Comprender las unidades de medida de la radiación

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20/09/2011
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Al considerar los efectos de la radiactividad sobre los seres vivos, debemos distinguir tres parámetros: la cantidad o actividad (medida en bequerelios o Curies), la intensidad (energía, medida en electrón), y los efectos sobre un ser vivo (medidos en dosis absorbida: grays o rads) o los efectos sobre una población (medidos en Sievert o rem por persona). Este último parámetro es muy importante.

Por ejemplo: si una determinada radiactividad tiene una probabilidad del 1% de producir un determinado efecto sobre un individuo, como podría ser vómitos, cáncer o muerte, quiere decir que entre cien individuos de un grupo, los efectos se manifestarán en uno. Desde el punto de vista científico es el mismo, pero no lo es psicológicamente. Nos puede parecer que la probabilidad de un 1% que nos pase algo es muy baja, ya que debemos estar expuestos a esto cien veces, pero no es así si sabemos que en un grupo de 100 individuos habrá uno de ellos afectado. La percepción de riesgo cambia aunque la probabilidad es la misma. Por esto motivo a continuación facilitamos algunas definiciones claves para entender el significado de los datos difundidos sobre accidentes radioactivos como el de Fukushima.

La radiación ionizante puede ser en forma de radiación electromagnética: rayos-X y radiación γ (gama) o en forma de partículas subatómicas: protones, neutrones, partículas α (alfa) y partículas β (beta).

La radiación ionizante procedente de los rayos-X y de la radiación γ se dice que tiene una Transferencia Lineal de Energía baja o TLE baja (low-LET o Linear Energy Transfer) la cual produce ionizaciones dispersas al atravesar la célula.

La radiación de Transferencia Lineal de Energía alta o TLE alta (high-LET o Linear Energy Transfer) transfiere más energía por unidad de distancia a medida que atraviesa la célula y, por tanto, produce más ionizaciones (y es más destructiva para unidad de distancia).

Bajas dosis de radiación ionizante: son aquellas dosis que van desde casi cero hasta 100 mSv o, lo que es lo mismo, 0,1 Sv.

 

Radiactividad

Es la actividad de un radionucleido. Se mide en las siguientes unidades:

Becquerel (Bq): es la unidad para medir la actividad de un radionucleido (la radioactividad).
1 Bq = 1 desintegración / segundo

Curie (Ci): la radiactividad equivalente a la que emite 1gr de Radio
1 Ci = 3,7 * 1010 Bq

La saléeita es el nombre de un mineral radiactivo compuesto de fosfato hidratado de uranilo que contiene un 57.79 % de óxido de uranio y para el cual el nivel de radioactividad es superior a los 70 Bq/gram.  La exposición a la radioactividad natural se da por el gas radón (gas radioactivo) cuyo período de semidesintegración es de 3,83 días que emana de los suelos graníticos. La roca granítica puede contener hasta 5ppm de uranio y 12 ppm de torio.

Se llama periodo de semidesintegración, al tiempo necesario para que la actividad de un radionucleido se reduzca a la mitad.

 

Exposición

Describe la cantidad de radiación que viaja por el aire, ionizante mismo. Se mide en la unidad:

Roetgen: es la unidad de medida de la exposición a la radiación ionizante.

1 Roetgen = la cantidad de radiación γ o rayos-X necesaria para ionizar el aire y de la que resulte una carga eléctrica de 0,000258 culombios / kilogramo de aire en condiciones normales de presión y temperatura.

 

Dosis absorbida

Cualquier tipo de radiación al interaccionar con un material le cede una determinada cantidad de energía. La energía cedida por la radiación ionizante al interaccionar con un material llamado dosis absorbida. Se mide en la unidad:

Gray (Gy): es la unidad para medir la dosis de radiación absorbida por un tejido biológico atravesado por una radiación (1 kilogramo de material que ha absorbido una energía de 1 Joule).

1 Gray = 1 Joule / kg

- Antiguamente se utilizaba la llamada rad (radiation absorbed dose): unidad de dosis absorbida (1 gramo de material que ha absorbido una energía de 100 ergs).

1 rad = 100 ergs / gr
1 rad = 0,01 Gray o 1 Gray = 100 rad  

 

Dosis equivalente

Es la magnitud que se emplea en radioprotección para poder valorar los efectos biológicos de una determinada dosis absorbida de radiación ionizante, ya que ésta, al interaccionar con la materia viva (tejidos biológicos), le cede una determinada cantidad de energía y le produce determinados efectos. Se mide en la unidad

Sievert (Sv): unidad de dosis equivalente de radiación absorbida por la materia viva, teniendo en cuenta la eficiencia en la transferencia de la energía de la radiación en el tejido vivo.

