Biofísica de la radiación

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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)
− Resumiendo:
! 
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:
Están localizadas en zonas de baja, media y alta energía.
1
EFECTO FOTOELECTRICO
(rango entre 0 1 Mev)
(Ee = suministra − adquiere)
Para radiaciones de baja energía (rayos �)
; 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:
(rango entre 1 10 Mev) (radiación � media)
FORMACION DE PARES
h� − 1.02 = Ee+ + Ee−
El mínimo de energía corresponde a la masa.
; (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,�)
2
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
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 (�)• 
3
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).
• 
4
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.
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/�)
5
Q
4
1
0
1
10
100
6