Magnitudes y Unidades en Protección Radiológica. César F. Arias carias@fi.uba.ar

Transcripción

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2 Magnitudes y Unidades en Protección Radiológica César F. Arias carias@fi.uba.ar

3 Publicaciones de: Principales Fuentes de Información Comisión Internacional de Unidades de Radiación ICRU (En Particular No 60) Comisión Internacional de protecciòn Radiológica ICRP (En Particular No 103)

4 La utilidad y los riesgos de las aplicaciones de de las radiaciones ionizantes provienen de su Interacción con sustancias materiales INTERACCION RADIACION - MATERIA

5 INTERACCION RADIACION - MATERIA INFORMACIÓN sobre Personas Materiales TRATAMIENTO de Personas Materiales

6 Riesgos para la salud asociados Se originan en los procesos de ionización que provoca la energía absorbida por los tejidos de las personas expuestas

7 La Protección Radiológica debe logra el Control de: fuentes de energía radiante campos de radiación de energía energía absorbida

8 Flujo de Energía Fuente de Energía Absorción de Energía

9 Las Magnitudes que se emplean en Protección Radiológica para evaluar los riesgos de las personas expuestas se refieren a Energía Absorbida

10 Magnitud dosimétrica Básica Dosis Absorbida = Energía absorbida Masa del absorbente Unidad: Gray (Gy) = Joule kg

11 Transporte de Energía por área y tiempo = Tasa de Fluencia de Energía Ψ La Dosis se puede definir para cada punto δ ε D = δm D = μ ab ρ Energía absorbida por unidad de masa y tiempo = Ψ Tasa de Dosis D Distribución heterogénea de Dosis Depende de: d FP kv Filtración

12 Magnitud Principal D = δ ε δm Unidad Gray (Gy) = Joule kg

13 Se puede definir Dosis Media en Organos D T D T = ε total m T

14 FACTORES DE PONDERACION DE LA DOSIS ABSORBIDA

15 PONDERACION POR TIPO DE RADIACIÓN

16 La energía absorbida provoca ionizaciones

17 Diferentes Tipos de Radiación Distribución Microscópica A Energía y las ionizaciones interactúan con la materia de modo muy diverso Las distribuciones microscópicas de la energía absorbida y los iones producidos son muy distintas Transferencia Lineal de Energía TLE

18 Microdosimetría Aunque las Dosis Medias en órganos sean iguales la distribución microscópica de las dosis puede ser muy diferente

19 Partículas Alfa α Trayectoria recta Alta concentración de iones a lo largo de la trayectoria Alta TLE

20 Partículas Beta β Trayectoria en zig zag Distribución homogénea de Iones Baja TLE

21 V / A Radiación X o Gamma o Beta (Baja TLE) Distribución Homogénea de iones Rayos X (D = 10 mgy) : 11 a 460 ionizaciones por célula

22 Microdosimetría Igual número total de iones Igual dosis macroscópica Diferente concentración microscópica Diferente Efectividad Biológica V / A Radiación alfa, protones o neutrones (AltaTLE) Distribución heterogénea de iones Partículas Alfa (D = 10 mgy): 3,700 a 4,500 ionizaciones por célula

23 Efectividad Biológica Relativa - EBR EBR = Dosis de Radiación de Referencia Dosis de Radiación que produce igual efecto (cáncer) Radiación de Referencia : Rayos x de 250 kv Gamma Co 60 Concepto Científico

24 EBR - ICRP 92

25 W r : Factor de Ponderación por Efectividad de la Radiación Versión Regulatoria de la EBR Mensurado para efectos estocásticos a bajas dosis y baja tasa de dosis (condiciones de linealidad)

26 ICRP FACTORES DE PONDERACION POR TIPO DE RADIACION wr Tipo de radiación w r Fotones de todas las energías 1 Electrones y muones, todas las energías 1 Protones y piones 2 Partículas alfa, fragmentos de fisión y núcleos pesados 20 Neutrones según energía ver curva Valores para efectos estocásticos a bajas dosis y baja tasa de dosis (condiciones de linealidad)

27 ICRP 2007

28 Dosis Equivalente ( H ) = Dosis. W r w r : factor de ponderación por tipo de radiación H = Joule / Kg = Sievert (Sv)

29 PONDERACION POR TIPO DE TEJIDO

30 PROBABILIDAD EFECTOS ESTOCASTICOS HIPOTESIS: p = D + d AUSENCIA DE UMBRAL LINEALIDAD * 2 A dosis menores a 100 mgy por año la probabilidad Se considera proporcional a las dosis k p = k. D DOSIS 100 mgy por año de radiación gamma

