El roentgen o röntgen ( / ˈrɛntɡən , -dʒən , ˈrʌnt- / ; [2] símbolo R ) es una unidad de medida heredada para la exposición a rayos X y rayos gamma , y se define como la carga eléctrica liberada por dicha radiación en un volumen específico de aire dividida por la masa de ese aire ( statculombio por kilogramo). En 1928 , se adoptó como la primera cantidad de medición internacional para la radiación ionizante que se definió para la protección radiológica , ya que entonces era el método más fácilmente replicable para medir la ionización del aire mediante el uso de cámaras de iones . [3] Lleva el nombre del físico alemán Wilhelm Röntgen , quien descubrió los rayos X y recibió el primer Premio Nobel de Física por el descubrimiento.
Sin embargo, aunque este fue un gran paso adelante en la estandarización de la medición de la radiación, el roentgen tiene la desventaja de que es solo una medida de la ionización del aire, y no una medida directa de la absorción de radiación en otros materiales, como diferentes formas de tejido humano . Por ejemplo, un roentgen deposita 0,00877 grays (0,877 rads ) de dosis absorbida en aire seco, o 0,0096 Gy (0,96 rad) en tejido blando. [3] Un roentgen de rayos X puede depositar entre 0,01 y 0,04 Gy (1,0 a 4,0 rad) en el hueso dependiendo de la energía del haz. [4]
A medida que se desarrolló la ciencia de la dosimetría de radiación , se comprendió que el efecto ionizante, y por lo tanto el daño tisular, estaba vinculado a la energía absorbida, no solo a la exposición a la radiación. En consecuencia, se definieron nuevas unidades radiométricas para la protección radiológica que tenían esto en cuenta. En 1953, la Comisión Internacional de Unidades y Medidas de Radiación (ICRU) recomendó el rad, igual a 100 erg/g, como la unidad de medida de la nueva cantidad de radiación dosis absorbida . El rad se expresó en unidades cgs coherentes . [5] En 1975, la unidad gray fue nombrada como la unidad SI de dosis absorbida. Un gray es igual a 1 J/kg (es decir, 100 rad). Además, se definió una nueva cantidad, kerma , para la ionización del aire como la exposición para la calibración del instrumento, y a partir de esto se puede calcular la dosis absorbida utilizando coeficientes conocidos para materiales objetivo específicos. En la actualidad, para la protección radiológica, se utilizan de forma abrumadora las unidades modernas, la dosis absorbida para la absorción de energía y la dosis equivalente ( sievert ) para el efecto estocástico, y el roentgen se utiliza muy poco. El Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) nunca ha aceptado el uso del roentgen.
El roentgen se ha redefinido a lo largo de los años. La última vez que lo definió el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de los EE. UU. fue en 1998 como2,58 × 10 −4 C /kg , con la recomendación de que la definición se incluya en todos los documentos donde se utilice el roentgen. [6]
El roentgen tiene sus raíces en la unidad Villard definida en 1908 por la American Roentgen Ray Society como "la cantidad de radiación que libera por ionización un esu de electricidad por cm 3 de aire en condiciones normales de temperatura y presión". [7] [8] Usando 1 esu ≈ 3,33564 × 10 −10 C y la densidad del aire de ~1,293 kg/m 3 a 0 °C y 101 kPa, esto se convierte a 2,58 × 10 −4 C/kg, que es el valor moderno dado por el NIST.
1 esu/cm3 × 3,33564 × 10 −10 do/esu× 1.000.000 cm3/metros 3÷ 1.293 kilogramo/metros 3 = 2,58 × 10 −4 do/kilogramo
Esta definición se utilizó con diferentes nombres ( e , R y unidad de radiación alemana ) durante los siguientes 20 años. Mientras tanto, el roentgen francés recibió una definición diferente que equivalía a 0,444 R alemanas.
