Roentgen (unidad)

El roentgen o röntgen ( / ˈ r ɛ n t ɡ ə n , - dʒ ə n , ˈ r ʌ n t -/ ; ^{[ 2 ]} símbolo R ) es una unidad de medida tradicional para la exposición a rayos X y rayos gamma , y ​​se define como la carga eléctrica liberada por dicha radiación en un volumen específico de aire dividida por la masa de ese aire ( statcoulomb por kilogramo). En 1928, se adoptó como la primera magnitud de medida internacional para la radiación ionizante que se definió para la protección radiológica , ya que era entonces el método más fácil de replicar para medir la ionización del aire mediante cámaras de ionización . ^{[ 3 ]} Recibe su nombre del físico alemán Wilhelm Röntgen , quien descubrió los rayos X y fue galardonado con el primer Premio Nobel de Física por dicho descubrimiento.

Sin embargo, aunque esto representó un gran avance en la estandarización de la medición de la radiación, el roentgen tiene la desventaja de que solo mide la ionización del aire y no la absorción directa de la radiación en otros materiales, como diferentes tipos de tejido humano . Por ejemplo, un roentgen deposita 0,00877 grays (0,877 rads ) de dosis absorbida en aire seco, o 0,0096 Gy (0,96 rad) en tejido blando. ^{[ 3 ]} Un roentgen de rayos X puede depositar entre 0,01 y 0,04 Gy (1,0 y 4,0 rad) en el hueso, dependiendo de la energía del haz. ^{[ 4 ]}    

A medida que se desarrollaba la ciencia de la dosimetría de radiación , se comprendió que el efecto ionizante, y por lo tanto el daño tisular, estaba vinculado a la energía absorbida, no solo a la exposición a la radiación. En consecuencia, se definieron nuevas unidades radiométricas para la protección radiológica que tuvieron esto en cuenta. En 1953, la Comisión Internacional de Unidades y Medidas de Radiación (ICRU) recomendó el rad, igual a 100 erg/g, como unidad de medida de la nueva magnitud de radiación , la dosis absorbida . El rad se expresó en unidades cgs coherentes . ^{[ 5 ]} En 1975, la unidad gray fue designada como la unidad SI de dosis absorbida. Un gray es igual a 1 J/kg (es decir, 100 rad). Además, se definió una nueva magnitud, el kerma , para la ionización del aire como la exposición para la calibración del instrumento, y a partir de esta se puede calcular la dosis absorbida utilizando coeficientes conocidos para materiales objetivo específicos. Actualmente, para la protección radiológica, se utilizan mayoritariamente las unidades modernas: la dosis absorbida para la absorción de energía y la dosis equivalente ( sievert ) para el efecto estocástico, mientras que el roentgen se usa muy raramente. El Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) nunca ha aceptado el uso del roentgen.

El roentgen se ha redefinido a lo largo de los años. La última definición la realizó el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de EE. UU. en 1998 como2,58 × 10 ⁻⁴ C /kg  , con la recomendación de que la definición se incluya en cada documento donde se utilice el roentgen. ^{[ 6 ]}

El roentgen tiene sus raíces en la unidad Villard definida en 1908 por la American Roentgen Ray Society como "la cantidad de radiación que libera por ionización una ues de electricidad por cm³ ^de aire en condiciones normales de temperatura y presión". ^{[ 7 ] [ 8 ] Usando} 1  ues ≈ 3,33564 × 10⁻¹⁰ ^C y la densidad del aire de ~1,293 kg/m³ ^a 0 °C y 101 kPa, esto se convierte en 2,58 × 10⁻⁴ ^{C /kg, que es el} valor moderno dado por el NIST.       

1 ⁠ esu / cm ³ ⁠ × 3,33564 × 10 ⁻¹⁰ ⁠ C / esu ⁠ × 1.000.000 ⁠ cm ³ / m ³ ⁠ ÷ 1,293 ⁠ kg / m ³ ⁠ = 2,58 × 10 ⁻⁴ ⁠ C / kg ⁠         

Esta definición se utilizó con diferentes nombres ( e , R y unidad alemana de radiación ) durante los siguientes 20 años. Mientras tanto, al roentgen francés se le dio una definición diferente que equivalía a 0,444 R alemanes.

Definición de la ICRP

La introducción de la unidad de medida roentgen, que se basaba en la medición de la ionización del aire, reemplazó prácticas anteriores menos precisas que se basaban en la exposición cronometrada, la exposición a películas o la fluorescencia. ^{[ 12 ]} Esto condujo al establecimiento de límites de exposición, y el Consejo Nacional de Protección Radiológica y Mediciones de los Estados Unidos estableció el primer límite de dosis formal en 1931 como 0,1 roentgen por día. ^{[ 13 ]} El Comité Internacional de Protección contra Rayos X y Radio , ahora conocido como la Comisión Internacional de Protección Radiológica (ICRP), pronto siguió con un límite de 0,2 roentgen por día en 1934. ^{[ 14 ]} En 1950, la ICRP redujo su límite recomendado a 0,3 roentgen por semana para la exposición de cuerpo entero.

