Biofísica de la radiación

Física. Procesos físicos, químicos. Radiología. Reacciones. Energía. Radiación ionizante. Efecto fotoeléctrico. Efecto compton. Formación de pares. Detección. Efectos. Fuentes de radiación natural

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Tema 4

BIOFISICA DE LA RADIACION

Radiación y su medida

Estudio de los procesos físicos y químicos que desencadenan la radiación.

Biofísica de la radiación " radiología (reacciones).

Tipos de radiación:

a) Ionizante: Cuando su cuanto de energía es suficientemente alto (E " 10 eV) es capaz de liberar e- de unas estructuras atómicas ó moleculares.

Las partículas radiadas pueden estar cargadas (ionizantes) o no (no ionizantes).

Aspectos elementales de la interacción radiación-materia.

(Radiación directamente ionizante)

'Biofísica de la radiación'

'Biofísica de la radiación'

- Resumiendo:

'Biofísica de la radiación'
! 'Biofísica de la radiación'

TLE Transf. Lineal de energía: cantidad de energía depositada o cedida por la radiación por unidad de recorrido de la materia.

-Unidades: KeV/m ! ! TLE ! ! Daño biológico producido

Radiación indirectamente ionizante: rayos X y Rayos .

Se puede utilizar la relación:

'Biofísica de la radiación'

'Biofísica de la radiación'

Están localizadas en zonas de baja, media y alta energía.

EFECTO FOTOELECTRICO

'Biofísica de la radiación'
(rango entre 0 1 Mev)

(Ee = suministra - adquiere)

Para radiaciones de baja energía (rayos )

'Biofísica de la radiación'
; “z” absorbente

EFECTO COMPTON

Se transfiere parte de la energía incidente dando lugar a un e-.

Ec + h' = h - Be

La relación con el número atómico viene dada por:

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(rango entre 1 10 Mev) (radiación  media)

FORMACION DE PARES

h - 1.02 = Ee+ + Ee-

El mínimo de energía corresponde a la masa.

'Biofísica de la radiación'
; (rango entre 10 Mev adelante)

Los neutrones: pueden perder su energía cinética al chocar contra material biológico dando lugar a ionizaciones y complejos químicos nocivos.

  • Dispersión elástica: colisión donde se conserva la energía y donde el máximo rendimiento es en el átomo de H. Se producen ionizaciones y excitaciones.

  • Dispersión inelástica: hay pérdida de energía, que pasa al nucleón que se excita de alguna forma y puede emitir un cuanto () al relajarse. Si la energía del electrón que choca es suficientemente grande, se puede desprender un segundo neutrón.

  • Captura del neutrón: el neutrón es absorbido por el núcleo . Se produce un cuanto () de diferente tipo según el elemento que lo absorba.

Procesos : (n,p) y (n,)

'Biofísica de la radiación'

'Biofísica de la radiación'

Más que la cuantía de la radiación, importa el nº de reacciones secundarias que se pueden producir.

Cuantificación de la radiación

Es la cantidad de E por unidad de masa.

Dosis absorbida por una radiación: D

1 Gy (gray) = 1 J kg-1

Depende del tiempo durante el que está reaccionando con el cuerpo.

Razón de dosis (Gy/s):

1 Gy hace que aumente la temperatura del agua " 2.4*10-4 que puede resultar dramático biológicamente.

Dosis iónica :

Capacidad que tiene la radiación para ionizar un gas

1 Curio/kg " 34 Gy

Eficacia biológica relativa (E.B.O.) ó factor de calidad (Q)

Idénticas dosis de radiación pueden dar diferentes reacciones dependiendo de donde actúen.

Radiación (standard) * de 200 Kev

'Biofísica de la radiación'

“D” dosis de la radiación correspondiente

“D0” standard

Dosis equivalente:

H = Q*D

Unidades: rem (1 sievert=100 rem)

Relación entre Q y TLE

Detección y medida de la radiación

Se trata de observar las ionizaciones que se producen en la materia.

