cáncer de mama

EFECTOS BIOLÓGICOS DE LAS RADIACIONES

* Efectos determinísticos : se pueden predecir, tienen umbral

Cuerpo entero 0.5 Sv alteración temporal en sangre

Efectos locales 3 Sv eritema 7.5 Sv cataratas

* Efectos estocásticos : ocurren al azar, sin umbral

Probabilidad de cáncer fatal : Total 4 10-2 Sv-1 Piel 0.02 10-2 Sv-1

Estructura básica de la Protección Radiológica

Tiene como objetivo proveer un nivel adecuado de protección sin limitar impropiamente las prácticas que son beneficiosas, aunque den un aumento de la exposición a la radiación

Tipos de exposición a la radiación Exposiciones normales, derivadas de prácticas que

implican cierta exposición a la radiación, de magnitud predecible

Exposiciones potenciales, son aquellas en las que existe un potencial pero no se prevee que se produzcan con seguridad

Medios para controlar las exposiciones:

Normales: restricción de las dosis entregadas Potenciales: optimización del diseño de las

instalaciones, equipamiento y procedimientos de operación

Categorías de exposición Exposición ocupacional, definida como todas las

exposiciones de los trabajadores en el transcurso de su trabajo.

Exposición médica, definida como la exposición incurrida por: pacientes bajo diagnóstico o tratamiento, acompañantes y voluntarios.

Exposición del público, definida como aquella incurrida por miembros del público.

Sistema de Protección Radiológica en las prácticas

Principios básicos de la protección radiológica:

Justificación de la práctica

Optimización de la protección

Limitación de la dosis

Límites de dosis anualesExposición

OcupacionalExposición a

estudiantes de 16-18 años

Exposición del público

Dosis efectiva(cuerpo entero)

(mSv)

20, promediado en 5 años

consecutivos50, en un solo

año

6 1, promediado en 5 años

consecutivos5, en un solo

año

Dosis equivalente (cristalino)

(mSv)

150 50 15

Dosis equivalente

(manos, pies, piel) (mSv)

500 150 50