Pdf Radioprotección - Apuntes 1-12 PDF

Preview

Summary

radioproteccion de 5 odontologia...

Description

Ana Montes Salellas

RADIOPROTECCIÓN

!

1

Ana Montes Salellas TEMA 1: ESTRUCTRUCTURA ATÓMIC A 1. Introducción - Radiación: Energía emitida y transferida en el espacio. - Radiación ionizante: tipo especial de radiación. - Rayos X: Tipo especial de radiación ionizante. Rayos X: Beneficios (Diagnóstico) Riesgos Objetivo radioprotección: Aplicar pautas de protección para el hombre, sin limitar indebidamente las prácticas beneficiosas que dan lugar a la exposición de la radiación 2. Radiaciones elec tromagéntic as. Espectros. - La radiación es la Emisión, Propagación, Transferencia de energía en cualquier medio en forma de ondas electromagnéticas o partículas.

- La radiación electromagnética es una modalidad de propagación de energía sin el soporte de un medio material - Puede considerarse como una doble onda, formada por dos campos, eléctrico (E), y magnético (B), que se encuentran en fase y cuyos planos de propagación son perpendiculares. - toda onda electromagnética supone una propagación de energía a través del espacio y por tanto una transmisión de energía desde el sistema que la produce hasta el sistema que la recibe.

!

2

Ana Montes Salellas - De acuerdo con la teoría ondulatoria, las ondas electromagnéticas están constituidas por pequeñísimos paquetes de ondas, llamados fotone s o cuantos de radiación, que según la teoría corpuscular también pueden considerarse como partículas sin masa ni carga eléctrica. - Cada fotón posee y transporta una determinada cantidad de energía, que es proporcional a la frecuencia de su onda y viene dada por:

E = h v = h c/λ

Siendo: v = frecuencia del fotón (hercios= s -1). λ = longitud de onda (metros). c = velocidad de la luz (m/s). h = constante de Planck, cuyo valor es de 6,62 x 10-34J x seg o también 4,14 x 10-15 eV x seg .

- Cada uno de los fotones de luz visible tiene una energía del orden del electronvoltio, notablemente mayor que los de luz infrarroja, menor que los de luz ultravioleta y muchísimo menor que los de los rayos X o rayos gamma. - La energía de los fotones de la radiación gamma suele expresarse en MeV y la de los fotones de rayox X en KeV. - La intensidad (cantidad) de una emisión de radiación electromagnética está en función del número de fotones que contenga, mientras que su energía (calidad) es únicamente función directa de la frecuencia de la radiación. - Las ondas o radiaciones electromagnéticas se pueden clasificar en función de su energía en: Radiaciones No tienen suficiente energía para producir la ionización no ionizantes de los átomos de la materia que atraviesan (Ej: microondas) Radiaciones Tienen energía suficiente como para producir la ionizantes ionización de los átomos de la materia que atraviesan (Ej: Rx) Las radiaciones que se presentan en forma de partículas con masa (Ej.: radiación alfa) están incluidas dentro de las radiaciones ionizantes, pues en todos los casos son capaces de producir ionización.

!

3

Ana Montes Salellas

- tipos de radiaciones ionizantes: Radiaciones alfa son núcleos de helio4, están formados por dos neutrones y dos protones. Radiaciones beta son flujos de electrones (beta negativas) o positrones (beta positivas). Tienen menos masa que las alfa, aunque son algo más penetrantes: pueden traspasar una hoja de papel y entre uno y dos centímetros de tejido vivo, pero no pueden penetrar una lámina de aluminio. Radiaciones gamma proceden de la desintegración de los núcleos inestables de algunos elementos radiactivos y los rayos X proceden de las capas externas del átomo, donde se encuentran los electrones. Este tipo de radiaciones son bastante penetrantes, atraviesan la hoja de papel y la lámina de aluminio y para frenarlas se precisa una lámina de plomo de grosor suficiente. Los rayos X y gamma son radiaciones electromagnéticas sin carga ni masa. Neutrones liberados son un tipo de radiación muy penetrante. Al no tener carga eléctrica, penetran fácilmente la estructura de determinados átomos y provocan su división. Se pueden absorber con determinados elementos químicos como el cadmio o el boro.

Radiación natural y artific ial Los seres vivos conviven con las radiaciones naturales desde sus orígenes. • Radiación del sol – vida en la tierra. • Radiación infrarroja – calor.

!