1 Sv = 1 Joule / kg

- Antiguamente se empleaba el llamado Rem (Roetgen-equivalente man): unidad de dosis equivalente de radiación absorbida por la materia viva, teniendo en cuenta la eficiencia en la transferencia de la energía de la radiación en el tejido vivo.

1 remo = 0,01 Sv o 1 Sv = 100 rem

Se calcula que desde el lanzamiento bélico el 6 y 9 de agosto 1945 de las bombas atómicas sobre Hiroshima y Nagasaki se han explosionado más de 400 bombas atómicas tanto en la atmósfera como en el subsuelo. La contaminación radioactiva en determinadas zonas del Pacífico Sur sobre pasa los límites tolerados por las autoridades y sin embargo a la población local no se la mantiene informada.

 

Relación entre dosis absorbida y dosis equivalente

Sievert = Gray * Q, siendo Q un factor de calidad

rem = rad * Q, siendo Q un factor de calidad

Q = 1 para radiación electromagnética (rayos-X, radiación γ y β)
Q = 20 para partículas α
Q = 1 a 20 para neutrones (dependiendo de su energía)

Sv = Gy * 1, para radiación electromagnética (rayos-X, radiación γ y β)
Sv = Gy * 20, para partículas α
Sv = Gy * 1 a 20, para neutrones (dependiendo de su energía) 

 

Dosis sobre una población

Es la suma de la dosis individual recibida por los miembros de una población.

Persona-rem o Persona-Sievert: es la unidad para medir la dosis colectiva sobre una población (y es diferente a la dosis individual).

A partir de la estimación de una dosis colectiva se puede aplicar un factor de riesgo para obtener una estimación estadística del número de cánceres adicionales que pueden resultar de una dosis recibida por la población.

 

¿Cómo estimar los efectos de la radiación ionizante?

Por ejemplo: un millón de personas han sido expuestas a una dosis equivalente de 100 μSv / h durante 100 horas. ¿Qué mortandad se puede esperar de esta exposición?

100 μSv / h * 100 rem/1Sv = 10000 μrem / h = 10 mrem / h
10 mrem / h * 100h = 1.000 mrem = 1 rem
1 rem * 1.000.000 personas = 1.000.000 persona-rem
1.000.000 persona-rem * 1 muerto / 300 persona-rem = 3.333 muertos

 Nota: Según el Dr.. John W. Gofman, la mejor estimación de la exposición a la radiactividad es que por cada 300 persona-rem (3 persona-Sv) se produce 1 muerte por cáncer o leucemia para una población de una edad media de 25 años en el momento de la exposición a la radiactividad.

300 p-rem significa
3 personas recibiendo 100 rem (100.000 mrem)
30 personas recibiendo 10 rem (10.000 mrem)
300 personas recibiendo 1 rem (1.000 mrem)
3.000 personas recibiendo 0,1 rem (100 mrem)
30.000 personas recibiendo 0,01 rem (10 mrem)
300.000 personas recibiendo 0,001 rem (1 mrem)
3.000.000 personas recibiendo 0,0001 rem (0,1 mrem)

3 p-Sv significa
3 personas recibiendo 1 Sv
30 personas recibiendo 0,1 Sv (100 mSv)
300 personas recibiendo 0,01 Sv (10 mSv)
3.000 personas recibiendo 0,001 Sv (1 mSv = 1,000 μSv)
30.000 personas recibiendo 0,0001 Sv (0,1 mSv = 100 μSv)
300.000 personas recibiendo 0,00001 Sv (0,01 mSv = 10 μSv)
3.000.000 personas recibiendo 0,000001 Sv (0,001 mSv = 1 μSv)

- Según el informe BEIR VII: por cada 900 rem (9 Sv) se produce 1 muerto adicional por cáncer. 1 cáncer por cada 100 personas expuestas a 0,1 Sv.

- Según la USEPA (Federal Guidance Report 13, 1999): por cada 1.700 rem (17 Sv) se produce 1 muerto adicional por cáncer.

Las algas contienen hasta 56 minerales en total, con al menos 10 veces más de potasio que los plátanos y 10 veces el calcio de la leche. También contienen niveles amplios de yodo - el mineral necesario para la función tiroidea comer unos 25 gramos de algas al día proporciona a al cuerpo  cantidades suficientes de vitaminas, minerales y oligoelementos para saturar a las células y evitar la absorción selectiva de elementos radiactivos. Sin embargo, estas mismas algas pueden ser acumuladoras de isótopos radioactivos si están en contacto con radiación.

