La dosis absorbida es una cantidad de dosis que es la medida de la energía depositada en la materia por la radiación ionizante por unidad de masa . La dosis absorbida se utiliza en el cálculo de la absorción de dosis en el tejido vivo tanto en la protección radiológica (reducción de los efectos nocivos) como en la radiología (posibles efectos beneficiosos, por ejemplo en el tratamiento del cáncer). También se utiliza para comparar directamente el efecto de la radiación en la materia inanimada, como en el endurecimiento por radiación .
La unidad de medida del SI es el gray (Gy), que se define como un julio de energía absorbida por kilogramo de materia. [1] La unidad CGS más antigua, no perteneciente al SI, el rad , también se utiliza a veces, predominantemente en los EE. UU.
Tradicionalmente, en la protección radiológica, la dosis absorbida no modificada se utiliza únicamente para indicar los efectos inmediatos sobre la salud debidos a niveles elevados de dosis agudas. Se trata de efectos tisulares, como en el síndrome de radiación aguda , que también se conocen como efectos deterministas. Se trata de efectos que es seguro que ocurrirán en un corto período de tiempo. El tiempo transcurrido entre la exposición y el vómito puede utilizarse como heurística para cuantificar una dosis cuando no se dispone de medios de prueba más precisos. [2]
La dosis absorbida es igual a la exposición a la radiación (iones o C /kg) del haz de radiación multiplicada por la energía de ionización del medio a ionizar.
Por ejemplo, la energía de ionización del aire seco a 20 °C y 101,325 kPa de presión es33,97 ± 0,05 J/C . [4] (33,97 eV por par de iones) Por lo tanto, una exposición de2,58 × 10 −4 C/kg (1 roentgen ) depositaría una dosis absorbida de8,76 × 10 −3 J/kg (0,00876 Gy o 0,876 rad) en aire seco en esas condiciones.
Cuando la dosis absorbida no es uniforme, o cuando sólo se aplica a una parte de un cuerpo u objeto, se puede calcular una dosis absorbida representativa de todo el elemento tomando un promedio ponderado por la masa de las dosis absorbidas en cada punto.
Más precisamente, [5]
Dónde
Para el riesgo de radiación estocástico , definido como la probabilidad de inducción de cáncer y efectos genéticos que ocurren en una escala de tiempo larga, se debe tener en cuenta el tipo de radiación y la sensibilidad de los tejidos irradiados, lo que requiere el uso de factores de modificación para producir un factor de riesgo en sieverts . Un sievert conlleva una probabilidad del 5,5% de desarrollar cáncer eventualmente según el modelo lineal sin umbral . [6] [7] Este cálculo comienza con la dosis absorbida.
Para representar el riesgo estocástico se utilizan las magnitudes de dosis equivalente H T y dosis efectiva E , y se utilizan factores y coeficientes de dosis apropiados para calcularlas a partir de la dosis absorbida. [8] Las magnitudes de dosis equivalente y efectiva se expresan en unidades de sievert o rem , lo que implica que se han tenido en cuenta los efectos biológicos. La derivación del riesgo estocástico se realiza de acuerdo con las recomendaciones del Comité Internacional de Protección Radiológica (CIPR) y la Comisión Internacional de Unidades y Medidas de Radiación (CIRU). El sistema coherente de magnitudes de protección radiológica desarrollado por ellos se muestra en el diagrama adjunto.
Para la radiación de todo el cuerpo, con rayos Gamma o rayos X los factores modificadores son numéricamente iguales a 1, lo que significa que en ese caso la dosis en grays es igual a la dosis en sieverts.
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Wilhelm Röntgen descubrió por primera vez los rayos X el 8 de noviembre de 1895, y su uso se extendió muy rápidamente para el diagnóstico médico, en particular en huesos rotos y objetos extraños incrustados, donde supusieron una mejora revolucionaria respecto de las técnicas anteriores.
