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Tema 6
           DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN


6.1. Introducción
            El objetivo de la dosimetría es medir las dos...
6.3. Detectores de ionización gaseosa
             Su fundamento físico reside en la capacidad que poseen las partículas, ...
Cuando la tensión aplicada entre los extremos de los electrodos es pequeña
alguno de los iones producidos en el interior d...
Los contadores Geiger no permiten conocer la calidad (tipo) de la radiación,
pero tienen la ventaja de que el impulso eléc...
(4) de alta calidad, y un microscopio (5), para leer la imagen de la fibra desde un retículo
(6).
            Para poner e...
Al obtener el valor de la densidad óptica que alcanza la película, podemos
conocer la dosis absorbida, tras un calibrado p...
Cuando el material TL recibe radiación se excitan sus átomos y se produce el
movimiento de los electrones libres, que deja...
Características del dosímetro utilizado en el Centro Nacional de Dosimetría.
*Detector:
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Tema 6 DosimetríA De La RadiacióN Rev 2005.

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Tema 6 (USC)

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Tema 6 DosimetríA De La RadiacióN Rev 2005.

  1. 1. Tema 6 DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN 6.1. Introducción El objetivo de la dosimetría es medir las dosis absorbidas (o cualquier otra magnitud radiológica relacionada). Para realizar la vigilancia radiológica de los trabajadores expuestos a las radiaciones ionizantes en una instalación se pueden realizar dos tipos de medidas: • Medida de la tasa de exposición o tasa de dosis absorbida en las áreas de trabajo (dosimetría ambiental) con equipos que registren las dosis en puntos claves de la instalación. • Medida periódica de las dosis acumuladas por cada individuo durante su jornada laboral (dosimetría personal), utilizando dispositivos que registren las dosis que recibe individualmente cada persona en esa instalación. 6.2. Fundamento físico de los monitores y dosímetros Para detectar la existencia de las radiaciones ionizantes que se generan en una instalación, se recurre al empleo de equipos, denominados genéricamente monitores de radiación, con los que medir y analizar las radiaciones. De esta forma , se puede prevenir al personal de los posibles efectos biológicos que pudieran producirse. Estos equipos de detección se basan en los siguientes fenómenos físico- químicos: a) Ionización de los gases: cuando la radiación ionizante llega a un gas provoca la ionización de una parte de sus átomos, liberándose iones positivos y electrones. El gas, que era un aislante eléctrico, pasa a ser parcialmente conductor. Midiendo la corriente eléctrica, se puede conocer la intensidad de la radiación que incidió. b) Excitación de luminiscencia en sólidos: cuando las radiaciones ionizantes atraviesan ciertas sustancias ceden a estas parte de su energía y provocan fenómenos de luminiscencia con emisión de fotones luminosos. Midiendo la luz emitida se conoce la radiación que incidió. c) Disociación de la materia: las radiaciones ionizantes pueden incidir sobre una película fotográfica y ennegrecerla. Midiendo la intensidad de ennegrecimiento de la película, se puede deducir la dosis de radiación recibida. El efecto físico que produce una partícula ionizante elemental es muy pequeño, pero ciertos detectores pueden amplificar suficientemente este efecto hasta transformarlo en una señal medible. Cuando al detector llega una gran cantidad de partículas, la señal eléctrica resultante se puede medir. Estos equipos se emplean para una detección global de la radiación ya que nos indican la existencia de radiaciones ionizantes. 1
  2. 2. 6.3. Detectores de ionización gaseosa Su fundamento físico reside en la capacidad que poseen las partículas, di- recta o indirectamente ionizantes, para ionizar el gas sobre el que inciden. El detector es un recinto relleno de gas a presión conveniente, donde se introducen dos electrodos entre los que se aplica una diferencia de potencial, y se les somete a un campo eléctrico. Los iones positivos y negativos que se generan tienden a separarse y las cargas eléctricas se colectan en los electrodos produciendo una señal eléctrica que se puede medir, indicando la llegada de radiación al detector (figura 6.1). La amplitud de la señal producida es proporcional al número de iones de cada signo colectados en los electrodos. Los iones positivos generados en el recinto gaseoso son colectados por el cátodo mientras que al ánodo van los electrones. La carga que se colecta varía en función de la tensión de polarización aplicada a los electrodos. Se obtienen así diferentes regímenes de funcionamiento, como los que se indican en la figura 6.2. 2