4

Ana Montes Salellas - Además el ser humano ha desarrollado aparatos que se basan en o utilizan las radiaciones: • Radio • Móvil • Microondas • Radiografía Radiación natural y artific ial natural –

Radiaciones ionizantes de origen

- Las radiaciones ionizantes de origen natural. Presentes en la naturaleza que nos rodea: • Radiación cósmica • Presencia de materiales radioactivos en la corteza terrestre. - En casas también puede existir radiactividad, procedente principalmente del gas radón. • Desintegración del uranio que contienen las rocas. • La cantidad acumulada depende de su situación, materiales utilizados en su construcción… • Emana de las rocas y se concentra en los lugares cerrados. Radiación natural y artificial - Radiaciones ionizantes artificiales – - 1895, Roëntgen, experimentando con rayos catódicos, descubre el primer tipo de radiación ionizante artificial que ha utilizado el ser humano: los rayos X - Ondas electromagnéticas originadas por el choque de electrones con un determinado material, en el interior de un tubo de vacío. Usos de las radiaciones ionizantes Conocidas las propiedades y la potencialidad de las radiaciones ionizantes se desarrollan sus aplicaciones, así como técnicas para su obtención. Rayos X y gamma Medicina para diagnóstico Tratamiento del cáncer y otras enfermedades Industria Técnicas de radiografía medición industrial, esterilización de alimentos, control de plagas, etc. Centrales nucleares Se provocan reacciones de fisión que liberan una gran energía en forma de radiaciones permitiendo la producción de electricidad Las aplicaciones de las radiaciones ionizantes se basan en la interacción de la radiación con la materia y su comportamiento en ella.

!

5

Ana Montes Salellas Efecto Rayos X en el hombre: • Resultado de interacciones a nivel atómico. • Ionización o excitación electrónica. • Liberación de energía con efecto en tejidos. 3. Estructura atómica - Todas materia se compone de moléculas, formadas por átomos. - Durante siglos, los físicos y los químicos creían que el átomo era la parte más pequeña de la materia: átomo, que quiere decir “indivisible”. - Sin embargo, ahora se sabe que el átomo se compone núcleo y electrones que giran a su alrededor. - Los electrones son una especie de envoltorio, como un sobre que protege al núcleo que está formado por protones y neutrones. Los protones tienen Los carga eléctrica positiva negativa

electrones Los neutrones tienen carga

no

Protones y electrones se atraen por fuerzas físicas

- Un electrón ligado en el átomo posee una energía potencial inversamente proporcional a su distancia al núcleo y de signo negativo, lo que quiere decir que esta aumenta con la distancia. - la energía de enlace o ligadura es la mínima necesaria para arrancar un electrón del átomo. - Como los electrones están situados en niveles definidos de energía, las energías necesarias para arrancarlos del núcleo serán características de cada tipo de elemento químico así como de la órbita que ocupen, por lo que será necesaria una mayor energía para los electrones que se encuentren en órbitas más cercanas al núcleo.

!

6

Ana Montes Salellas

- En condiciones normales de equilibrio: • Las partículas del átomo permanecen fuertemente unidas, como si estuvieran atadas. - Por alguna circunstancia puede romperse ese equilibrio:

- Durante este proceso de estabilización se produce un cambio, liberándose gran cantidad de energía: • Generación de radiaciones • Ionización - La radiación, cuando penetra en la materia, y sobre todo en el caso de partículas, cargadas –alfa, protones y electrones – fundamentalmente suele arrancar electrones de los átomos circundantes mediante un proceso que se conoce con el nombre de ionización - En tejidos biológicos con un alto contenido de agua, la ionización de las moléculas de agua pueden dar lugar a:

!

7

Ana Montes Salellas

- Entre esas alteraciones pueden incluirse los cambios químicos en el ADN, molécula orgánica básica celular. - Estos cambios pueden conducir a la aparición de efectos biológicos, incluyendo el desarrollo anormal de las células. Nomenclatura atómica Símbolo químico Número atómico Número másico

Abreviación alfabética Número de protones (Z) Número de protones más neutrones (A)

4. Absorción y emisión de energía. - Cuando una onda electromagnética se propaga a través de un medio distinto del vacío se dice que dicho medio es transparente para dicha onda. Un medio determinado puede ser transparente para unas ondas y opaco para otras. - Así, los tejidos blandos del cuerpo humano son opacos para la luz visible y relativamente transparentes para los rayos X.

!

8

Ana Montes Salellas - La velocidad de una onda electromagnética en un medio material transparente es menor que la velocidad en el vacío y viene dada por : v=c/n Siendo n el índice de refracción del medio considerado para la onda en cuestión. Para el vacío n = 1.

