Un haz de protones monoenergético deposita la mayor parte de su energía en el denominado “pico de Bragg”. Así, en protonterapia se emplean protones acelerados a energías comprendidas entre 70 y 230 MeV, lo que permite optimizar el depósito de energía en el paciente, maximizando la absorción de dosis en el tumor y minimizando la irradiación de tejido sano circundante.

Durante su trayectoria, los protones pueden interaccionar con diferentes elementos del propio equipo o con el propio paciente, dando lugar a reacciones de fragmentación nuclear que producen radiación secundaria de campos mixtos de fotones y neutrones. Estos campos neutrónicos son el mayor problema radiológico en las instalaciones de protonterapia.

El espectro energético de los neutrones generados es amplio y puede clasificarse en cuatro componentes principales:

1) neutrones de alta energía producidos en cascadas intranucleares, con un espectro continuo con una energía máxima de 230 MeV y un pico alrededor de los 100 MeV

2) neutrones rápidos generados en procesos de evaporación en los núcleos excitados, con energías del orden de unos pocos MeV, y un pico en torno a 2 MeV

3) un gran intervalo epitérmico con una menor contribución neutrónica

4) neutrones térmicos producidos por la modelación de los neutrones en colisiones principalmente con las paredes, el aire y otros materiales presentes en la sala de irradiación, con un pico de energía en torno a 0.025 eV, correspondiente a la energía térmica a temperatura ambiente.

La presencia de estos campos neutrónicos influye de manera decisiva tanto en el diseño de la instalación —determinando la necesidad de blindajes masivos y sistemas de seguridad complejos— como en la dosis de radiación que pueden recibir los trabajadores de la instalación.

En este contexto resulta fundamental caracterizar y medir los campos neutrónicos no solo en el interior de la sala de tratamiento con el fin de estimar el riesgo radiológico si una persona se irradia accidentalmente durante un tratamiento, sino también en las zonas adyacentes, como la zona de entrada a la sala de tratamiento y en la sala de control, donde los niveles de radiación son ligeramente superiores al fondo ambiental.

Dado el amplio rango energético de los neutrones y las variaciones de tasa de dosis de varios órdenes de magnitud, es imprescindible disponer de detectores adecuados y conocer en detalle su capacidad metrológica en las instalaciones de protonterapia.