  3. 3. Cuando la tensión aplicada entre los extremos de los electrodos es pequeña alguno de los iones producidos en el interior de la cámara se pueden recombinar entre sí, y la cantidad que se colecta en el electrodo de detección es menor que la de iones iniciales producidos. Este efecto de recombinación disminuye a medida que se aumenta la tensión de polarización. Cuando la tensión de polarización adquiere un valor determinado que permite que se colecten todos los iones producidos, estamos en el intervalo de la cámara de ionización. 6.3. 1. Cámaras de ionización El número de iones producido por una sola partícula es muy pequeño y no produce una cantidad detectable, por lo que la cámara de ionización no actúa como un contador. La tensión de trabajo concreta aplicada en cada equipo depende del tipo de gas del que está rellena la cámara, de la presión a que esté sometida y del tamaño y geometría de los electrodos. Al utilizar tensiones bajas, el número de electrones colectados en el ánodo será igual al producido en la ionización primaria de la partícula incidente (no hay ionizaciones secundarias). El impulso entregado es independiente del voltaje y depende únicamente de la cantidad de iones producidos en el gas por la radiación incidente. Al medir la carga total recogida en los electrodos se puede conocer el número total de ionizaciones producidas en el detector. A cada par de iones formado le corresponde una energía determinada (34 eV si el gas de la cámara es aire). Por ello, se puede medir la energía depositada en esa masa de aire, comportándose como un dosímetro. Estas cámaras de ionización se utilizan en las instalaciones para efectuar la dosimetría ambiental. 6.3.2. Contadores proporcionales Al seguir aumentando la tensión de polarización, se aumenta la carga colectada en los electrodos, ya que los iones primarios formados provocan nuevas ionizaciones en el medio, generando iones secundarios. La señal recogida es proporcional a la energía absorbida en el detector. Los impulsos producidos en un contador proporcional de gas son de pequeño tamaño, por lo que es preciso una amplificación de la señal. Estos equipos se pueden utilizar para detectar rayos X o rayos γ de baja energía, ya que la señal detectada es proporcional a la energía liberada por la partícula incidente. 6.3.3. Contador Geiger-Mülier (GM) Al aplicar una tensión de polarización alta (> 400 V), la ionización secundaria provoca el efecto de la multiplicación de los electrones que llegan al ánodo y se produce una avalancha de electrones que se propagan a través del electrodo central. Se obtiene un impulso de gran amplitud que es independiente de la energía de la radiación incidente. 3
  4. 4. Los contadores Geiger no permiten conocer la calidad (tipo) de la radiación, pero tienen la ventaja de que el impulso eléctrico que se produce es de una gran amplitud, y no es preciso amplificarlo, lo que hace que tenga una electrónica asociada muy simple. Una vez conseguida la tensión de funcionamiento del contador Geiger, la cantidad de impulsos por unidad de tiempo no depende del voltaje, sino que será prácticamente constante. Si se sigue aumentando la tensión de polarización, se alcanza un régimen de descarga continua del gas, y ya no es posible realizar ninguna medida, provocando el deterioro del contador Geiger. 6.4. Detectores de semiconductor Los semiconductores son sólidos cristalinos, generalmente de Si o Ge, cuyas propiedades eléctricas los hacen apropiados para muy diversas aplicaciones. Cuando llega la radiación ionizante a un material semiconductor, se liberan cargas eléctricas negativas (electrones) y positivas (huecos o agujeros en la red cristalina), que producen un aumento en la conductividad del semiconductor. Por consiguiente, si el semiconductor está sometido simultáneamente a una diferencia de potencial, estas cargas circulan a través del solido, colectándose en los electrodos. La intensidad de la corriente que circula a su través es proporcional a la tasa de exposición, mientras que la carga total recogida lo es a la exposición. Este tipo de detectores tienen la ventaja de su sencillez y de su pequeño tamaño. 6.5. Detectores utilizados para dosimetría personal Estos dispositivos se emplean para la vigilancia radiológica individual. Son de pequeño tamaño y están construidos con materiales equivalentes a tejido biológico. Según el fundamento físico estos sistemas se clasifican en: - Dosímetros de ionización gaseosa. - Dosímetros de película fotográfica. - Dosímetros termoluminiscentes. - 6.5. 1. Dosímetros de pluma Se basan en la ionización del gas que hay en su interior. La carga eléctrica acumulada como consecuencia de la radiación se mide en un electrómetro y es proporcional a la exposición recibida. Son dosímetros de lectura directa, que permiten al operador saber la exposición o dosis absorbida que ha recibido en el tiempo en el que ha estado expuesto a la radiación. Como se ilustra en la figura 6.3, los dosímetros de pluma consisten en una pequeña cámara de ionización (1) sensible a la radiación X o gamma, un electrómetro de fibra de cuarzo (2), para medir la carga de un condensador (3), montado sobre un aislante 4