5. Rayos X.

- En el estado fundamental de un átomo, los electrones ocupan los niveles de energía más bajos. - cuando el átomo recibe un aporte de energía, se excita, ya que uno o varios electrones habrán pasado a ocupar niveles energéticos superiores. - En este caso pueden darse, entre otras, dos situaciones: a) La energía suministrada es suficiente para separar electrones. Se produce la ionización, convirtiéndose el átomo en un ion positivo. La energía necesaria para arrancar un electrón atómico se denomina energía o potencial de ionización y es característica de cada átomo. b) La aportación de energía produce excitación sin llegar a formar iones. Se dice entonces que el átomo se encuentra excitado. Los átomos excitados tienden a desexcitarse inmediatamente y por sí mismos, ya que los estados de menor energía de cualquier sistema son los más estables por lo tanto, liberando su exceso de energía en forma de un fotón de radiación electromagnética.

!

9

Ana Montes Salellas

Este efecto será el utilizado en la generación de Rx.

El Poder de frenado S(E) se define en un medio, para una partícula determinada con una determinada energía, como la pérdida de energía por unidad de longitud recorrida, por lo que representa la pérdida de energía por la partícula en la unidad de recorrido.

El alcance de una partícula en un medio se define como la longitud total de penetración de la partícula en el material, suponeidno un recorrido rectilíneo, expresándose en cm.

6. Radioprotección. Si el uso de Rx está justificado: ¿Cómo utilizar mejor los recursos disponibles para reducir el riesgo de las radiaciones para los individuos y la población? Asegurar que: • Las dosis individuales, • El número de personas expuestas y • Probabilidad de recibir exposiciones Medidas básicas de protección radiológica

!

Se mantengan tan bajas como razonablemente sea alcanzable, teniendo en cuenta factores económicos y sociales 10

Ana Montes Salellas - Las dosis recibidas, tanto por los trabajadores en el desempeño de su trabajo como por la población en general, deben ser lo más bajas posible. - la dosis recibida durante la permanencia en las proximidades de una fuente radiactiva va a depender de tres factores: • El tiempo de permanencia • La distancia • Los medos de protección - Por tanto para minimizar los riesgos de las radiaciones hay que: • Controlar y limitar el acceso y permanencia en las zonas donde se encuentran las fuentes. - Para que el control sea adecuado: • Clasificar convenientemente las zonas en función de la posibilidad de contaminación de las personas que accedan a ellas. El tiempo de permanencia

La distancia

Los medios de protección

!

La dosis acumulada viene dada por: Dosis = Tasa de Dosis *Tiempo La dosis es directamente proporcional al tiempo de exposición, si éste se reduce a la mitad, la dosis se reducirá también a la mitad. Debe ser la máxima posible respecto de la fuente emisora de radiación. La dosis disminuye con la distancia de acuerdo con la ley del inverso del cuadrado de la distancia. Barreras de material, adecuadas al tipo de radiación, entre la fuente y la persona.

11

Ana Montes Salellas

!

12

Ana Montes Salellas TEMA 2: INTERAC CIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIA 1. Introducción. - Conocemos que en condiciones normales de equilibrio las partículas del átomo permanecen fuertemente unidas. - Si se rompe ese equilibrio se convierten en elementos inestables que tienden a transformarse para volver a su estado de equilibrio. - Durante ese proceso de estabilización se produce un cambio, liberándose gran cantidad de energía. - Esta energía puede dar lugar a: • La formación de iones. • Puede ser utilizada para generar tipos específicos de radiaciones. - Uno u otro proceso dependerá de la presencia o no de procesos de interacción de partículas y/o fotones sobre un material específico

2. Interacción de partículas. - Los efectos producidos como consecuencia de la interacción de partículas con un material dependen de: • El tipo de partícula (carga eléctrica y masa) • De su energía y • Del medio con el que interacciona (componentes, densidad, estado físico, etc.) - Las partículas cargadas pierden su energía al interaccionar con la materia fundamentalmente por colisiones debidas a la interacción de las cargas de las partículas incidentes con las cargas de los electrones y protones de los átomos.

!

13

Ana Montes Salellas - Fundamentalmente, estas colisiones se producen a través de tres tipos de interacciones: a) C olisión elástica: La partícula choca con los átomos del medio, desviándose de su trayectoria y cediendo una cierta cantidad de energía en forma de energía cinética. No se produce alteración atómica ni nuclear en el medio.

b) C olisión ine lá stica: La partícula interacciona con los electrones atómicos transfiriendo pequeñas cantidades de energía. La energía transferida puede provocar la ionización del átomo, o que el electrón atómico pase a un estado menos ligado produciéndose la excitación del átomo. Puede llegar a ocasionar fenómenos de disociación o radiólisis (ruptura de enlaces), generando radicales libres de gran reactividad química. Un ejemplo típico es la disociación del agua.

c) C olisión radiativa: La partícula cargada se “frena” o se “desvía” en su interacción con los átomos del medio y como resultado emite ondas electromagnéticas (esta “radiación” se conoce como radiación de frenado). Este proceso, a nivel elemental, se produce con mayor probabilidad en las proximidades del núcleo atómico como consecuencia de pequeñas “desviaciones” de la partícula incidente, ocasionadas por las cargas eléctricas del núcleo.