31 Δp Δp p ΔD ΔD D p = k. D Iguales Incrementos de Dosis producen iguales Incrementos de Probabilidad cualquiera fuere la historia dosimétrica previa. Ello permite sumar dosis recibidas en distintos momentos por una persona y también sumar dosis recibidas por distintos órganos

32 Los Organos tienen diferente radiosensibilidad

33 Dosis Equivalentes Iguales en Organos distintos Diferentes probabilidades de efectos

34 Para evaluar el efecto total sobre el organismo se deben sumar las dosis equivalentes en los distintos órganos considerando su radiosensibilidad relativa

35 k 1 k 2 k3 k 4 k 5 k 6 k 7 k 8 k 9 p = k. H

36 k i Probabilidad de efecto cancerígeno por órgano o tejido ICRP k = k i

37 p 1 = k 1 p 2 = k 2 p 3 = k 3. H. H. H Irradiación de cuerpo entero con dosis equivalente uniforme H p = p i = k i. H = H. ki k i = k p = p i = k. H k i : Factor de riesgo para órgano i k : Factor de riesgo para cuerpo entero con dosis uniforme

38 Probabilidad de efecto cancerígeno por órgano o tejido ICRP w Ti = k i / k w ti = 1 w ti : Ponderación por radiosensibilidad relativa de cada órgano o tejido k i Origen de w t w ti = k i / k k i = k. w T = k

39 k i = k. w T Irradiación de cuerpo entero con dosis equivalente no uniforme p 1 = k 1. H 1 = k. w t1. H 1 p 2 = k 2. H 2 p 3 = k 3. H 3 = k. w t2. H 2 = k. w t3. H 3 p = p i = k w ti. H i E = w ti. H i DOSIS EFECTIVA p = k. E

40 ICRP Factor de Ponderación por Radiosensibilidad de Tejidos w t ORGANO w t Pulmón 0,12 Estómago 0,12 Colon 0,12 Médula Osea 0,12 Mama 0,12 Resto de los tejidos 0,12 Gonadas 0,08 Tiroides 0,04 Esófago 0,04 Vejiga 0,04 Hígado 0,04 Superficies Oseas 0,01 Piel 0,01 Cerebro 0,01 Glándulas salivales 0,01 TOTAL 1,00

41 H 1 w 1 H 2 w 2 H3 w3 H 4 w 4 H 5 w 5 H 6 w 6 H 7 w 7 H 8 w 8 H 9 w 9 Dosis Efectiva Unidad: E = w ti. H i Sievert (Sv)

42 DOSIS D Gray w r Ponderación por tipo de Radiación DOSIS EQUIVALENTE H Sievert H = D. w r w t Ponderación por tipo de Organo DOSIS EFECTIVA E Sievert E = H t. w t

43 Los valores de w r y w t corresponden a bajas dosis y bajas tasas de dosis Y se han obtenido a partir de estadísticas sobre individuos de distinto género y diversas edades

44 Las Magnitudes: Dosis Equivalente Dosis Efectiva deben aplicarse en el rango de bajas dosis y bajas tasas de dosis < 100 mgy / año

45 Cómo puede producirse la Exposición de las personas?

46 Por IRRADIACION EXTERNA Juan sabe que se encuentra cerca de una Fuente radiactiva

47 IRRADIACION EXTERNA Juan sabe que si se aleja de la Fuente la Dosis que recibirá será menor

48 IRRADIACION EXTERNA Juan sabe que un blindaje puede reducir mucho más las Dosis

49 Por INCORPORACION DE RADIONUCLEIDOS Ahora Juan advierte que está respirando aire contaminado radiactivamente

50 INCORPORACION DE RADIONUCLEIDOS Juan entonces quiere alejarse de la fuente sin advertir que la fuente ahora está en su interior

51 INCORPORACION DE RADIONUCLEIDOS Juan se sigue alejando pero es inútil : la fuente está en su interior Y por esa razón tampoco puede recurrir a ningún blindaje

52 Lo mismo ocurre en MEDICINA NUCLEAR

53 Magnitud especial para Incorporación de Radionucleidos

54 Procesos Metabólicos Incorporacion Transferencia a sangre y liquido extracelular Distribucion en el organismo Retencion en organos y tejidos Excrecion Proceso Físico Decaimiento Radiactivo