En 1928, el Congreso Internacional de Radiología (CIR) definió el roentgen como "la cantidad de radiación X que, cuando los electrones secundarios se utilizan por completo y se evita el efecto pared de la cámara, produce en 1 cc de aire atmosférico a 0 °C y 76 cm de presión de mercurio un grado de conductividad tal que se mide 1 esu de carga en la corriente de saturación". [7] El 1 cc de aire indicado tendría una masa de 1,293 mg en las condiciones dadas, por lo que en 1937 el CIR reescribió esta definición en términos de esta masa de aire en lugar de volumen, temperatura y presión. [9] La definición de 1937 también se amplió a los rayos gamma, pero más tarde se limitó a 3 MeV en 1950.
Mientras tanto, el comité de normas de toda la Unión Soviética (GOST) había adoptado una definición significativamente diferente del roentgen en 1934. La norma GOST 7623 lo definió como "la dosis física de rayos X que produce cargas cada una de una unidad electrostática en magnitud por cm 3 de volumen irradiado en aire a 0 °C y presión atmosférica normal cuando la ionización es completa". [10] La distinción entre dosis física y dosis causó confusión, parte de la cual puede haber llevado a Cantrill y Parker a informar que el roentgen se había convertido en una abreviatura de 83 ergios por gramo (0,0083 Gy ) de tejido. [11] Llamaron a esta cantidad derivada el equivalente físico de roentgen (rep) para distinguirlo del roentgen ICR.
La introducción de la unidad de medición roentgen, que se basaba en la medición de la ionización del aire, reemplazó las prácticas anteriores menos precisas que dependían de la exposición cronometrada, la exposición a películas o la fluorescencia. [12] Esto abrió el camino para establecer límites de exposición, y el Consejo Nacional de Protección Radiológica y Medidas de los Estados Unidos estableció el primer límite de dosis formal en 1931 como 0,1 roentgen por día. [13] El Comité Internacional de Protección contra Rayos X y Radio , ahora conocido como la Comisión Internacional de Protección Radiológica (CIPR), pronto siguió con un límite de 0,2 roentgen por día en 1934. [14] En 1950, la CIPR redujo su límite recomendado a 0,3 roentgen por semana para la exposición de todo el cuerpo.
La Comisión Internacional de Unidades y Medidas de Radiación (ICRU) adoptó la definición del roentgen en 1950, definiéndolo como "la cantidad de radiación X o γ tal que la emisión corpuscular asociada por 0,001293 gramos de aire produce, en el aire, iones que transportan 1 unidad electrostática de cantidad de electricidad de cualquier signo". [15] El límite de 3 MeV ya no formaba parte de la definición, pero la utilidad degradada de esta unidad a energías de haz altas se mencionó en el texto que la acompañaba. Mientras tanto, se había desarrollado el nuevo concepto de roentgen equivalente man (rem).
A partir de 1957, la ICRP comenzó a publicar sus recomendaciones en términos de rem, y el roentgen cayó en desuso. La comunidad de imágenes médicas todavía tiene necesidad de mediciones de ionización, pero gradualmente pasó a utilizar C/kg a medida que se reemplazaban los equipos antiguos. [16] La ICRU recomendó redefinir el roentgen para que sea exactamente 2,58 × 10 −4 C/kg en 1971. [17]
En 1971, la Comunidad Económica Europea , en la Directiva 71/354/CEE , catalogó las unidades de medida que podían utilizarse "para ... fines de salud pública". [18] La directiva incluía el curie , el rad , el rem y el roentgen como unidades permitidas, pero exigía que el uso del rad, el rem y el roentgen se revisara antes del 31 de diciembre de 1977. Este documento definía el roentgen como exactamente 2,58 × 10 −4 C/kg, según la recomendación de la ICRU. La Directiva 80/181/CEE , publicada en diciembre de 1979, que sustituyó a la directiva 71/354/CEE, catalogó explícitamente el gray , el becquerel y el sievert para este propósito y exigía que el curie, el rad, el rem y el roentgen se eliminaran gradualmente antes del 31 de diciembre de 1985. [19]
