Kerma (física)

En física de radiación, kerma es un acrónimo para "kinetic energy rpor unidad mass (alternately, "kinetic energy ren el extranjero matter, "kinetic energy ren el extranjero material, o "kinetic energy ren el extranjero materials"), definida como la suma de las energías cinéticas iniciales de todas las partículas cargadas liberadas por radiación ionizante sin carga (es decir, radiación ionizante indirecta como fotones y neutrones) en una muestra de materia, dividida por la masa de la muestra. Se define por el cociente ${displaystyle K=operatorname {d} !E_{text{tr}/operatorname {d} !m}$.

Unidades

La unidad SI de kerma es el gris (Gy) (o julio por kilogramo), la misma que la unidad de dosis absorbida. Sin embargo, el kerma puede ser diferente de la dosis absorbida, dependiendo de las energías involucradas. Esto se debe a que no se tiene en cuenta la energía de ionización. Si bien el kerma equivale aproximadamente a la dosis absorbida a bajas energías, el kerma es mucho mayor que la dosis absorbida a energías más altas, porque parte de la energía escapa del volumen absorbente en forma de bremsstrahlung (rayos X) o electrones que se mueven rápidamente, y no se cuenta como dosis absorbida.

Proceso de transferencia de energía

La energía de los fotones se transfiere a la materia en un proceso de dos pasos. Primero, la energía se transfiere a partículas cargadas en el medio a través de diversas interacciones de fotones (por ejemplo, efecto fotoeléctrico, dispersión Compton, producción de pares y fotodesintegración). A continuación, estas partículas cargadas secundarias transfieren su energía al medio mediante excitación atómica e ionizaciones.

Para fotones de baja energía, el kerma es numéricamente aproximadamente igual a la dosis absorbida. Para los fotones de mayor energía, el kerma es mayor que la dosis absorbida porque algunos electrones secundarios y rayos X altamente energéticos escapan de la región de interés antes de depositar su energía. La energía que se escapa se cuenta en kerma, pero no en dosis absorbida. En el caso de los rayos X de baja energía, esta distinción suele ser insignificante. Esto se puede entender cuando se observan los componentes del kerma.

Hay dos contribuciones independientes a la kerma total, colision kerma ${displaystyle k_{text{col}}$ y kerma radiativa ${displaystyle k_{text{rad}}$ - así, ${displaystyle K=k_{text{col}+k_{text{rad}}$. La cerma de colisión resulta en la producción de electrones que disipan su energía como ionización y excitación debido a la interacción entre la partícula cargada y los electrones atómicos. La kerma radiativa resulta en la producción de fotones radiativos debido a la interacción entre la partícula cargada y los núcleos atómicos (principalmente a través de la radiación Bremsstrahlung), pero también puede incluir fotones producidos por la aniquilación de positrones en vuelo.

Con frecuencia, la cantidad ${displaystyle k_{text{col}}$ es de interés, y se expresa generalmente como

${displaystyle k_{text{col}=K(1-g),}$

donde g es la fracción promedio de energía transferida a los electrones que se pierde durante la bremsstrahlung.

Calibración de instrumentos de protección radiológica

El kerma en aire es importante en la calibración práctica de instrumentos para medición de fotones, donde se utiliza para la calibración trazable de instalaciones de metrología de instrumentos gamma utilizando un sistema de "aire libre" Cámara de iones para medir el kerma en aire.

El informe de seguridad 16 de la OIEA establece que "la cantidad kerma en aire debe usarse para calibrar los campos de radiación de fotones de referencia y los instrumentos de referencia". Los instrumentos de vigilancia de la protección radiológica deberían calibrarse en términos de cantidades de dosis equivalentes. Los dosímetros de área o los medidores de dosis deben calibrarse en términos de dosis equivalente ambiental, H*(10), o dosis equivalente direccional, H′(0,07), sin ningún fantasma presente, es decir, libre en el aire."

Los coeficientes de conversión del kerma en aire en Gy a dosis equivalente en Sv se publican en el informe 74 (1996) de la Comisión Internacional de Protección Radiológica (ICRP). Por ejemplo, la tasa de kerma en aire se convierte en dosis equivalente en tejido utilizando un factor de Sv/Gy (aire) = 1,21 para Cs 137 a 0,662 MeV.