 

Tasa de dosis o Dosis por unidad de tiempo

milirem / hora o milisieverts / hora

Radiación de fondo natural en el mundo: 2,4 mSv / año (BEIR VII citando UNSCEAR 2000)

Distribución de la radiación de fondo natural según sus componentes (BEIR VII)

Se agrupa en las dos fracciones: high-LET (*) y low-LET dependiendo de la cantidad de energía transferida por unidad de distancia recorrida. Se mide en keV / micras

(*) LET - Linear Energy Transfer (TLE - Transferencia Lineal de Energía)

-High-LET:
- Exposición a la inhalación de Radón: 52%
- Ingestión: 5%
- Componente neutrónico de la radiación cósmica. 4%

- Low-LET:
- Exposición a la radiación procedente del subsuelo: 20%
- Componente fotónico y directamente ionizante de la radiación cósmica: 12%
- Ingestión: 7%

Una parte de la exposición anual a la radiación procede de la radiación de fondo natural:

- Radiación cósmica: 0,27 mSv. El valor aumenta con la altitud.
- Rocas y suelo: 0,28 mSv. Varía según la geología de la región.
- Propio cuerpo: 0,4 mSv. La mayor parte procede del Potasio-40 (40K). En torno al 0,02% del potasio que hay en la naturaleza es 40K. Los tejidos vivos no discriminan entre potasio radiactivo y no radiactivo, por lo que el 0,02% de todo el potasio del cuerpo humano (del orden de 1,7 gr por una persona de 70 kg) es radiactivo.

Distribución de la radiación según sus componentes

Un estudio (NCRP, 1987) estimó que un 82% de la exposición a las radiaciones ionizantes de la población de EEUU era debida a la radiación de fondo natural y que las fuentes de radiación debido a las actividades humanas contribuían en un 18% y ésta se distribuía de la siguiente forma:

- Rayos X de uso médico: 58%
- Medicina nuclear: 21%
- Productos de consumo: 16%
- Profesional: 2%
- Lluvia radiactiva: 2%
- Ciclo del combustible nuclear: 1%

Moderna unidad de medicina nuclear para tratamientos oncológicos con radioactividad.

En EEUU se estima que una persona está expuesta a una radiación de 5,86 mSv / año:

- Radiación cósmica: 0,27 mSv - 4,6%
- Rocas y suelo: 0,28 mSv - 4,8%
- Propio cuerpo: 0,40 mSv - 6,8%
- Pruebas médicas: 2,8 mSv - 47,8%
- Productos de consumo: 0,1 mSv - 1,7%
- Otros: <0,01 mSv - 0,2%
- Radón: 2 mSv - 34,1%

En el Reino Unido la Health Protection Agency - HPA considera que, en promedio, la población está expuesta a una radiación de 2,7 mSv / año.

 

Límites de dosis para trabajadores de la industria nuclear y para la población

En EEUU: el Título 10, de la Parte 20, del Code of Federal Regulations (10 CFR Parte 20), "Standards for Protection Against Radiation" establece los límites de dosis para los trabajadores expuestos a radiaciones. Aunque los límites varían, dependiendo de la parte del cuerpo afectada, la dosis equivalente efectiva anual total (TEDE - Total Effective Dosis Equivalente) por el cuerpo completo es de 5.000 mrem o 50 mSv (5 rem o 0,05 Sv).

Desde el año 1945 hasta el año 1962, unas 210.000 personas (entre personal militar y civil) fueron expuestos directamente a la radiación procedente de las pruebas nucleares en la atmósfera. En una serie de 5 pruebas durante la operación UPSHOT-Knothole, equipos de combate fueron expuestos a absorber dosis comprendidas entre 0,4 mSv y 31 mSv.

En EEUU el límite de dosis anual procedente de instalaciones del ciclo del combustible nuclear (incluyendo los reactores) es de 25 mrem / año o 0,25 mSv / año (40 CFR 190).

En España: según consta en la página web del CSN, los límites de dosis efectiva anual ocupacional es de 150 mSv en 5 años (no superando los 50 mSv en un año) y el límite de la dosis efectiva para la población es de 1 mSv / año.

 

Redacción: Josep Puig i Boix, Dr.Ingeniero Industrial y Diplomado en ingeniería biomédica. © GCTPFNN, 2011