Tema 6: Detección y Dosimetría de la Radiación PDF

6Detección y DOSIMETRÍA de la radiación  ÍNDICE ▰ FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA DETECCIÓN ▰ DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA Cámara de ionización Contador proporcional Contador Geiger ▰ DETECTORES DE CENTELLEO ▰ DOSIMETRÍA AMBIENTAL Y PERSONAL Dosímetros...

6Detección y DOSIMETRÍA de la radiación  ÍNDICE ▰ FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA DETECCIÓN ▰ DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA Cámara de ionización Contador proporcional Contador Geiger ▰ DETECTORES DE CENTELLEO ▰ DOSIMETRÍA AMBIENTAL Y PERSONAL Dosímetros termoluminiscentes Dosímetros de película Dosímetros electrónicos de lectura directa Interpretación de un Informe Dosimétrico ▰ MONITORES PORTÁTILES UTILIZADOS EN RADIODIAGNÓSTICO 2 ▰ MEDIDA DE LA DOSIS EN HAZ DIRECTO  FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA DETECCIÓN ▰ Los 5 sentidos de los que estamos dotados no nos bastan para percibir directamente todos los agentes físicos que nos rodean. El ojo humano tiene limitaciones ante objetos: Lejanos Telescopio Pequeños Microscopio óptico, electrónico ▰ Carecemos de algún órgano o sensación que nos permita percibir de manera inmediata las radiaciones ionizantes. E 4 E ▰ Análogamente se han ideado procedimientos e instrumentos para detectar, medir y analizar las E 1 E 2 3 radiaciones ionizantes, aprovechando diversos efectos: IONIZACIÓN DE GASES: Detectores de ionización gaseosa DESEXCITACIÓN: Emisión de energía EXCITACIÓN DE LUMINISCENCIA: Detectores de Centelleo ENNEGRECIMIENTO DE PELÍCULAS FOTOGRÁFICAS: Dosímetros de película 3  FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA DETECCIÓN Para la detección de las radiaciones ionizantes hemos de utilizar equipos que, aprovechando los diversos efectos que estas producen al interaccionar con la materia, son capaces de determinar su medida. Son los llamados DETECTORES Detector: dispositivo capaz de proporcionar una señal analizable cuando es alcanzado por la radiación 4 FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA DETECCIÓN 5 TIPOS DE DETECTORES ▰ ESPECTRÓMETROS: ▰ CONTADORES: cuentan y miden la energía de cuentan las partículas y la radiación(considerando que la fotones. amplitud de la señal medida es proporcional a la energía cedida por aquella). 6 TIPOS DE DETECTORES Sin embargo, habitualmente, resulta suficiente con conocer la dosis (cantidad de energía por unidad de masa que la radiación deposita en el organismo), información básica para valorar el riesgo potencial de la radiación. La vigilancia radiológica del trabajador expuesto (TE) y del público se lleva a cabo mediante la dosimetría: rama de la ciencia que se ocupa de la medida de la dosis absorbida por un material o tejido como consecuencia de su exposición a las radiaciones ionizantes presentes en un campo de radiación. 7  + DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA E4 E3 E1 E2 IONIZACIÓN: ÁTOMO IONIZADO En esencia, es un recinto lleno de un gas a presión conveniente en el que se disponen dos electrodos a los que se les aplica una tensión de polarización, creando por tanto un campo eléctrico en el interior del volumen del detector. 