PRÁCTICA 3 VERIFICACIÓN DE LA HERMETICIDAD DE FUENTES RADIACTIVAS ENCAPSULADAS

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1 PRÁCTICA 3 VERIFICACIÓN DE LA HERMETICIDAD DE FUENTES RADIACTIVAS ENCAPSULADAS CSN-2015

2 ÍNDICE: 1. INTRODUCCIÓN AMBITO DE APLICACIÓN Y PERIODICIDAD DE LAS PRUEBAS DE HERMETICIDAD CONSIDERACIONES GENERALES METODOS DE PRUEBA Inspección visual Prueba de frotis Prueba de inmersión Prueba de emanación gaseosa MEDIDA DE LA MUESTRA LÍMITES DE FUGA MEDIDAS A TOMAR EN CASO DE FALTA DE HERMETICIDAD CASO PRÁCTICO: VERIFICACIÓN DE LA HERMETICIDAD DE UNA FUENTE DE CS Obtención de la muestra Medida de la muestra Evaluación de los resultados DOCUMENTACIÓN DE APOYO CSN-2015

3 1. INTRODUCCIÓN Las denominadas fuentes radiactivas encapsuladas consisten en material radiactivo que se encuentra confinado en un recipiente hermético que encierra a este material, o bien el elemento radiactivo se encuentra formando parte de una estructura estable que lo mantiene confinado (o una combinación de ambos mecanismos). El objetivo, en cualquier caso, es mantener estable el material radiactivo y evitar su dispersión al medio, impidiendo la contaminación radiactiva de las personas involucradas en su manipulación. Cuando se diseña y construye una fuente encapsulada se hace con el propósito de que se mantenga inalterada indefinidamente. Desgraciadamente hay diversos factores que pueden modificar este objetivo: defectos de fabricación, defectos en el montaje o utilización, desgaste imprevisto, acciones ambientales desfavorables (presencia de agentes oxidantes, corrosivos, abrasivos,...), incidentes y accidentes en su manipulación, etc. Resulta conveniente y necesario realizar periódicamente ensayos que permitan asegurar que la fuente radiactiva se mantiene inalterada, o en todo caso, no se produce emisión de material radiactivo fuera de la estructura que lo alberga. 2. AMBITO DE APLICACIÓN Y PERIODICIDAD DE LAS PRUEBAS DE HERMETICIDAD Las pruebas de hermeticidad son aplicables a cualquier tipo de fuente radiactiva encapsulada, con objeto de certificar su hermeticidad, a excepción de aquellas fuentes que contengan: a) Radionucleidos de periodo de semidesintegración inferior a 30 días. b) Radionucleidos en forma gaseosa, incluyendo el tritio. c) Radionucleidos emisores de radiación beta o gamma, con una actividad igual o inferior a 3,7 MBq (100 µci). d) Radionucleidos emisores de radiación alfa o neutrónica con una actividad igual o inferior a 0,37 MBq (10 µci). El Consejo de Seguridad Nuclear puede excluir de ser sometidas a este tipo de pruebas a ciertas fuentes en función de sus características específicas. En general, las fuentes radiactivas encapsuladas deben ser sometidas a pruebas de hermeticidad periódicas en intervalos no superiores a un año, a excepción de los siguientes casos (estas excepciones no aplican a fuentes de alta actividad): Fuentes estáticas incorporadas a equipos fijos, que se realizaran con una periodicidad no superior a dos años. IR-SP-CP-TX-P01 3/11 CSN-2015

