Tema 6 (USC)

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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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).
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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.
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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.
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