8  DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA En condiciones normales, no hay circulación de corriente. Sin embargo, el paso de radiaciones ionizantes provocará la ionización del gas El campo eléctrico creado impulsará las cargas liberadas hacia el electrodo contrario. Se produce un impulso de carga que es proporcional a la energía depositada por la radiación 9 TIPOS DE DETECTORES basados en la ionización gaseosa ▰ Contador proporcional ▰ Cámara de ionización ▰ Contador Geiger 10 VARIACIÓN DE LA AMPLITUD DEL IMPULSO CON LA TENSIÓN APLICADA Por cada e- primario se crea una avalancha electrónica. Multiplicación de la carga Al variar la tensión de polarización aplicada a los electrodos, varía la amplitud del Se recoge toda la carga creada, no hay impulso obtenido según se ve en amplificación la gráfica Señal de gran magnitud, de tamaño independiente del suceso inicial 11  CÁMARAS DE IONIZACIÓN: clasificación Por su forma de operar: En función de la forma de sus electrodos: ▰ CÁMARAS DE CORRIENTE: PLANAS: dotadas de electrodos plano-paralelos ❖ Detectan el efecto promedio que producen las radiaciones en su conjunto CILÍNDRICAS: formadas por un electrodo en al interaccionar con el gas que sirve de detector. forma de cilindro hueco, siendo el otro electrodo un alambre o varilla central (figura). La pared ❖ Son muy adecuadas como dosímetros exterior de la cámara no debe ser muy gruesa a ❖ Son las más utilizadas fin de que pueda ser atravesada por la radiación que se quiere detectar. ▰ CÁMARAS DE IMPULSOS ❖ Miden cada suceso producido por la radiación individualmente ❖ La altura de los impulsos proporciona información sobre la energía de la radiación incidente En todas es necesario amplificar la corriente generada en la 12 cámara, dado que es muy pequeña en origen.  CONTADOR PROPORCIONAL ▰ Análogo a una cámara de ionización pero con mayor tensión entre los electrodos ▰ Al aumentar la tensión se presenta un fenómeno de multiplicación de carga que aumenta el tamaño del impulso manteniendo la proporcionalidad con la energía depositada ▰ No es necesario amplificar la corriente generada ▰ La geometría más adecuada es la coaxial ▰ Tiene capacidad espectrométrica GAS - + - Radiación + - + - Ionización + Ionización 13 primaria secundaria CONTADOR PROPORCIONAL 14  Funciona sólo CONTADOR GEIGER como CONTADOR ▰ Son meros contadores de las partículas ionizantes que alcanzan el volumen sensible del detector. ▰ Los impulsos medidos son iguales, independientemente de la partícula que los provocó y de su energía. ▰ No ofrecen información sobre la naturaleza de la radiación y su energía. ▰ Los impulsos son de gran amplitud, lo que evita la necesidad de amplificación previa. ▰ Al ser más sensibles que las cámaras de ionización, resultan muy adecuados para niveles bajos de radiación. 15  DETECTORES DE SEMICONDUCTORES Producción de una corriente eléctrica (pares electrón – hueco) a partir de la interacción de la radiación con la zona activa del detector El medio ionizable es, en lugar de un gas, un material semiconductor. Los semiconductores puros son malos conductores de la electricidad. Hay que doparlos con impurezas para generar portadores de carga (electrones y huecos). Cuando la radiación incide en un semiconductor polarizado produce una señal eléctrica mediante la que se mide la radiación. Características: alta eficiencia, pequeños, variación con la temperatura y la energía, etc. Detectan: partículas alfa y rayos X y gamma. 