Instrumentos para la detección de las radiaciones ionizantes

RADIACTIVIDAD Física nuclear En la naturaleza existen elementos cuyos núcleos son inestables (sustancias radiactivas), y tratan de transformarse en otros elementos estables emitiendo radiaciones capaces de penetrar cuerpos opacos, ionizar el aire, impresionar las placas fotográficas y excitar la fluorescencia de ciertas sustancias. Este fenómeno se conoce con el nombre de radiactividad. La radiactividad pude ser: - Natural - Artificial Existen tres tipos de emisiones radiactivas: Radiación a Radiación b Radiación g 2

LAS PARTÍCULAS O RAYOS ALFA (α) Denominada helión debido a que son idéntica al núcleo del helio. Son partículas positivas formada por 2 protones y 2 neutrones.

Los rayos beta son partículas negativas idénticas a los electrones, su velocidad es casi igual a la luz , producto del decaimiento radiactivo de algunos isótopos.

LOS RAYOS GAMA ( γ) Son ondas electromagnéticas parecidos a los rayos X, son muy penetrantes, son eléctricamente neutro por los que son desviados por los campos eléctricos magnéticos.

UNIDADES RADIOLOGICAS Comisión Internacional de Unidades y Medidas de Radiación (ICRU) ACTIVIDAD = Bequerelio (Bq), Curio (Ci) = 37 MBq.

Características de la desintegración radiactiva Ley de desintegración (Elster y Geitel) N = Noe-t No: nº de átomos iniciales N: nº de átomos que quedan sin desintegrar en el instante t : Constante de desintegración (probabilidad de que un núcleo radiactivo se desintegre) El número de núcleos que quedan sin desintegrar disminuye exponencialmente con el tiempo

Características de la desintegración radiactiva Actividad (velocidad de desintegración): número de desintegraciones que se producen por unidad de tiempo A = dN/dt = N Periodo de semidesintegración: tiempo que debe transcurrir para que el número de núcleos de una muestra se reduzca a la mitad T1/2 = 0,693/  Vida media: tiempo que, por término medio, tardará un núcleo en desintegrarse  = 1/  = T1/2 /0,693

QUÉ ES EXPOSICIÓN? El Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA),emplea el término EXPOSICIÓN en un sentido genérico y refiriéndolo a la irradiación ionizante de personas…

Irradiación Irradiación externa Irradiación interna Significa someter a una persona u objeto a las radiaciones emitidas por una fuente radiactiva, y puede ser de dos tipos: Irradiación externa La fuente radiactiva esta fuera del organismo. Irradiación interna La fuente radiactiva esta dentro del organismo. El material radiactivo debe ingresar diversas vías, como: ingestión, inhalación, absorción a través de la piel por medio del torrente sanguíneo por algún corte o herida. 10

DOSIS Es una medida del efecto que causa la radiación sobre el receptor. La dosis depende tanto de la energía que se libera en el receptor como de la calidad de la radiación Es muy importante no confundir la actividad o la energía de la radiación con la dosis.

UNIDADES RADIOLOGICAS Comisión Internacional de Unidades y Medidas de Radiación (ICRU) ACTIVIDAD = Bequerelio (Bq), Curio (Ci) = 37 MBq.

ACTIVIDAD Becquerel (Bq) Unidad de radiactividad del Sistema Internacional, que equivale a una desintegración nuclear por segundo. (1 Bq = 1 s-1 ) Curie (1 Ci = 3,7 1010 Bq) 1 Bq = 2.7 x 10-11 C El curio indicaba cómo se emitían partículas alfa o beta o rayos gama de una fuente radiactiva, por unidad de tiempo, pero no indicaba cómo podría afectar dicha radiación a los organismos vivos.

ENERGIA DEPOSITADA 1Gy = 100 RAD Gray (1 Gy = 1 J kg-1) El Gray (símbolo Gy) es una unidad derivada del Sistema Internacional de Unidades que mide la dosis absorbida de radiaciones ionizantes por un determinado material. Un Gray es equivalente a la absorción de un julio de energía ionizante por un kilogramo de material irradiado. El gray es le unidad correcta que se debe usar cuando se desea medir la energía absorbida por unidad de masa Abreviación Gray: Botánico Samuel Frederick Gray (1766-1828). Esta unidad se estableció en 1975. Gray (1 Gy = 1 J kg-1) 1Gy = 100 RAD

Ley del inverso del cuadrado de la distancia Para las aplicaciones médicas de las radiaciones es fundamental la Ley del inverso del cuadrado de la distancia, que indica que la intensidad de la radiación electromagnética que incide sobre una superficie esta en relación inversa con el cuadrado de la distancia entre el foco emisor y dicha superficie.

