Atenuación de la radiación

Cómo funciona la atenuación

Un haz de radiación ionizante está compuesto de fotones que viajan en línea recta. Cuando golpea un material, los fotones interactúan con los átomos de la sustancia. Algunas interacciones resultan en la desaparición del fotón del haz original: toda su energía fue absorbida por un electrón del material (absorción fotoeléctrica), o fue dispersado en una dirección distinta (efecto Compton). Ambas posibilidades retiran fotones del haz que continúa hacia adelante.

En absorción, el fotón cede toda su energía. Un electrón es expulsado del átomo y el fotón desaparece completamente. En dispersión, el fotón colisiona pero no desaparece: pierde parte de su energía, es desviado de su curso, emerge en otra dirección. Ambos mecanismos hacen que el número de fotones en el haz original disminuya. Si el haz comenzó con N fotones/cm², el haz emergente tiene menos.

La reducción sigue una función exponencial. El grosor es crítico. Pero el material importa más. Plomo versus agua: enormemente distinto.

Factores que controlan la atenuación

El grosor del material es el factor más obvio. Cuanto más atraviesa el haz, más interacciones tienen lugar. Las propiedades del material también influyen decisivamente: su densidad y su número atómico. El plomo (Z=82) es mucho más efectivo que el agua (Z~7) o el aire. Un centímetro de plomo atenúa más radiación que un metro de agua.

La energía de los fotones influye de forma determinante. A bajas energías de rayos X (por debajo de 100 keV), predomina el efecto fotoeléctrico: absorción casi completa. A energías medias y altas (100 keV a 10 MeV), domina el efecto Compton: dispersión. A energías muy altas (por encima de 1 MeV), aparece la producción de pares electrón-positrón. Cada proceso tiene una probabilidad distinta según la energía, por lo que el coeficiente de atenuación varía continuamente con la energía del haz.

Diferentes materiales no atenúan igual. Número atómico y densidad determinan el comportamiento de cada uno. Las tablas de coeficientes de atenuación lineal existen porque el comportamiento varía tanto que la memorización es imposible. El cálculo requiere conocer el material, su energía incidente, y el grosor disponible.

Atenuación en diagnóstico por imagen

La radiología aprovecha que diferentes tejidos atenúan la radiación de manera distinta. El hueso, con mayor densidad y número atómico que los tejidos blandos, atenúa más. Por eso en una radiografía el hueso se ve blanco: menos radiación lo atraviesa. Los pulmones, llenos de aire, atenúan poco, por lo que se ven oscuros. Esta diferencia de atenuación crea el contraste que permite ver las estructuras.

Tomografía computarizada mide la atenuación de múltiples haces desde ángulos distintos. Un algoritmo reconstruye, a partir de esas medidas de atenuación diferencial, la distribución de densidades internas. Sin comprensión de la atenuación, esta reconstrucción sería imposible. La imagen es un mapa de atenuaciones. Nada más, pero nada menos.

Medicina nuclear también corrige por atenuación. El radiofármaco inyectado emite radiación. Esa radiación sufre atenuación al atravesar los tejidos del cuerpo antes de llegar al detector. Si no se corrige este efecto, las imágenes serían oscurecidas artificialmente en las zonas profundas. El algoritmo de corrección es automático, pero depende totalmente de cálculos de atenuación basados en la anatomía del paciente.

Protección radiológica basada en atenuación

La protección contra la radiación se basa en aprovechar la atenuación deliberadamente. Materiales con alta capacidad atenuadora se colocan entre la fuente de radiación y quien no necesita recibir esa radiación. El plomo es el más usado: delantales protectores, collares tiroideos, barreras en salas de radiología. El hormigón, denso y económico, se utiliza en las paredes de salas de radioterapia. El vidrio con plomo permite visualización sin comprometer la protección.

El objetivo es reducir la dosis a niveles seguros sin bloquear completamente la radiación. En diagnóstico, se necesita que suficiente radiación atraviese al paciente para que el detector forme la imagen. Un blindaje total haría eso imposible. La atenuación permite equilibrio: se diseña la protección de manera que la radiación llegando a órganos no expuestos sea mínima, pero la llegando al detector sea óptima para la calidad.

Proteger requiere cálculo. No se improvisa. El diseño depende de la energía de la radiación, el material escogido, el tiempo de exposición esperado, y la dosis máxima permitida. Una barrera de plomo insuficiente es inútil. Una sobredimensionada es costosa e impráctica. La atenuación debe ser comprendida para acertar en el diseño.

Optimización diagnóstica

Entender la atenuación permite mejorar calidad de imagen y reducir dosis al paciente simultáneamente. Si se conoce cuánta radiación absorbe cada tejido y material, se ajusta energía del haz, filtración, incluso algoritmos de reconstrucción. Máxima información con mínima dosis es el objetivo. En pediatría, donde la sensibilidad a radiación es mayor, esto es crítico.

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre absorción y dispersión?

Absorción: el fotón es completamente capturado. Su energía se transfiere a un electrón. Dispersión: colisiona pero sigue existiendo. Pierde energía, cambia dirección, emerge del material en otra trayectoria. Ambas reducen el haz original, pero los mecanismos físicos son radicalmente distintos.

¿Por qué el plomo es tan efectivo?

Número atómico alto (82) y densidad elevada (11,34 g/cm³). Ambas propiedades aumentan la probabilidad de que los fotones interactúen. Poco espesor de plomo atenúa mucha radiación. Otros materiales como hormigón o vidrio con plomo funcionan, pero requieren grosores mayores. Desde la era de Röntgen, el plomo sigue siendo el estándar en protección radiológica. No ha sido destronado.

¿Se puede eliminar completamente la radiación mediante atenuación?

Teóricamente no. La ecuación exponencial permite que siempre pase radiación. Pero prácticamente sí, con grosor suficiente. El espesor necesario para hacer la radiación indetectable es enorme y económicamente impracticable en casi cualquier contexto. La solución real es reducir a límites seguros según organismos de seguridad radiológica, no eliminación total.

¿Cambia la energía del haz la atenuación en un material dado?

Absolutamente. A mayor energía, menor es la atenuación en el mismo material. Radiación de alta energía atraviesa más fácilmente. Radioterapia usa fotones de energías altas porque necesita penetración profunda en el cuerpo. Radiología diagnóstica puede usar energías menores porque los espesores a penetrar son menores. El material es el mismo, el resultado no.

Referencias

1. Consejo de Seguridad Nuclear de España. Interacción de la radiación con la materia. Manual técnico. https://csn.ciemat.es.
2. Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos. Radiaciones ionizantes. Enciclopedia médica. MedlinePlus en español. https://medlineplus.gov/spanish/.
3. International Atomic Energy Agency. Protección radiológica en diagnóstico y medicina. Manual de seguridad. https://www.iaea.org.
4. Real Academia Nacional de Medicina de España. Diccionario de términos médicos. Atenuación. https://dtme.ranm.es.