16  DETECCIÓN DE LA RADIACIÓN DETECTORES DE CENTELLEO ❑ Fundamento físico: Cuando ciertos materiales son atravesados por la radiación sus átomos son excitados, produciéndose su casi inmediata desexcitación mediante emisión de luz ❑ Están formados por una sustancia luminiscente +fotomultiplicador ❑ El fotomultiplicador convierte los destellos luminosos en impulsos eléctricos y mide la luz emitida por la sustancia luminiscente. ❑ Pueden funcionar como espectrómetros E4 E3 E1 E2 17 DESEXCITACIÓN: Emisión de energía  DETECTORES DE CENTELLEO: Sustancias luminiscentes Las sustancias LUMINISCENTES pueden clasificarse según su composición en: ▰ Inorgánicas/Sólidas: ❖ Sulfuro de cinc activado con plata, SZn(Ag) alfa ❖ Yoduro sódico activado con talio, NaI(Tl) gamma ▰ Orgánicas/Líquidas: beta. Líquidos de centelleo 18  DETECTORES DE CENTELLEO: El fotomultiplicador ▰ Convierte la luz generada por el cristal en un impulso de tensión medible. ▰ Consta de un FOTOCÁTODO (del que la luz arranca electrones) y una serie de etapas de amplificación formadas por DÍNODOS a potenciales crecientes. ▰ La amplificación total puede ser muy grande, del orden de 107. 19 EFICIENCIA Es la relación entre los sucesos detectados y los emitidos por una fuente radiactiva: etotal = sucesos detectados / emitidos Es el producto de dos eficiencias: Intrínseca (ei): fracción de sucesos detectados de entre todos los que llegan al detector. Geométrica (eg) : fracción de sucesos que llegan al detector de entre todos los emitidos por la fuente. Depende del detector, la radiación, la energía y la configuración del sistema de medida. 20  TIEMPO MUERTO ▰ El tiempo muerto es el intervalo de tiempo que debe transcurrir entre dos sucesos consecutivos para poder ser registrados separadamente por el sistema de medida. Sucesos que llegan al detector 5 llegados Registros 4 contados = tiempo muerto tiempo 21  VERIFICAR Y CALIBRAR ▰ CALIBRACIÓN Es aquella operación que bajo condiciones especificadas establece, en una primera etapa, una relación entre los valores y sus incertidumbres de medida asociadas, obtenidas a partir de los patrones de medida, y las correspondientes indicaciones con sus incertidumbres asociadas y, en una segunda etapa, utiliza esta información para establecer una relación que permita obtener un resultado de medida a partir de una indicación.” ▰ VERIFICACIÓN “La aportación de evidencia objetiva de que un elemento dado satisface los requisitos especificados. Cuando sea necesario, es conveniente tener en cuenta la incertidumbre de medida.” 22  DOSIMETRÍA PERSONAL Y AMBIENTAL Dosimetría: rama de la ciencia que se ocupa de la medida de la dosis absorbida por un material o tejido como consecuencia de su exposición a las radiaciones ionizantes presentes en un campo de radiación Público Trabador Expuesto (TE) Dosimetría ambiental Dosimetría personal (interna/externa) Dosimetría de área 23  TIPOS DE DOSÍMETROS PERSONALES Dosímetro: dispositivo que exhibe unas propiedades físicas diferentes a las normales cuando es sometido a la exposición a radiaciones ionizantes. Esta variación en sus propiedades es detectable y cuantificable y sirve para la medida de dosis de radiación, una vez que el dosímetro es calibrado adecuadamente. Dificultad de la dosimetría personal: estimar los efectos de la radiación en los múltiples tejidos y órganos del cuerpo humano, mediante la medida en un solo punto Tipos de dosímetros personales: Activos: dosimetría operacional Pasivos: dosimetría oficial ❖Necesitan fuente alimentación ❖Autónomos ❖Miden tasa de