EFECTOS BIOLOGICOS Dependen del tipo de radiación a través de un factor de calidad (ponderación) WR y la energía depositada: Sievert (1 Sv = 1 J kg-1) Rem (Röntgen equivalent man) = 0.01 Sv

DOSIS EQUIVALENTE. Se mide en Sievert (Sv) 100 rems Tiene en cuenta tanto la cantidad de energía que absorbe el tejido vivo como la calidad de sus repercusiones biológicas según el tipo de radiación.

UNIDADES DE DOSIMETRÍA Factores de calidad (WR) Tipo de radiación Q WR Rayos X, g 1 Electrones Neutrones térmicos 2.3 Neutrones rápidos 10 Protones Partículas a 20 Física Nuclear y de Partículas

DOSIS EFECTIVA Definición: Suma ponderada de las dosis equivalentes medias recibidas en distintos órganos o tejidos. DE = Σ WT DEquT DEquT es la dosis equivalente en el órgano T y Wt el factor de ponderación de ese órgano (proporción de riesgo debida al órgano T, dentro del riesgo total, cuando se sufre una irradiación uniforme).

Instrumentos para la detección de las radiaciones ionizantes TM Juan Maulén A. USS P.Montt

Características de la Radiación… La radiación ionizante NO es perceptible por los sentidos (no se siente, no tiene olor, no se ve), es necesario valerse de instrumentos apropiados para detectar su presencia.

Radiación y Detectores Interesan su intensidad, su energía, o cualquier otra propiedad que ayude a evaluar sus efectos. Cada case de detector es sensible a cierto tipo de radiación y a cierto intervalo de energía. Muy importante seleccionar el detector adecuado a la radiación que se desea medir. El no hacerlo puede conducir a errores graves.

¿Cómo funcionan los detectores…? Las radiaciones  ionizan átomos. Como consecuencia puede haber emisión de luz, cambio de temperatura, o efectos químicos,  Indica la presencia de radiación.

Transductores de Energía Los detectores son transductores de energía: transforma la energía de la radiación ionizante en otro tipo de energía que podemos cuantificar fácilmente, por ejemplo en pulsos eléctricos, emisiones de luz y cambios de propiedades en los materiales tales como el color. Radiación ionizante Manifestaciones visibles de la energía Detector No se ve, no se oye, no se siente… TRANSDUCCIÓN

Métodos de detección de radiación ionizante más empleados… Ionización de gases Centelleo de sustancias Termoluminiscencia (dosimetría) Película fotográfica (dosimetría)

Detectores de Ionización de gases El paso de la radiación ionizante (partículas o fotones) en un gas, produce pares iónicos (separación de partículas en positivas-negativas). Las partículas  y  producen ionización directamente, al interaccionar con los electrones orbitales y sacarlos de los átomos. Los fotones (radiación gamma y rayos X) producen ionización indirectamente.

Detectores de Ionización de gases …constan de un gas encerrado en un recipiente de paredes tan delgadas como sea posible para no interferir con la radiación incidente. Los iones positivos y negativos (electrones), producidos por la radiación dentro del gas, se recogen directamente en un par de electrodos a los que se aplica un alto voltaje. En otras palabras los Iones generados se cuentan.

Gas en el Interior

¿Qué pasa con la radiación que incide den el detector gaseoso? Los iones creados por la radiación son acelerados por el campo eléctrico del detector… Iones primarios: los iones creados por la radiación incidente Ionizaciones secundarias: iones creados por los iones primarios. Recombinación: los iones creados se “rejuntan” y se neutralizan.

Los diferentes detectores gaseosos Cámara de ionización proporcionales Geiger-Müller  se distinguen por su operación en diferentes regiones de voltaje…

Detectores gaseosos v/s diferencia potencial

En la región II, el número de iones colectados no cambia si se aumenta el voltaje. Se recogen en los electrodos esencialmente todos los iones primarios; es decir, no hay ni recombinación ni ionización secundaria. Por esta razón, el tamaño del pulso depende de la ionización primaria y, por lo tanto, de la energía depositada por cada radiación. Se llama región de cámara de ionización y se usa para medir la energía de la radiación, además de indicar su presencia.

Región Geiger Müller Región V, también llamada Geiger-Müller. En esta región la ionización secundaria y la multiplicación son tan intensas que se logra una verdadera avalancha de cargas en cada pulso. Los pulsos son grandes por la gran cantidad de iones colectados, pero se pierde la dependencia en la ionización primaria.

Los detectores Geiger-Müller… ...o sencillamente contadores Geiger, son indicadores de la presencia de radiación, pero no pueden medir su energía. Son los más usados porque son fáciles de operar, soportan trabajo pesado, son de construcción sencilla y se pueden incorporar a un monitor portátil.