4 Fuentes incorporadas a un equipo en desuso, que se realizarán cuando dicho equipo vaya a ponerse en funcionamiento. Fuentes que se recambien en periodos superiores a un año e inferiores a dos años, a las que se realizarán las pruebas de hermeticidad cuando se proceda al cambio de la fuente. En cualquier caso, debe realizarse una prueba de hermeticidad siempre que exista la sospecha de que la fuente haya podido sufrir un deterioro o daño. 3. CONSIDERACIONES GENERALES Los ensayos de hermeticidad comprenden dos procesos distintos, la toma de muestras y la medida de las mismas. Las pruebas de hermeticidad deben ser llevadas a cabo por trabajadores expuestos a las radiaciones ionizantes, que estén sometidos a control dosimétrico reglamentario. El personal técnico que vaya a realizar una prueba de hermeticidad debe conocer las características de la fuente sobre la que se vaya a realizar la prueba (tipo de emisión, actividad, encapsulamiento, riesgos radiológicos ). Para evitar contaminaciones personales accidentales debe manejarse la fuente como si esta estuviera realmente contaminada, utilizando elementos de protección personal, tales como batas, guantes, y herramientas que permitan una manipulación a distancia, como por ejemplo pinzas, evitando siempre que sea posible el contacto directo con la fuente. Debe aplicarse siempre el criterio ALARA, de manera que el riesgo de contaminación o irradiación para el personal que realiza la prueba se mantenga tan bajo como sea razonablemente posible. La determinación cuantitativa de las muestras puede efectuarse posteriormente, incluso al cabo de días, sin embargo, en estos casos es importante la realización de mediciones radiológicas previas aproximadas en el punto de muestreo, de forma que puedan descartarse posibles fugas que pongan en peligro la seguridad. 4. METODOS DE PRUEBA 4.1. Inspección visual Antes de realizar la prueba de hermeticidad y siempre que sea posible, debe efectuarse una inspección visual de la fuente encapsulada con el fin de detectar posibles corrosiones y defectos mecánicos tales como grietas, abolladuras o abrasiones. En el caso de fuentes alojadas en interior de equipos o dispositivos, la inspección visual debe incluir todos los elementos que sirvan para aislar y proteger la fuente del daño mecánico o entrada de polvo o sustancias corrosivas. IR-SP-CP-TX-P01 4/11 CSN-2015

5 4.2. Prueba de frotis La prueba de frotis consiste en tomar una muestra frotando cuidadosamente la superficie de la fuente con un material absorbente y en determinar posteriormente la actividad del material radiactivo presente en la muestra. Cuando el frotis no se pueda realizar sobre la propia fuente por conllevar un riesgo excesivo de irradiación, por estar alojada en un equipo o dispositivo o cuando exista la posibilidad de desajustar el equipo al sacar la fuente, la prueba de frotis se realizará sobre una superficie equivalente. El término superficie equivalente se refiere a la superficie en las proximidades de la fuente, con mayor probabilidad de estar contaminada. La presión a ejercer sobre la superficie de la fuente está limitada por la propia resistencia del material de encapsulamiento, teniendo especial cuidado en fuentes radiactivas con espesor muy delgado de encapsulamiento. Antes de tomar la muestra se debe valorar la necesidad de usar medios de protección personal frente a la radiación y/o contaminación. La prueba de frotis se puede realizar por vía seca o vía húmeda, en cuyo caso se utiliza un líquido para humedecer el material absorbente. Siempre que sea posible debe realizarse por vía húmeda al ser más eficaz. El disolvente elegido no debe atacar a la propia fuente o a la superficie equivalente a muestrear. Los disolventes más utilizados son el alcohol, agua destilada y el tricloroetileno. Los materiales absorbentes más comúnmente utilizados son el papel de filtro y el algodón. En el caso de fuentes emisoras de radiación alfa o beta es fundamental que la selección del espesor y del tipo de material absorbente a utilizar sean adecuados, para evitar que se produzcan procesos de autoabsorción que puedan falsear la medida. Una vez realizado el frotis debe introducirse en una bolsa o recipiente limpio y etiquetarse adecuadamente. Se recomienda que el marcaje o etiquetado de estos elementos se transporte se realice previamente a la toma de muestra, de acuerdo con el principio ALARA, para evitar posible contaminación o irradiación. Se recomienda disponer de un esquema en el que se aprecie con claridad la posición de la fuente y los puntos de muestreo utilizados. La desventaja de la prueba de frotis es la incertidumbre sobre la fracción de contaminación recogida, que dependerá del tipo de superficie donde se realiza el frotis, de la forma física y química del material radiactivo, del absorbente y disolvente utilizado y de la presión ejercida para la realización del frotis Prueba de inmersión La prueba de inmersión consiste en sumergir la fuente radiactiva, por completo, durante un periodo de tiempo de al menos 4 horas, en un líquido apropiado, que durante ese tiempo IR-SP-CP-TX-P01 5/11 CSN-2015