dosis ❖Dispositivos integradores ❖Información en tiempo real ❖Evaluación posterior a exposición ❖Alarmas programables 24  DOSIMETROS PERSONALES DOSÍMETROS TERMOLUMINISCENCIA Principio físico: la termoluminiscencia es la emisión de luz cuando un material que ha sido expuesto a radiación ionizante, es calentado. La luz emitida es proporcional a la dosis absorbida en la exposición. Procesado: Calentamiento del material (lector TL): ciclo de lectura optimizado Análisis de la curva de luz: obtención del área bajo la curva 2500 2000 Intensidad TL (u.a.) 1500 1000 500 0 100 150 200 250 300 350 Temperatura (ºC) 25 Curva de luz  DOSÍMETROS TLD UD-802 Elemento 1 Elemento 2 Elemento 3 Elemento 4 Fósforo Li2B4O7:Cu Li2B4O7:Cu CaSO4:Tm CaSO4:Tm Ventana plástico plástico plástico plástico & plomo Espesor 18 mg/cm2 321 mg/cm2 321 mg/cm2 1001 mg/cm2 26 DOSÍMETROS TLD Material LiF Li2B4O7 CaF2 CaSO4 Al2O3 Dopantes Ti,Mg Mg,Cu,P Mn Cu Mn Dy Dy Tm C Nombre comercial TLD-100 GR-200A TLD-800 PANASONIC TLD-400 TLD-200 TLD-900 PANASONIC TLD-500 Zeff 8.2 7.4 16.3 15.3 10.2 Sensibilidad relativa al TLD-100 1 30 0.1 2 10 15 15 15 30 Respuesta Relativa 30keV/1.25 MeV 1.3 0.98 0.9 0.9 15 15 12 12 2.9 Rango de dosis 10 µGy 0.1 µGy 0.5 mGy 30 µGy 0.1 µGy 0.2 µGy 1 µGy 0.1 µGy 0.05 µGy 10 Gy 10 Gy 105 Gy 1 Gy 100 Gy 10 Gy 100 Gy 1 Gy 1 Gy Pico principal (°C) 210 215 210 200 260 200 220 220 185 240 Fading Bajo No Medio Alto Alto Alto Bajo Bajo Alto (Luz) (Luz) 5% / año Apreciable 5% / 3m 12% / 3m 16% / 15d 2% / mes 5% / año Aplicaciones General Clínica General Clínica / Ambiental Ambiental General 27  DOSÍMETROS TERMOLUMINISCENTES (TLDs) Ventajas ❖Reutilizabilidad. Inconvenientes ❖Linealidad en un amplio rango de dosis (µSv – Sv). ❖ La información dosimétrica se ❖Equivalencia a tejido de algunos materiales: destruye en el proceso de lectura: respuesta independiente de la energía. las trampas quedan vacías y el ❖Proceso de lectura fácil de automatizar. dosímetro borrado ❖Bajo peso y tamaño reducido: óptimos para ❖ Pérdida de señal TL o “fading” por extremidades. estimulación térmica u óptica ❖No necesitan baterías. ❖Buena estabilidad a largo plazo. ❖ Estructura compleja de la curva de luz (varios picos TL) ❖Muy sensibles: umbral de detección bajo (~ µSv). ❖Posibilidad de utilización en campos mixtos. 28 DOSÍMETROS OSL (luminiscencia ópticamente estimulada) La dosimetría OSL (luminiscencia ópticamente estimulada) es un método que se ha establecido en la dosimetría de todo el cuerpo. Este método se basa en la luminiscencia ópticamente estimulada. Los materiales OSL (por ejemplo, cerámica de óxido de berilio ) contienen defectos en su estructura cristalina que atrapan los electrones liberados por la exposición a la radiación y vuelven a su estado fundamental mediante estimulación con luz. El dosímetro OSL proporciona un grado muy alto de sensibilidad al proporcionar una lectura precisa tan baja como 1 mrem para fotones de rayos X y rayos gamma con energías que van desde 5 keV hasta más de 40 MeV 29  DOSÍMETROS DE PELÍCULA Principio físico: Formación de pares e- - Ag+ al incidir la radiación sobre una emulsión de cristales microscópicos de AgBr suspendidos en un medio gelatinoso (“imagen latente”) Evaluación: la densidad óptica (ennegrecimiento) se relaciona con la dosis equivalente personal mediante una calibración adecuada Procesado: ▰ Extracción de la película del sobre protector ▰ Revelado: los