La Comisión Internacional de Unidades y Medidas de Radiación (ICRU) adoptó la definición del roentgen en 1950, definiéndolo como "la cantidad de radiación X o γ tal que la emisión corpuscular asociada por 0,001293 gramos de aire produce, en el aire, iones que transportan 1 unidad electrostática de cantidad de electricidad de cualquier signo". ^{[ 15 ]} El límite de 3 MeV ya no formaba parte de la definición, pero la utilidad degradada de esta unidad a altas energías de haz se mencionaba en el texto adjunto. Mientras tanto, se había desarrollado el nuevo concepto de hombre equivalente de roentgen (rem).

A partir de 1957, la ICRP comenzó a publicar sus recomendaciones en términos de rem, y el roentgen cayó en desuso. La comunidad de imágenes médicas aún necesita mediciones de ionización, pero gradualmente se pasó al uso de C/kg a medida que se reemplazaban los equipos antiguos. ^{[ 17 ]} La ICRU recomendó redefinir el roentgen para que fuera exactamente 2,58  ×  10 ⁻⁴  C/kg en 1971. ^{[ 18 ]}

Aunque el roentgen era una magnitud fácil de medir con una cámara de ionización de aire, tenía la desventaja de que no era una medida directa ni de la intensidad de los rayos X ni de su absorción, sino más bien una medida del efecto ionizante de los rayos X en una circunstancia específica: aire seco a 0 °C y 1 atmósfera estándar de presión. ^{[ 25 ]} 

Debido a esto, la relación entre la dosis de radiación y la cantidad de energía absorbida por unidad de masa en el material objetivo era variable, ya que los diferentes materiales presentan características de absorción distintas. Con el desarrollo de la dosimetría radiológica, esto se consideró una grave deficiencia.

En 1940, Louis Harold Gray , quien había estado estudiando el efecto del daño por neutrones en el tejido humano, junto con William Valentine Mayneord y el radiobiólogo John Read, publicó un artículo en el que se propuso una unidad de medida, denominada " gramo roentgen " (símbolo: gr), definida como "la cantidad de radiación de neutrones que produce un incremento de energía en un volumen unitario de tejido igual al incremento de energía producido en un volumen unitario de agua por un roentgen de radiación" ^{[ 26 ]} . Se encontró que esta unidad era equivalente a 88  ergios en el aire. En 1953, la ICRU recomendó el rad , igual a 100  erg/g, como la nueva unidad de medida de la radiación absorbida. El rad se expresó en unidades cgs coherentes. ^{[ 27 ]}

A finales de la década de 1950, la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM) invitó a la ICRU a unirse a otros organismos científicos para trabajar con el Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) en el desarrollo de un sistema de unidades que pudiera usarse de manera consistente en muchas disciplinas. Este organismo, inicialmente conocido como la "Comisión para el Sistema de Unidades", renombrado en 1964 como el "Comité Consultivo para las Unidades" (CCU), fue responsable de supervisar el desarrollo del Sistema Internacional de Unidades (SI). ^{[ 28 ]} Al mismo tiempo, se hacía cada vez más evidente que la definición del roentgen era incorrecta, y en 1962 se redefinió. ^{[ 29 ]} El CCU decidió definir la unidad SI de radiación absorbida en términos de energía por unidad de masa, que en unidades MKS era J/kg. Esto fue confirmado en 1975 por la 15.ª CGPM, y la unidad recibió el nombre de «gray» en honor a Louis Harold Gray, fallecido en 1965. El gray equivalía a 100 rad. La definición del roentgen resultaba atractiva por su relativa simplicidad para los fotones en el aire, pero el gray es independiente del tipo de radiación ionizante primaria y puede utilizarse tanto para el kerma como para la dosis absorbida en una amplia gama de materiales. ^{[ 30 ]}

Al medir la dosis absorbida en un ser humano debido a la exposición externa, se utiliza la unidad del SI, el gray , o su equivalente no perteneciente al SI, el rad . A partir de estos, se pueden desarrollar los equivalentes de dosis para considerar los efectos biológicos de diferentes tipos de radiación y materiales objetivo. Estos son la dosis equivalente y la dosis efectiva , para las cuales se utiliza la unidad del SI, el sievert , o la unidad no perteneciente al SI, el rem .

La siguiente tabla muestra las cantidades de radiación en unidades del SI y en unidades que no pertenecen al SI:

• Gray (unidad) – Unidad del SI de dosis absorbida
• Órdenes de magnitud (radiación)
• Rad (unidad) – unidad cgs de dosis absorbida
• Roentgen equivalente hombre , o rem – una unidad de dosis equivalente de radiación
• Sievert (símbolo: Sv): unidad derivada del SI de dosis equivalente
• Wilhelm Röntgen

• NIST: Unidades fuera del SI
• Unidades de dosis de radiación – Sociedad de Física de la Salud