Eficiencia de un Detector Una eficiencia de 100% implica que todas las radiaciones que llegan son detectadas. En cambio una eficiencia de 1%, por ejemplo, significa que de cada 100 radiaciones que recibe, cuenta sólo una. Es importante conocer la eficiencia de cualquier detector (calibrarlo) para tomarla en cuenta al calcular la dosis recibida. !

Calibración de un detector Es el conjunto un proceso que se realiza bajo condiciones específicas, para establecer la relación entre los valores indicados por el instrumento y los valores conocidos (convencionalmente verdaderos) de una magnitud, normalmente implica el ajuste de los controles internos del instrumento para que produzca una lectura igual al valor considerado verdadero, en todo su intervalo de medición.

Los Detectores gaseosos… Debido a la baja densidad de un gas (comparado con un sólido), los detectores gaseosos tienen baja eficiencia para detectar rayos X o gamma (típicamente del orden del 1%) Sin embargo, detectan prácticamente todas las alfas o betas que logran traspasar las paredes del recipiente.

Tiempo Muerto de un detector Los electrones producidos en la ionización, por ser muy veloces, llegan rápidamente al ánodo (+), provocando una caída brusca de su voltaje en una fracción de microsegundo. Los iones positivos se mueven más lentamente, tardando cientos de microsegundos en llegar al cátodo para restablecer las condiciones iniciales.

Tiempo Muerto de un detector Durante este tiempo, llamado tiempo muerto del detector, el detector NO puede producir nuevos pulsos, es decir: Durante el Tiempo Muerto de un detector NO es posible detectar la presencia de Radiación. ! !

Tiempo Muerto de un detector PRECAUCIONES! Existe la posibilidad de que llegue una radiación antes de que el detector se restablezca de la anterior, o sea dentro del tiempo muerto, en cuyo caso la nueva radiación no se registra, entonces la lectura será errónea. Si la rapidez (razón) de conteo es muy alta, por ejemplo si uno acerca demasiado el detector a la fuente radiactiva, existe la posibilidad de que deje de contar. Esto se debe a que las radiaciones muy seguidas unas de otras llegan al detector antes de que éste se pueda restablecer. Se dice entonces que … … el detector está saturado y marca la máxima lectura posible. Ésta es una condición peligrosa porque el detector puede no contar nada de radiación a pesar de estar dentro de un campo de radiación muy intenso. ! ¡¡MUCHO OJO!!

Cámara de Ionización de Bolsillo El desplazamiento de la fibra depende de la exposición y se puede observar directamente sobre la escala calibrada en unidades de exposición. Ventajas: Son de lectura directa Se pueden usar muchas veces Desventajas: No son de registro permanente son más costosos Son muy sensibles a golpes y maltratos 0 50 100 150 200 miliRoentgens miliRoentgens 0 50 100 150 200

Detector de Centelleo Este tipo de detector aprovecha el hecho de que…  …la radiación produce pequeños destellos luminosos en ciertos sólidos.  Esta luz se recoge y transforma en un pulso eléctrico. Pulso eléctrico Radiación ionizante Luz Detector de centelleo

Detector de Centelleo Ventajas Un sólido, por su mayor densidad, es más eficiente en detener la radiación que un gas. Por lo tanto la eficiencia de un detector de centelleo es muy superior a la de uno de gas, especialmente para rayos gamma. El proceso de luminiscencia, o sea la absorción de radiación y la posterior emisión de luz, es muy rápido, y por tanto disminuye el tiempo muerto.

Detector de Centelleo características El material que produce el destello se llama cristal de centelleo. Se selecciona para que tenga una alta eficiencia en absorber radiación ionizante y emitir luz (luminiscencia). El material más empleado como cristal de centelleo es el yoduro de sodio activado con talio, NaI (Tl), es de bajo costo y es muy estable. Otro muy común es el yoduro de cesio activado con talio, CsI (Tl) y el Germaniato de bismuto.

Detector de Centelleo Con objeto de transformar la pequeña cantidad de luz producida por un cristal de centelleo en una señal eléctrica que se puede manejar con más comodidad, se pone en contacto con un dispositivo llamado tubo fotomultiplicador.

Dosímetro de Película Utilizan película fotográfica (AgBr –bromuro de plata) El oscurecimiento de la película fotográfica se mide con un desintómetro – que mide la transmisión de la luz- y de allí se deduce la dosis recibida. Incluyen filtros de diversos materiales absorbedores de radiación: plomo, cobre, cadmio, aluminio.