iones Ag+ se reducen a Ag metálica >>> ennegrecimiento ▰ Fijado y lavado: se eliminan las partículas AgBr no afectadas por radiación ▰ Densitometría: medida de la densidad óptica en las distintas zonas 30 DOSÍMETROS DE PELÍCULA FOTOGRÁFICA Ya no se utilizan porque: ❖ Las placas fotográficas presentan un proceso de envejecimiento con el tiempo de almacenamiento, son muy sensibles a la temperatura y a la luz, y la medida resulta muy dependiente del proceso de revelado y fijado 31  DOSÍMETROS DE PELÍCULA FOTOGRÁFICA Ventajas Inconvenientes ❖Permiten una evaluación selectiva en ❖No son reutilizables: incrementa los campos mixtos costes ❖La película revelada aporta información ❖Proceso de revelado y evaluación sobre el tipo y E de radiación complejos; difícil automatización ❖Constituye un registro permanente ❖Elevado umbral de detección (0,20 mSv) ❖Permiten la reevaluación de la dosis ❖Problemas de saturación a dosis ❖Bajo peso moderadas (> 50 mSv) ❖No necesitan baterías ❖La extracción, revelado, fijado y lavado en cámara oscura ❖Material inestable frente a factores ambientales: luz, calor, humedad.. 32 DOSÍMETROS ELECTRÓNICOS DE LECTURA DIRECTA Principio físico: ▰ Tubos Geiger-Müller: ionización en gases ▰ Diodos de Si: creación de pares e-h en la zona activa del detector Doble acceso: ▰ Pantalla del dosímetro ▰ Lector conectado a ordenador Procesado: ▰ Lectura directa: dosis y tasa de dosis ▰ Calibración: individual ▰ Uso principal: dosímetro operacional – aplicación ALARA 33  DOSÍMETROS ELECTRÓNICOS DE LECTURA DIRECTA Ventajas Inconvenientes ❖Estimación de dosis y tasa de dosis en tiempo real ❖Necesidad y dependencia de baterías ❖Alarmas luminosas y acústicas programables ❖Precio y peso elevados ❖Fácil conexión a medios informáticos ❖Necesidad de calibración individual ❖Incorporación de memorias no volátiles: “rastreo” de dosis ❖En España no pueden utilizarse como dosímetros oficiales ❖Muy sensibles: umbral de detección bajo ❖Interferencias electromagnéticas ❖Posibilidad de utilización en campos en modelos antiguos mixtos beta-gamma 34  INTERPRETACIÓN DE UN INFORME DOSIMÉTRICO Pág. 1 de 1 SDP Externa INFORME DE DOSIMETRÍA EXTERNA dd/mm/aaaa Los resultados del Informe Dosimétrico se expresan en términos de: CIEMAT/SDPE/SDPE_LEC_003/nn/aaaa EMPRESA: DENOMINACIÓN DIRECCIÓN POBLACIÓN ▰ CODIGO POSTAL – PROVINCIA HP(10) en mSv: Dosis equivalente personal (radiación penetrante) RESPONSABLE TÉCNICO: Nombre y apellidos Fecha de lectura: dd/mm/aaaa DP=Hp(10) DS=Hp(0,07) DL=Hp(0,07) en piel Dosis de fondo (mSv/mes): n,nn ▰ HP(0.07) en mSv: Dosis equivalente personal (radiación débilmente penetrante) M.D. Apellidos y Nombre TLD (1) (2) DOSIS RECIBIDAS ULTIMO PERIODO DE MEDIDA PERIODO MEDIDA DESDE HASTA DP (mSv) DS (mSv) DL (mSv) NOTAS DP DOSIS ACUMULADAS 2008 DS DL 2004-2008 DP ▰ (mSv) (mSv) (mSv) (mSv) HP(0.07) localizada en mSv: Dosis equivalente en manos nnnn Apellidos y Nombre nnnn C.R. R.L. dd/mm/aa dd/mm/aa n,nn n,nn n,nn n,nn n,nn nnnn Apellidos y Nombre nnnn C.R. R.L. dd/mm/aa dd/mm/aa n,nn n,nn nnnn Apellidos y Nombre nnnn C.R. R.L. dd/mm/aa dd/mm/aa n,nn @ n,nn desde (dd/mm/aaaa) Dosis de fondo: Dosis debida al fondo ambiental natural que debe sustraerse al valor de dosis medido por el dosímetro. Nivel de registro: Valor por debajo del cual las dosis se computan como cero. Está RESUMEN DE DOSIMETRÍA EXTERNA ULTIMO PERIODO DE MEDIDA establecido por el CSN en 0,10 