55 La Actividad del radioisótopo incorporado disminuye con el tiempo por eliminación biológica (T B ) y decaimiento físico (T F ) T B. T F TE = TB + T F Actividad A La Dosis Efectiva Integrada a través del tiempo está determinada por la Actividad Incorporada A/2 T E tiempo

56 Dosis Efectiva Comprometida Dosis Efectiva Actividad tiempo tiempo

57 Modelos: permiten calcular Dosis Efectivas Comprometidas por unidad de Incorporación para cada Radionucleido según la via de Entrada

58 ACTIVIDAD INCORPORADA Bq MODELOS Factores de conversión msv/ Bq Según via de incorporación DOSIS EFECTIVA COMPROMETIDA msv

59 Algunos Factores de Conversion Dosis Efectiva Comprometida por unidad de Incorporacion Sv / Bq Inahalacion h inh Ingestion h ing Co , I , , Cs-137 4, ,

60 Dosis Efectiva (msv) X-ray Nuclear medicine cardioangiography thyroid I-131 CT pelvis 10 myocard Tl-201 large intestine CT abdomen CBF Tc-99m urography thyroid I-123 lumbar spine 1 bone Tc-99m thyroid Tc-99m liver Tc-99m lung Tc-99m chest 0.1 renography I-131 extremities 0.01 blood volume I-125 dental clearance Cr-51

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62 DOSIS COLECTIVA

63 Una Fuente de Radiación puede provocar la exposición de muchas personas

64 Una Central Nuclear libera efluentes radiactivos que pueden producir dosis de radiación en miembros del público

65 E 2 E 3 E 1 E 4 E 9 E 5 E 8 E 7 E 6

66 Para cada persona el riesgo individual ( p i ) de sufrir un daño es proporcional a la dosis efectiva ( E i ) que recibe esa persona: p i = k. E i

67 El riesgo de que se manifieste un daño en cualquiera de las personas expuestas se denomina Detrimento Colectivo y es equivalente a la suma de los riesgos individuales D = p i

68 Detrimento Colectivo D = p i p i = k. E i D = p i = k. E i D = k. E i Dosis Efectiva Colectiva D = k. S S = E i

69 El Detrimento Colectivo D = p i D = k. S S = E i Es proporcional a la Dosis Efectiva Colectiva

70 E 2 E 3 E 1 DOSIS COLECTIVA S = Σ E i E 4 E 9 E 5 E 8 E 7 E 6

71 Norma ARN - AR Descarga de Efluentes de Reactores Nucleares de potencia Dosis Colectivas Máximas que eventualmente podrían provocar las centrales argentinas sin transgredir las normas: CNAI 300 MWa x 15 msvh / MWa = 4,5 Svh CNE 600 MWa x 15 msvh / MWa = 9,0 Svh

72 De acuerdo a las normas argentinas (ARN AR 3.1.2) la CN ATUCHA I podría generar en la población una Dosis Efectiva Colectiva de hasta 4,5 Svp por año De acuerdo a las normas argentinas (ARN AR 3.1.2) la CN EMBALSE podría generar en la población una Dosis Efectiva Colectiva de hasta 9 Svp por año Las Dosis Efectiva Colectivas realmente provocadas en el público son 10 veces inferiores a esos valores

73 Un Equipo de Uso Médico también provoca dosis de radiación en muchas personas: los Pacientes

74 Algunos Equipos de Radiodiagnóstico dan lugar a la exposición de muchos Pacientes

75 La Dosis Efectiva Colectiva en los pacientes puede ser muy alta

76 Dosis Colectiva 5 Svp por Año 200 placas por dia 250 dias al año personas por año Dosis Efectiva por placa: 0,1 msv

77 La Dosis Efectiva Colectiva que provoca Un Reactor Nuclear de Potencia en la población Un Equipo de Rayos x en los pacientes Pueden ser comparables

78 Dosis efectivas anuales promedio y dosis colectivas mundiales anuales Fuentes de exposición en el mundo Dosis efectiva anual per cápita (msv) Dosis colectiva mundial (millones de Svp) Radiación natural 2, Radiodiagnóstico médico Pruebas nucleares en la atmósfera Accidente de Chernobyl Producción de energía nuclear 0, , , ,0002 1,2 UNSCEAR 2000

79 César F. Arias