Dosímetro de Película Ventajas: Son debajo costo. Fáciles de usar. Resistentes. Permiten tener un registro permanente de la dosis acumulada. Desventajas: Sensibles a la luz y a la humedad Solo se pueden usar una vez –la película fotográfica- Su efectividad dependen de la dosis que deben medir

Dosímetros Termo-luminiscentes Contienen fluoruro de litio (LiF) o fluoruro de calcio (CaF2), que son cristales que atrapan electrones provenientes de la radiación (ionización). Su lectura se lleva a cabo en laboratorios. TIENEN UN NÚMERO CONTROL DEL PERSONAL 49

Dosímetros Termo-luminiscentes Termo luminiscencia: Propiedad de los materiales en los que, al ser calentados emiten luz. En estos Dosímetros, la cantidad de luz emitida es proporcional a la Dosis Acumulada. Ventajas: Costo moderado Son resistentes Pueden usarse varias veces Más precisos que los fotográficos Desventajas Las lecturas no son inmediatas Requieren de un equipo especial para su lectura

Dosimetros Termoluminescente A small semiconductor material called a thermoluminescent dosimeter (TLD) may also be used to monitor radiation exposure. When radiation interacts with a TLD, the energy is stored in the material. When heated, the energy is released as light, and the amount of light is proportional to the amount of energy stored. The TLD most commonly used for monitoring is lithium fluoride, usually found as chips that are about 1/2 cm2. This size is readily incorporated into rings for finger monitoring and plastic-encased clips or elastic bands for attachment to eyeglasses. Advantages: primarily its size and limited energy dependence. In addition, it is relatively insensitive to temperature and humidity and does not fade with time. Disadvantages: once it is heated and the reading is recorded, the only permanent record is that reading. Another disadvantage is the cost. In situations where dosimeters are exchanged montly, TLD is more expensive.

Dosímetros Electrónicos Monitoreo de áreas, mide la rapidez de dosis de exposición. Monitoreo personal Dosímetro Tasa de radiación a la cual un individuo estará o esta siendo expuesto, El dosímetro oficial (TLD) solo proporciona lecturas totales, y de forma no instantánea --puesto que requiere ser leído--, de dosis la absorbida. 52

Dosímetros Electrónicos Ventajas: Proporcionan un aviso continuo Tienen alarma (audible) Cuando se rebasa la dosis predefinida Cuando se excede la rapidez de dosis La intensidad de la alarma se incrementa al aumentar la exposición. Muestran la dosis acumulada en un indicador digital y se mantiene en la memoria y también es posible borrarla Desventajas: Su sensibilidad depende del tipo de radiación con el que se vaya a emplear

Detectores Portátiles El uso de detectores portátiles requiere de manejo apropiado, para lo cual se deben tener en cuenta las siguientes precauciones: Manejar el medidor con cuidado, como instrumento delicado. Asegurar que el medidor esté apagado cuando no esté en uso y antes de emplearlo verificar el estado de las baterías. Interpretar en forma adecuada los números que aparecen en la pantalla. Los medidores de radiación tienen diferentes escalas, así que se debe estar seguro en qué escala se está tomando la lectura. !

Detectores fijos Son aquellos que se localizan siempre en un sitio específico de una instalación. Los detectores fijos se emplean para diversos propósitos, por ejemplo: monitoreo de personal, vestuario, equipo y materiales; monitoreo de efluentes gaseosos y líquidos; medición continua de la rapidez de exposición en un sitio, etc.

Existe una variedad muy amplia de monitores , cada uno de ellos está diseñado para satisfacer ciertas necesidades, los hay analógicos y digitales. El monitor se alimenta con baterías, la fuente de bajo voltaje sirve para aportar a cada circuito la corriente que requiera, cuenta con un circuito para comprobar el estado de las baterías e indica cuando deben remplazarse;

Criterios generales para la selección de un detector …considerar tanto las características del fenómeno a observar o medir, como las de la información que deseamos obtener…

Dosimetría La vigilancia radiológica del personal es una necesidad de protección y una obligación reglamentaria. El personal de respuesta a la emergencia debe monitorear su exposición total a la radiación, durante sus funciones. ¿De qué personas debe llevarse el control radiológico? De quienes se espera … …que el nivel de dosis o de incorporación sea de “consideración” en relación con los límites. …probables variaciones en las dosis e incorporaciones.

Dosímetros ¿Para qué sirve un Dosímetro? Los Dosímetros personales son dispositivos o instrumentos que puede portar cómodamente el trabajador y que registran la dosis acumulada que recibe durante su trabajo. 59

Tipos de Dosímetros Cámaras de ionización de lectura directa De película fotográfica Termo-luminiscentes (TLD) Electrónicos Los dosímetros personales permiten hacer una medición de la dosis recibida y hacer un seguimiento de la dosis acumulada en un período de tiempo determinado,