mSv/mes. DP DS DL Número de personas controladas n n n Número de dosímetros perdidos n n n Número de extensiones de uso n n n Dosis Colectiva, DC (mSv.persona) n n n Dosis media, Dm (mSv) n n n Dosis máxima, DM (mSv) n n n Periodo de medida y dosis acumulada en dicho periodo Los valores de dosis de este informe se han obtenido tras sustraer la Dosis de Fondo normalizada al período de uso Año oficial en curso y dosis acumulada en el año oficial @ DOSÍMETRO DE ABDOMEN (1) CATEGORÍA COMO PROFESIONALMENTE EXPUESTO (A/B) + SOBREPASA 20 mSv EN EL AÑO OFICIAL (2) RELACIÓN LABORAL CON LA EMPRESA: * SOBREPASA LÍMITE APLICABLE P PERSONAL PROPIO - DATO NO DISPONIBLE A PERSONAL AJENO F PERSONAL EN FORMACIÓN C PERSONAL AJENO CON S.M. CIEMAT 35  Pág. 1 de 1 SDP Externa INFORME DE DOSIMETRÍA EXTERNA dd/mm/aaaa CIEMAT/SDPE/SDPE_LEC_003/nn/aaaa EMPRESA: DENOMINACIÓN DIRECCIÓN POBLACIÓN CODIGO POSTAL – PROVINCIA RESPONSABLE TÉCNICO: Nombre y apellidos Fecha de lectura: dd/mm/aaaa DP=Hp(10) DS=Hp(0,07) DL=Hp(0,07) en piel Dosis de fondo (mSv/mes): n,nn DOSIS RECIBIDAS ULTIMO PERIODO DE MEDIDA DOSIS ACUMULADAS PERIODO MEDIDA 2008 2004-2008 Apellidos y DP DS DL NOTAS M.D. TLD (1) (2) Nombre DESDE HASTA (mSv) (mSv) (mSv) DP DS DL DP (mSv) (mSv) (mSv) (mSv) nnnn Apellidos y Nombre nnnn C.R. R.L. dd/mm/aa dd/mm/aa n,nn n,nn n,nn n,nn n,nn nnnn Apellidos y Nombre nnnn C.R. R.L. dd/mm/aa dd/mm/aa n,nn n,nn nnnn Apellidos y Nombre nnnn C.R. R.L. dd/mm/aa dd/mm/aa n,nn @ n,nn desde (dd/mm/aaaa) ULTIMO PERIODO DE MEDIDA RESUMEN DE DOSIMETRÍA EXTERNA DP DS DL Número de personas controladas n n n Número de dosímetros perdidos n n n Número de extensiones de uso n n n Dosis Colectiva, DC (mSv.persona) n n n Dosis media, Dm (mSv) n n n Dosis máxima, DM (mSv) n n n Los valores de dosis de este informe se han obtenido tras sustraer la Dosis de Fondo normalizada al período de uso @ DOSÍMETRO DE ABDOMEN (1) CATEGORÍA COMO PROFESIONALMENTE EXPUESTO (A/B) + SOBREPASA 20 mSv EN EL AÑO OFICIAL (2) RELACIÓN LABORAL CON LA EMPRESA: 36 * SOBREPASA LÍMITE APLICABLE P PERSONAL PROPIO - DATO NO DISPONIBLE A PERSONAL AJENO F PERSONAL EN FORMACIÓN C PERSONAL AJENO CON S.M. CIEMAT  MONITORES PORTÁTILES EN RADIODIAGNÓSTICO ❑ Para determinar la dosis en un área de trabajo, se sitúan los monitores en lugares adecuados y en número suficiente ❑ Provistos de sistemas de alarma que se activen al superar cierta dosis ❑ Deben calibrarse periódicamente ❑ El detector suele ser una cámara de ionización o un detector Geiger ❑ El detector puede ser una sonda conectada a la pantalla mediante un cable o un sistema de extensión telescópica ❑ Necesario hacer verificaciones antes de usar los monitores: ✓ Verificación del estado de las pilas o baterías ✓ Ajuste del cero ✓ Verificación del funcionamiento con la fuente de comprobación 37  MEDIDA DE LA DOSIS EN HAZ DIRECTO ▰ Encaminadas a la estimación de las dosis recibidas por el paciente ▰ Se utilizan básicamente cámaras de ionización (medidas en aire) o dosímetros TLd (medidas en paciente o maniquí) ▰ Las magnitudes empleadas son: ❖ Producto dosis-área (PDA), se define como la integral de la dosis absorbida en aire sobre un área, A, perpendicular al haz de rayos X ❖ Dosis superficie (piel) a la entrada (DPE), es la dosis absorbida en aire medida sobre el eje del haz de rayos X en el punto donde el haz penetra en el paciente (o en el maniquí) 38 MEDIDA DE LA DOSIS EN HAZ DIRECTO 39 40