!

14

Ana Montes Salellas Este es el fundamento físico de la producción de rayos X; se aceleran electrones que se frenan bruscamente en un material de número atómico alto (ánodo). Por ello, si lo que queremos es obtener radiación de frenado significativa en el espectro de los rayos X debemos hacer impactar un haz de electrones a una energía cinética adecuada contra un material de número atómico alto, por ejemplo, el Wolframio (Z=74). Partículas ligeras: Provocan importantes desviaciones en su trayectoria, resultando ésta, por tanto, irregular y en zigzag. C O LIS IO NES INELÁST IC AS Pierden su energía provocando excitaciones e ionizaciones en los átomos C O LIS IO NES RADIAT IVAS del medio (colisiones inelásticas, C.I) y emitiendo fotones (colisiones radiativas C.R). C O LIS IO NES ELÁSTICAS

3. Interacción de fotones. Atenuación. - La interacción de Fotones con la materia interesa desde dos puntos de vista:

MACROSCÓPICO

MICROSC ÓPICO

!

Referido a la forma de atenuar un haz con objeto de reducir el número de Blindajes fotones o cantidad de energía que llega a una persona, dispositivo o instalación Conocer los procesos elementales de Técnicas de interacción de los fotones con los obtención átomos del material irradiado de imágenes

15

Ana Montes Salellas

Absorción

Desaparación de fotones del haz

Dispersión

Disminución de energía y cambio de trayectoria de fotones del haz

Atenuación

- Cuando un haz de rayos X o gamma penetra en un medio material, se observa una desaparición progresiva de los fotones que los constituyen, denominada atenuación, debido a la interacción de un cierto número de ellos con los átomos que componen el medio

- La atenuación de un haz de fotones (disminución progresiva del número de fotones que transporta el haz) se debe tanto a los procesos de absorción como a los de dispersión.

- El coeficiente de atenuación lineal (µ) representa la probabilidad de atenuación de un fotón, por unidad de recorrido en el medio absorbente y está en función de la energía de los fotones y del número atómico efectivo del absorbente. - Para fotones monoenergéticos se llama espesor de semirreducción al grosor de absorbente que reduce la intensidad de un haz de radiación a la mitad X1/2 = 0,693/µ - Para los rayos X se define como el espesor de absorbente que reduce la tasa de exposición del haz emergente a la mitad.

!

16

Ana Montes Salellas - Para haces de espectro continuo se define la “capa hemirreductora” (CHR) como el espesor de material que hay que interponer para reducir la exposición del haz a la mitad. - Para un kilovoltaje de referencia, mayores capas hemirreductoras, implican haces de mayor poder de penetración, o más duros (mayor energía medía). - Se disminuye la dosis a paciente, pero si se filtra demasiado, habrá que aumentar el nº de fotones, a costa de un mayor calentamiento del tubo.

4. Formación de la imagen radiológica. Imagen radiológica - Se forma cuando un haz de fotones, procedentes de una fuente de Rx, son transmitidos por el paciente y alcanzan el sistema de registro de la imagen. - Esos fotones pueden ser: • Fotones primarios, pasan a través del paciente sin interaccionar (Efecto fotoeléctrico) • Fotones dispersados originados en los procesos de interacción C om pton en el paciente. - La imagen radiológica puede considerarse una “sombra” del obketo producida por los rayos X. Un fotón interacciona con un átomo, invirtiendo toda EFECTO FOTOELÉC TRICO su energía en arrancar un electrón y comunicarle energía cinética. Se produce fundamentalmente con electrones atómicos poco ligados.

EFECTO C O MPT ON

Produce un fotón dispersado de menor energía que el incidente y distinta dirección, y un electrón con energía cinética prácticamente igual a la diferencia de energía entre ambos. Los fotones dispersados en este proceso dormán un espectro continuo que se extiende desde una energía casi igual a la del fotón incidente hasta cierta energía inferior a la de dicho fotón

!

17

Ana Montes Salellas

Los fotones primarios son los que transportan la información más útil, ya que su intensidad en cada parte del haz transmitido depende de las diferencias de absorción de los fotones incidentes producidas en los tejidos atravesados.

Desde el punto de vista de la formación de la imagen radiológica, el efecto fotoeléctrico produce imágenes de excelente calidad por dos razones: • No origina radiación dispersa. • Aumenta el contraste natural entre los distintos tejidos. Desde el punto de vista ...