Diferentes tipos de detectores:

  • Contador de ionización: según el voltaje medido ()

  • Contador de centelleo: () Un cristal de yoduro de sodio (INa) radiado produce destellos de luz que van a un tubo fotomultiplicador, éste produce electrones que recoge un fotocátodo, que mediante unos dinodos, hace que salgan 4 e- por cada uno que incide. Su calibrado se realiza con un multicanal.

  • Detectores semiconductores: hace que pasen los e- de la banda de valencia (quedando un hueco positivo) por un voltímetro.

  • Detectores fotográficos: es una placa fotográfica con apantallamiento metálico (absorción de ), por lo que queda la película con radiación .

  • T.L.(termoluminiscencia): con un cristal de fluoruro de litio (LiF).

Efectos de la radiación en lasa macromoléculas

Nos moveremos en rangos "10 Gy

Proteínas: OH + anillos aromáticos de a.a. que pueden alterar las estructuras moleculares y por tanto cambiando su función.

Encimas: Alteraciones como las anteriores pero en menor cantidad por la gran sintetización de las encimas.

Se especula con la existencia de encimas que sean verdaderamente sensibles a la radiación y por lo tanto, afecte directamente a funciones metabólicas con el peligro que esto supone.

Se deben distinguir dos aspectos de la radiación sobre las macromoléculas:

- “in vivo” directamente en el organismo.

- “in vitro” a nivel de laboratorio

En general, “in vivo” se refiere a unos efectos y repercusiones considerablemente mayores.

En otras macromoléculas como el ADN y ARN, puede afectar a una de las bases de los ácidos nucleicos. Como llevan información, el cambio estructural de las bases, hace que ésta se pierda o falle su interpretación, con lo que la síntesis quedaría totalmente cambiada (código genético).

Membranas biológicas: influyen en la transmisión del impulso nervioso cambiando la permeabilidad frente al sodio y al potasio. La radiación puede alterar esta permeabilidad y la transmisión del impulso. A partir de 0.5 Gy, pueden haber alteraciones en el sistema nervioso central (peligroso " 100 Gy), aunque todo es relativo para el metabolismo de cada persona.

Células y organismos: después de 100 Gy, se produce la “muerte celular”, es decir, se para el proceso de reproducción o metabolismo.

Genes: produce alteraciones con repercusiones en las siguientes generaciones (genes recesivos).

Dosis peligrosas para el hombre

Fuentes de radiación natural:

  • Radiación cósmica (Sol y medio interestelar): constituida por radiación  y protones muy energéticos pueden ionizar los átomos de la atmósfera, produciendo partículas y productos secundarios como electrones, positrones, radiación , etc. Esto puede ser absorbido por la propia atmósfera o puede llegar a la superficie terrestre llegando a gran profundidad. 14C y 3H, son potencialmente peligrosos para el organismo (radioisótropos peligrosos).

  • Radiación terrestre: en la superficie terrestre existen radionúclidos o radioisótropos como 40K, 238U, 252Th, que pueden dar lugar a otros muy peligrosos y que además tienen una vida media aproximada de unos 200 años.

Pueden ser inhalados o ingeridos.

En las playas gallegas, es muy abundante el To radiactivo.

La altura y la formación geológica también influyen en la carga de estos números:

Alturas de 2000 m radiación cósmica de 1.2 mSv/año

Brasil e India abundante To: 1000 mSv/año

Cargas adicionales:

Utilización en medicina, pruebas de armamento, industria y ciencia. Así tenemos datos del Reino Unido donde:

  • Medicina 340 Sv/año (radiosótropos)

  • Vecindad a una planta nuclear 300 Sv/año (límite legal).

  • Armamento 1.2 Sv/año (durarán hasta el año 2000).

Normas internacionales I.C.R.P. (dosis máximas recomendadas)

- Ver tablas de datos (divididas en población general, trabajadores en plantas nucleares (con dosímetro y sin él) y estudiantes.

1

Z es el nº de átomos de la partícula.

A es el nº atómico de la partícula absorbente.

I es el potencial de ionización.

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Ix es la intensidad de la radiación después.

I0 es la intensidad de la radiación antes.

 es el coeficiente de absorción con tres componentes

 es el coef. de absorción fotoeléctrico.

 es por efecto Comptom

 por producción de pares

TLE (Kev/)

Q

4

1

0

1

10

100

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