Debido al uso generalizado de los rayos X y a la creciente conciencia de los peligros de la radiación ionizante, se hicieron necesarios estándares de medición de la intensidad de la radiación y varios países desarrollaron los suyos propios, pero utilizando diferentes definiciones y métodos. Finalmente, con el fin de promover la estandarización internacional, el primer Congreso Internacional de Radiología (CIR) que se reunió en Londres en 1925 propuso un organismo independiente para considerar las unidades de medida. Se denominó Comisión Internacional de Unidades y Medidas de Radiación , o ICRU, [a] y se creó en el Segundo CIR en Estocolmo en 1928, bajo la presidencia de Manne Siegbahn . [9] [10] [b]
Una de las primeras técnicas para medir la intensidad de los rayos X fue medir su efecto ionizante en el aire mediante una cámara de iones llena de aire . En la primera reunión de la ICRU se propuso que una unidad de dosis de rayos X se definiera como la cantidad de rayos X que produciría un esu de carga en un centímetro cúbico de aire seco a 0 °C y 1 atmósfera estándar de presión. Esta unidad de exposición a la radiación se denominó roentgen en honor a Wilhelm Röntgen, que había fallecido cinco años antes. En la reunión de la ICRU de 1937, esta definición se amplió para aplicarla a la radiación gamma . [11] Este enfoque, aunque supuso un gran avance en la estandarización, tenía la desventaja de no ser una medida directa de la absorción de la radiación, y por tanto del efecto de ionización, en varios tipos de materia, incluido el tejido humano, y era una medida únicamente del efecto de los rayos X en una circunstancia específica: el efecto de ionización en aire seco. [12]
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 nueva unidad de medida, denominada "gram roentgen" (símbolo: gr), y se definía 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". [13] Se descubrió que esta unidad era equivalente a 88 ergios en el aire, e hizo que la dosis absorbida, como se la conoció posteriormente, dependiera de la interacción de la radiación con el material irradiado, no solo de una expresión de la exposición o intensidad de la radiación, que representaba el roentgen. En 1953, la ICRU recomendó el rad , igual a 100 erg/g, como la nueva unidad de medida de la radiación absorbida. El rad se expresó en unidades cgs coherentes. [11]
A finales de los años 1950, la CGPM invitó a la ICRU a unirse a otros organismos científicos para trabajar en el desarrollo del Sistema Internacional de Unidades , o SI. [14] Se decidió definir la unidad SI de radiación absorbida como energía depositada por unidad de masa, que es como se había definido el rad, pero en unidades MKS sería J/kg. Esto fue confirmado en 1975 por la 15.ª CGPM, y la unidad fue bautizada como "gray" en honor a Louis Harold Gray, que había fallecido en 1965. El gray equivalía a 100 rad, la unidad cgs.
La dosis absorbida también se utiliza para gestionar la irradiación y medir los efectos de la radiación ionizante sobre la materia inanimada en varios campos.
La dosis absorbida se utiliza para evaluar la capacidad de supervivencia de dispositivos como componentes electrónicos en entornos de radiación ionizante.
La medición de la dosis absorbida por la materia inanimada es vital en el proceso de endurecimiento de la radiación que mejora la resistencia de los dispositivos electrónicos a los efectos de la radiación.
La dosis absorbida es la cantidad de dosis física utilizada para garantizar que el alimento irradiado haya recibido la dosis correcta para garantizar su eficacia. Se utilizan dosis variables según la aplicación y pueden llegar a los 70 kGy.
La siguiente tabla muestra las cantidades de radiación en unidades SI y no SI:
Aunque la Comisión Reguladora Nuclear de los Estados Unidos permite el uso de las unidades curie , rad y rem junto con las unidades del SI, [15] las directivas de unidades de medida europeas de la Unión Europea exigieron que su uso para "fines de salud pública" se eliminara gradualmente antes del 31 de diciembre de 1985. [16]