  5. 5. (4) de alta calidad, y un microscopio (5), para leer la imagen de la fibra desde un retículo (6). Para poner el dosímetro a cero se introduce en el alojamiento del cargador y se le aplica la diferencia de potencial de operación. A medida que va recibiendo la radiación, la corriente generada en la cámara de ionización produce un descenso en la diferencia de potencial en el condensador y se produce un desplazamiento de la fibra y con ello de su imagen en la escala. Se lee al trasluz a través del ocular. La exposición máxima acumulable con uno de estos dosímetros suele ser unos 200 mR. El inconveniente de estos dosímetros es su descarga espontánea. Por ello no resulta recomendable el uso de estos dosímetros, más que como instrumento complementario, en períodos que no exceden de 8 horas. 6.5.2. Dosímetros digitales de lectura directo Se basan en detectores de ionización o en detectores de semiconductor de Si, que cuando alcanzan un valor prefijado de dosis absorbida, emiten una señal acústica. Dan el valor de la dosis acumulada en un sistema de lectura digital, permitiendo la lectura instantánea de la dosis y de las tasas de dosis. 6.5.3. Dosímetros fotográficos Los dosímetros fotográficos se basan en: 1. La exposición de una película fotográfica a la radiación. 2. Revelado de la película. 3. Valoración del grado de ennegrecimiento con ayuda de un densitómetro. 5
  6. 6. Al obtener el valor de la densidad óptica que alcanza la película, podemos conocer la dosis absorbida, tras un calibrado previo para cada tipo de película. Los dosímetros fotográficos constan de una película especial envuelta en una funda de papel opaca, montada en un soporte provisto de una pinza, para prenderlo a la ropa de trabajo. El soporte tiene una serie de ventanas y filtros, que permiten la detección simultánea de distintos tipos de radiación (figura 6.4). La ventaja de la dosimetría con película fotográfica es que permite tener un soporte permanente de información y pueden archivarse para formar parte del historial dosimétrico del trabajador. La desventaja más importante de los dosímetros fotográficos es que presentan una imprecisión en la medida de dosis elevada. Las secuencias de revelado y medida deben realizarse siguiendo pautas minuciosas, ya que cualquier variación conduce a sesgos importantes en los resultados. 6.5.4. Dosímetros de termoluminiscencia Las radiaciones ionizantes, cuando atraviesan ciertos materiales específicos, ceden parte de su energía provocando fenómenos de excitación. El fenómeno de la temoluminiscencia consiste en la emisión de luz que ocurre en ciertas sustancias cuando son calentadas a una determinada temperatura, si antes se han expuesto a las radiaciones ionizantes. Los materiales utilizados en la dosimetría termoluminiscente (TL) tienen la propiedad de producir la desexcitación con emisión de luz. Esta emisión no se produce de forma inmediata, sino que se requiere un aporte de energía (en forma de calor). 6
  7. 7. Cuando el material TL recibe radiación se excitan sus átomos y se produce el movimiento de los electrones libres, que dejarán huecos en el cristal. Al calentarlo volverá a su estado inicial y la energía que había absorbido la emitirá en forma de luz. La intensidad de luz emitida es directamente proporcional al número de electrones excitados, y por tanto, es proporcional a la cantidad de energía que deposita la radiación incidente en el dosímetro TL. Los materiales utilizados para los dosímetros TL son cristales (de 1-2 cm de diámetro), como el fluoruro de litio (LiF) y el fluoruro de calcio (CaF2). Estos cristales, van situados en un chasis que se prende a la ropa de trabajo y permite obtener la información dosimétrica. El instrumento de lectura se calibra midiendo las cantidades de luz que emite el cristal TL después de haber sido expuesto a intensidades de radiación conocidas. La dosis de radiación recibida se mide en el lector termoluminiscente, donde se calienta el dosímetro en una cámara estanca a la luz exterior y se registra la cantidad de luz emitida. Los dosímetros TL son más precisos que los de película fotográfica y pueden ser borrados y reutilizados de nuevo, pero no pueden archivarse con el historial dosimétrico como ocurre con los de película fotográfica. 7
  8. 8. Características del dosímetro utilizado en el Centro Nacional de Dosimetría. *Detector: Marca VINTEN, modelo 860-N52 Tarjetas de duraluminio anodizado de 43.15 x31.0x1.6 mm3 4 pastillas de LiF de 4.5 mm de diámetro y 0.6 mm de grosor. Identificación: cinta metálica con código de barras de 8 dígitos. *Filtros: Dos láminas idénticas de plástico con cuatro áreas de filtros, de 11.8 mm de diámetro: - Área 1: Filtro de 3.9 mm de PTFE - Área 2: Filtro de 3 mm de cobre y dos filtros de 0.5 mm de PTFE, uno por cada lado. - Área 3: Sin filtro. - Área 4: Filtro de 4 mm de aluminio. *Dosímetro: Todo el conjunto queda encerrado dentro de una envoltura de melinex aluminizado de 6mg/cm2 Sobre dicha envoltura se imprime: - el nombre del usuario al que va destinado el dosímetro, - el mes que debe utilizarlo, - el número de historia del usuario. Ejemplo de lecturas de dosimetría personal. 8
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