En la actualidad, el roentgen se utiliza raramente y el Comité Internacional de Pesos y Medidas (CIPM) nunca aceptó su uso. De 1977 a 1998, las traducciones del folleto del SI del NIST de EE. UU. indicaban que el CIPM aceptaba temporalmente el uso del roentgen (y otras unidades de radiología) con unidades del SI desde 1969. [20] Sin embargo, la única decisión relacionada del CIPM que se muestra en el apéndice es con respecto al curie en 1964. Los folletos del NIST definían el roentgen como 2,58 × 10 −4 C/kg, para emplearse con exposiciones a la radiación x o γ, pero no indicaban el medio que se iba a ionizar. El folleto actual del SI del CIPM excluye el roentgen de las tablas de unidades no pertenecientes al SI aceptadas para su uso con el SI. [21] El NIST de los Estados Unidos aclaró en 1998 que estaba proporcionando sus propias interpretaciones del sistema SI, por lo que aceptaba el roentgen para su uso en los Estados Unidos con el SI, aunque reconocía que el CIPM no lo hacía. [22] Para entonces, se había eliminado la limitación a la radiación x y γ. El NIST recomienda definir el roentgen en todos los documentos en los que se utilice esta unidad. [6] El NIST desaconseja enérgicamente el uso continuo del roentgen. [23]
Aunque era una cantidad conveniente para medir con una cámara de iones de aire, el roentgen tenía la desventaja de que no era una medida directa ni de la intensidad de los rayos X ni de su absorción, sino más bien una medida del efecto ionizante de los rayos X en una circunstancia específica; que era aire seco a 0 °C y 1 atmósfera estándar de presión. [24]
Por este motivo, el roentgen tenía una relación variable con la cantidad de dosis de energía absorbida por unidad de masa en el material objetivo, ya que los distintos materiales tienen diferentes características de absorción. A medida que se desarrollaba la ciencia de la dosimetría de la radiación, esto se consideró una deficiencia grave.
En 1940, Louis Harold Gray , que había estado estudiando el efecto del daño neutrónico en el tejido humano, junto con William Valentine Mayneord y el radiobiólogo John Read, publicaron un artículo en el que se proponía una unidad de medida, denominada " gram roentgen " (símbolo: gr), definida como "aquella cantidad de radiación neutrónica que produce un incremento de energía en la unidad de volumen de tejido igual al incremento de energía producido en la unidad de volumen de agua por un roentgen de radiación" [25] . Se descubrió que esta unidad era equivalente a 88 ergs en el aire. En 1953, la ICRU recomendó el rad , equivalente a 100 erg/g, como la nueva unidad de medida de la radiación absorbida. El rad se expresó en unidades cgs coherentes. [26]
A finales de los años 50, la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM) invitó a la ICRU a unirse a otros organismos científicos para trabajar con el Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) en el desarrollo de un sistema de unidades que pudiera utilizarse de forma uniforme en muchas disciplinas. Este organismo, conocido inicialmente como la "Comisión para el Sistema de Unidades", rebautizado en 1964 como "Comité Consultivo de Unidades" (CCU), fue responsable de supervisar el desarrollo del Sistema Internacional de Unidades (SI). [27] Al mismo tiempo, se estaba volviendo cada vez más evidente que la definición del roentgen era errónea, y en 1962 se redefinió. [28] El CCU decidió definir la unidad SI de radiación absorbida en términos de energía por unidad de masa, que en unidades MKS era J/kg. Esto fue confirmado en 1975 por la 15.ª CGPM, y la unidad fue denominada "gray" en honor a Louis Harold Gray, que había fallecido en 1965. El gray equivalía a 100 rad. La definición del roentgen había tenido el atractivo de ser relativamente simple de definir para los fotones en el aire, pero el gray es independiente del tipo de radiación ionizante primaria, y puede utilizarse tanto para el kerma como para la dosis absorbida en una amplia gama de materia. [29]
Al medir la dosis absorbida en un ser humano debido a la exposición externa, se utiliza la unidad SI gray o la unidad no SI relacionada rad . A partir de estas se pueden desarrollar los equivalentes de dosis para considerar los efectos biológicos de los diferentes tipos de radiación y materiales objetivo. Estas son la dosis equivalente y la dosis efectiva para las que se utiliza la unidad SI sievert o la unidad no SI rem .
La siguiente tabla muestra las cantidades de radiación en unidades SI y no SI: