2.1 Necesidad de un sistema de unidades

Antes de empezar a estudiar los efectos de la radiación es necesario definir las unidades que usaremos para cuantificarlos. El término efectos de la radiación es extremadamente amplio, ya que depende mucho del material sobre el que incide la radiación, pero por razones comprensibles, desde el descubrimiento de la radiactividad existe un interés general en conocer el efecto de la radiación sobre un medio particular: el tejido biológico, o para ser más concretos: el efecto de la radiación sobre nosotros.

Tanto el tejido biológico como los efectos de la interacción de la radiación sobre él son muy complejos y constituyen un activo campo de investigación. Pero el tema va más allá de la complejidad técnica, ya que la preocupación social sobre su peligrosidad ha conducido a los cuerpos gubernamentales a promulgar leyes y regulaciones sobre este tema. El científico y, en general, cualquier persona en contacto frecuente con la radiación debe conocer dichos efectos y regulaciones legales al respecto. La falta de información y el sensacionalismo que rodea este tema (medios de comunicación, televisión, cine, etc) complican aún más las cosas y contribuyen muchas veces a crear un clima que no favorece a la objetividad.

Por estas razones, es fundamental abordar este tema de una forma objetiva y científica. Ciertamente uno de los primeros pasos a dar es la definición de un sistema de unidades cuantitativas con las que trabajar. Por razones históricas, en dosimetría existen principalmente dos sistemas de unidades:

Curie, Roentgen, Rad y rem: Constituyen el sistema convencional de unidades (CS). La radiactividad es un fenómeno que el hombre conoce desde hace más de un siglo. En un principio los efectos de la radiación no se comprendían bien y, como consecuencia, surgió un sistema de unidades que no era del todo consistente, pero que se ha utilizado en la práctica hasta ahora. Estas unidades se usan, por ejemplo, en las regulaciones gubernamentales sobre radiación y en la calibración de muchos instrumentos de medida.

Becquerel, Gray y Sievert: En los últimos años la Comisión Internacional para la Protección contra la Radiación (ICRP) ha definido un sistema de unidades que es consistente con el sistema métrico decimal o SI. Estas unidades son de uso creciente, sobre todo en Europa.

Consideremos ahora los distintos fenómenos asociados con la radiación que tienen que ser cuantificados. Es necesario describir cuantitativamente lo que sucede desde que la radiación es emitida por una fuente hasta que produce su efecto final, lo que se puede dividir en cuatro etapas:

1. Definición de intensidad de la fuente radiactiva (Curie, Becquerel). Son necesarias unidades que definan la tasa o razón a la que la radiación está siendo emitida y la cantidad total de radiación que puede eventualmente ser liberada por la fuente.

2. Definición del campo de radiación alrededor de una fuente (Roentgen). La radiación se extiende alrededor de una fuente creando un campo. Se requieren unidades que especifiquen la intensidad de dicho campo en cada punto. Los campos de partículas cargadas (radiación $\alpha$ y $\beta$) se extienden a una distancia finita, mientras que el campo de partículas neutras (radiaicón $\gamma$, neutrones) disminuye progresivamente con la distancia.

3. Interacción de la radiación con la materia (Rad, Gray). El campo de radiación interacciona con la materia. En este proceso se transfiere energía desde el campo de radiación a la materia. Son necesarias unidades que cuantifiquen la concentración de la energía depositada y la tasa o razón a la que se deposita.

4. Consecuencias producidas por la energía depositada (rem, Sievert). Este es el paso final y más complicado. La razón está en que, especialmente en el caso del tejido biológico, el término consecuencias incluye una amplia variedad de mecanismos y efectos. Para ilustrar ésto, consideremos dos tipos específicos de radiación:
   1. Una fuente de $^{60}$Co emite rayos $\gamma$ en el rango de $\sim 1.25$ MeV. Supongamos que uno de los fotones penetra en la mano de un técnico que maneja la muestra y que a medida que se mueve a través del tejido y los huesos interacciona dos veces y se disipa. En cada interacción transfiere una parte de su energía a los electrones. Los electrones recorren sólo una corta distancia y transfieren su energía cinética al tejido a lo largo de dos cortas trayectorias aisladas.

   2. El isótopo $^{222}$Rn es un gas que emite partículas $\alpha$. Si se inhala y se desintegra, la partícula $\alpha$ será emitida directamente en el tejido pulmonar. Las partículas $\alpha$ son pesadas y doblemente cargadas. Al frenarse dejan detrás una corta, pero densa estela de tejido ionizado.

   No es necesario ser un Biólogo para apreciar que, incluso si la cantidad de energía depositada por estos dos eventos es idéntica, los respectivos efectos sobre el tejido biológico van a ser completamente diferentes. Este ejemplo ilustra las siguientes diferencias sobre las que queremos llamar la atención:

   • Es necesario diferenciar entre campos de radiación internos y externos.
   • Es necesario diferenciar si la energía se deposita de una forma concentrada o si se distribuye de forma disconexa
   • Es necesario diferenciar en qué tipo de órgano se produce el depósito de energía.

   Todos estos efectos deben ser tenidos en cuenta a la hora de evaluar el efecto de la radiación ionizante sobre el tejido biológico.