6 debe mantenerse a una temperatura de 50 ± 5 ºC. Posteriormente se determina la actividad del material radiactivo presente en una muestra del líquido. El líquido se debe elegir de tal manera que no deteriore el material del encapsulamiento y que a su vez sea capaz de disolver eficazmente la mayor parte del material radiactivo fugado Prueba de emanación gaseosa La prueba de emanación gaseosa es válida únicamente para fuentes de radio-226. Consiste en detectar la fuga de radón-222 (hijo del Ra-226), ya que la emanación de este gas se producirá antes de que comience el escape de Ra-226. Para ello se encierra la fuente encapsulada y un material adsorbente, rico en carbono, en un recipiente cerrado impermeable al radón. Después de unas horas de confinamiento, se mide la actividad del radón que ha sido adsorbida por el carbono. 5. MEDIDA DE LA MUESTRA Los instrumentos de medida se deben seleccionar en función del tipo de emisión radiactiva principal, del rango energético de emisión de las partículas y del rango energético que el instrumento de medida sea capaz de detectar. Los instrumentos de medida deben tener unos límites de detección adecuados a los límites de fuga establecidos. Para la detección de radiación alfa se pueden utilizar detectores de centelleo, contadores proporcionales o detectores de semiconductor. Para la detección de radiación beta se utilizan tubos Geiger-Müller de ventana muy fina, contadores proporcionales o sustancias orgánicas de centelleo. En el caso de fuentes de radiación alfa o beta pueden producirse procesos de autoabsorción, por lo que resulta imprescindible esperar al secado o evaporación de la muestra antes de realizar la medida en el caso de frotis o líquidos de inmersión (no aplica en el caso de medida mediante centelleo líquido). Para la medida de radiación gamma son apropiados los detectores de centelleo de NaI o los detectores de germanio. IR-SP-CP-TX-P01 6/11 CSN-2015

7 6. LÍMITES DE FUGA Una fuente encapsulada se debe considerar como estanca si no se exceden los siguientes límites de fuga: En la prueba de frotis directa sobre la fuente y en la prueba de inmersión: 185 Bq (5nCi) En la prueba de frotis sobre una superficie equivalente: 18,5 Bq (0,5nCi) En la prueba de emanación gaseosa en fuentes de Ra-226: 185 Bq (5nCi) en 12 horas. 7. MEDIDAS A TOMAR EN CASO DE FALTA DE HERMETICIDAD En caso de detectarse pérdida de hermeticidad, la entidad que realiza la prueba debe informar al usuario de la misma, con objeto de llevar a cabo las acciones necesarias para que la fuente deteriorada sea retirada del uso, introducida en un contenedor hermético y almacenada en un lugar seguro hasta el momento de su transferencia a la empresa suministradora o a ENRESA. Si el nivel detectado es 100 veces superior al límite de fuga deben acotarse todas aquellas zonas próximas a la fuente, para comprobar si la zona o equipo están contaminados y proceder, en su caso, a la descontaminación que corresponda por personal cualificado. En caso de detectar un nivel inferior al del límite de fuga, pero que no sea despreciable, deben tomarse las acciones oportunas para intensificar el control sobre esa fuente. 8. CASO PRÁCTICO: Verificación de la hermeticidad de una fuente de Cs-137 El objeto de la práctica es realizar un frotis sobre la fuente radiactiva, o su entorno próximo y proceder a la medida del material radiactivo arrastrado por ese frotis. El frotis se obtiene restregando un material de soporte absorbente (papel, algodón,...) sobre la superficie a testear. Siempre que sea posible el frotis debe hacerse por vía húmeda, con un disolvente adecuado (agua destilada, alcohol ), ya que mejora el arrastre y favorecer la fijación del polvo arrastrado en la muestra. La medida de la contaminación presente en esta muestra así obtenida permite evaluar la cantidad de material radiactivo que se desprende de la fuente. MATERIAL NECESARIO La práctica descrita se realiza con los materiales y detectores que se detallan a continuación, pudiéndose llevar a cabo con otros dispositivos, siempre que sean adecuados a los IR-SP-CP-TX-P01 7/11 CSN-2015

8 requerimientos de la práctica definidos en el guión y a las condiciones reales del laboratorio donde se vaya a impartir. El ensayo se va a realizar sobre una fuente de Cs-137. Antes de iniciar la adquisición de la muestra (frotis) se debe verificar que disponemos del material necesario para su obtención. Guantes de látex Discos de papel de algodón, papel filtro Recipiente para guardar el frotis Rotuladores o elementos para identificar la muestra Monitor portátil de contaminación superficial RADOS MicroCont II: Contador proporcional (eficiencia alfa 12%, eficiencia beta 21%). Contador proporcional de flujo continuo de gas de bajo fondo BERTHOLD LB 770 (eficiencia alfa 22%, eficiencia beta 42%) Obtención de la muestra De forma sistemática, por precaución, debemos asumir que la fuente sobre la que vamos a realizar el ensayo ha perdido su hermeticidad, por lo que puede producir la contaminación de lo que toque. Haremos uso, siempre de los guantes de látex. Preparamos el recipiente (con la identificación de la fuente) donde guardaremos la muestra una vez obtenida. Tomamos la superficie absorbente con que se realizará el frotis y procedemos a humedecer ligeramente (no debe gotear) la superficie absorbente con alcohol. Extraemos la fuente de su lugar de guarda, realizar una inspección visual para detectar corrosiones u otros defectos (grietas, abolladuras ) y procedemos a frotar la zona donde se ubica la fuente. Una vez realizado esto devolvemos la fuente a su posición de guarda. Dada la limitada dosis de radiación que produce la fuente y la facilidad de obtención de la muestra es más favorable la obtención de un frotis manual rápido que la obtención del mismo con medios de manipulación a distancia (pinzas,...) que prolongan el tiempo de obtención de la muestra y comprometen su calidad. Estos medios pueden estar prescritos en otras situaciones. IR-SP-CP-TX-P01 8/11 CSN-2015

9 8.2. Medida de la muestra Medida de Fondo: La medida de la actividad presente en la muestra se realizará por medio de un monitor portátil y un contador proporcional de bajo fondo, pero antes de eso se debe caracterizar el fondo radiactivo y comprobar que el equipo es capaz de detectar los límites de fuga establecidos en la guía 5.3 del CSN. Ld t f n 0 n 0 = cuentas totales brutas de fondo en un tiempo t t = tiempo de medida = eficiencia f= factor de arrastre Se establece un periodo de medida determinado y se dispone el equipo de medida en modo contador, permitiendo realizar el recuento de los eventos registrados en un tiempo prefijado. Monitor portátil de contaminación superficial: Equipo de medida : Radionucleido : Tipo de emisión : Eficiencia: Tiempo de medida : Factor de arrastre : Medida de Fondo (cuentas): Ld (Bq) : Contador proporcional de bajo fondo: Equipo de medida : Radionucleido : Tipo de emisión : Eficiencia: Tiempo de medida : Factor de arrastre : Medida de Fondo (cuentas): Ld (Bq) : Medida de la Muestra: IR-SP-CP-TX-P01 9/11 CSN-2015

10 Si el frotis se ha realizado por vía húmeda, esperar al secado de la muestra antes de realizar la medida, ya que puede producirse una atenuación de las emisiones alfa o beta por el líquido que impregna el material absorbente. Para obtener la actividad presente en el frotis obtenido se calcula en primer lugar la tasa de cuentas que son debidas a la presencia de la muestra. Conociendo la eficiencia del detector para la emisión radiactiva considerada (tipo y energía) podemos estimar la actividad presente en la muestra. A r muestra f r 0 r 0 = tasa de recuento bruta de fondo r muestra = tasa de recuento bruta de la muestra = eficiencia f= factor de arrastre Monitor portátil de contaminación superficial: Equipo de medida : Radionucleido : Tipo de emisión : Eficiencia: Tiempo de medida : Factor de arrastre : Medida de Fondo (tasa de cuentas): Tasa de cuentas netas debidas a la muestra: Actividad (Bq): Medida de la Muestra (tasa de cuentas): Contador proporcional de bajo fondo: Equipo de medida : Radionucleido : Tipo de emisión : Eficiencia: Tiempo de medida : Factor de arrastre : Medida de Fondo (tasa de cuentas): Tasa de cuentas netas debidas a la muestra: Actividad (Bq): Medida de la Muestra (tasa de cuentas): IR-SP-CP-TX-P01 10/11 CSN-2015

11 8.3. Evaluación de los resultados Una vez obtenida la actividad del frotis se puede evaluar la hermeticidad de la fuente. La fuente encapsulada puede considerarse como estanca mientras no se superen los límites de fuga establecidos: 185 Bq en la prueba de frotis directa sobre la fuente. 18,5 Bq en la prueba de frotis sobre una superficie equivalente. 9. DOCUMENTACIÓN DE APOYO Control de la hermeticidad de fuentes radiactivas encapsuladas, Guía de Seguridad nº 5.3 Rev.1, del C.S.N. Real Decreto 229/2006, de 24 de febrero, sobre el control de fuentes de alta actividad y fuentes huérfanas. Sealed radioactive sources, British Standards Institution, BS 5288: Sealed radioactive sources, International Standard, ISO Evaluation of surface contamination.part 1: Beta emitters and alpha emitters, International Standard, ISO IR-SP-CP-TX-P01 11/11 CSN-2015