Elementos de Física Nuclear y Dosimetría. Laboratorio I: Contador Geiger Müller

Transcripción

1 Elementos de Física Nuclear y Dosimetría. Laboratorio I: Contador Geiger Müller

2 Detectores de ionización. Un poco de historia. Primeros dispositivos eléctricos empleados para la detección de la radiación. Funcionamiento básico: colección directa de electrones e iones producidos por el pasaje de la radiación a través de un gas. Durante la primera mitad del siglo XX se desarrolaron tres tipos de dtectores basados en el mismos principio. Cámara de ionización. Contador proporcional. Contador Geiger-Müller.

3 Su diseño básico no ha cambiado demasiado desde la década de Desde entonces, han sido reemplazados paulatinamente por otros sitemas detección. Hoy en día no son ampliamente usados, salvo en aplicaciones específicas. Uso actual: monitores de radiación, ya que son baratos, simples de operar y fácil de mantener.

4 Último comentario: A partir de 1960, el desarrollo de nuevos dispositivos (multiwire proportional counter, drift chamber, time projection chamber), junto con el desarrollo de la electrónica y nuevos sistemas de adquisición ha dado nueva vida a estos dispositivos. Desarrollos modernos: Emplear líquidos en lugar de gases como medio.

5 Detectores de ionización gaseosos. Por qué gases? Por la alta movilidad de electrones e iones. Los procesos de ionización y excitación han sido ampliamente estudiados y están bien comprendidos.

6 Configuración básica. E V 1 0 r ln ( b / a)

7 Si la radiación penetra en el cilindro, es decir, al volumen sensible, se producen ionizaciones y exitaciones en el gas. El número de pares ion-electrón es proporcional a la energía de la radiación incidente.

8 Número medio de pares creados. Proceso de naturaleza estadística. N E / j

9 Potencial de excitación, ev Potencial de ionización, ev Energía para la creación de un par, ev H 2 10,8 15,4 37 He 19,8 24,6 41 N 2 8,1 15,5 35 O 2 7,9 12,2 31 Ne 16,6 21,6 36 Ar 11,6 15,8 26 Kr 10,0 14,0 24 Xe 8,4 12,1 22 CO 2 10,0 13,7 33 CH 4 13,1 28 aire 33,7

10 El número de pares creados es prácticamente independiente del gas ni del tipo de partícula.

11 Elección del gas. Varios factores involucrados en la elección del gas: 1- Voltaje de trabajo no muy elevado. 2- Alta ganancia. 3- Proporcionalidad. 4- Capacidad de medir altas tasas de eventos. Por su costo y bajo voltaje de trabajo, se suele usar Ar. Ya veremos sus desventajas.

12 Volviendo al detector. Señal de salida La señal de corriente observada depende del voltaje aplicado.

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19 Volvemos al gas. Desventajas del Ar. Por su alto potencial de excitación, no puede operarse con ganancias mayores a Para apagar la descarga se agrega un segundo gas, por ejemplo, metano o alcohol.

20 Ya que vamos a medir con un Geiger. Que mide un Geiger???? Breve repaso a las unidades empleadas en dosimetría. Actividad. Se denomina actividad de una muestra al número medio de desintegraciones por unidad de tiempo que experimenta. Unidad Curie (Ci): 3,7x10 10 desintegraciones/segundo. Sistema Internacional Becquerel: 1 desintegración/segundo.

21 Comentario. Suecia acepta que los alimentos tengan hasta 300 bq/kg. Los pollos de Mazzorin tenían 4 bq/kg. El agua contiene Rn disuelto (emisor ). Una ducha de 8 minutos genera unos 3500 bq. Una casa cerrada acumula hasta bq al día en Rn.

22 La radiación interactúa con la materia por ionización y excitación de átomos y moléculas, por lo tanto medir la cantidad de ionizaciones producidas por una radiación es una medida de la misma. Cantidad de ionizaciones. Exposición. La unidad es el Roentgen, que es una medida se la exposición. Se define como: 1 Roentgen(R): cantidad de rayos X que producen una ionización de 2,58x10-4 C/kg en aire.

23 Se refiere a rayos X y en aire. Se puede relacionar con la actividad a partir de: R. A d 2

24 Una cantidad más relevante para discutir los efectos de la irradiación es la dosis absorbida. Dosis absorbida (D). Mide la energía depositada por la radiación incidente por unidad de masa. Es un parámetro fundamental en radioprotección. Unidad (Sistema Internacional) Gray (Gy) = 1 J/kg Unidad más antigua rad = 0,01 Gy.

25 D = f. R l

26 No tiene en cuenta: Tasa de irradiación. Tipo de radiación. A partir de experimentos biológicos se determinó que el daño producido por una radiación no sólo depende de la energía de la misma, sino también del tipo de radiación incidente. Debe tenerse en cuenta también, por ejemplo, la densidad de ionización en la trayectoria de la radiación.

27 Efectividad Biológica Relativa (RBE). Para tener en cuenta el tipo de particula se ha definido el factor de peso (o de calidad) w r, que da cuenta de la efectividad biológica relativa.

28 Tipo de radiación y energía w r fotones 1 Electrones y muones 1 Neutrones, E < 10 kev 5 Neutrones, kev 10 Neutrones, 100 kev 2000 MeV 20 protones 5, fragmentos de de fisión, ncleos pesados. 20

29 Dosis equivalente (H t ). H w. D t r Si hay diferentes radiaciones involucradas: H w. D Unidad (Sistema Internacional) Sievert (Sv) = 1 J/kg Unidad más antigua rem = 0,01 Sv. t i i r i

30 Dosis efectiva (E). La probabilidad de sufrir un daño biólogico por irradiación (cancer, anomalía genética) depende del órgano específico que recibe la irradiación. Por lo tanto, se ha definido un factor de peso para cada tejido (w T ). Estos factores son independientes del tipo y energía de la radiación incidente. E w i. H t i i t

31 Tejido w T Gónadas 0,20 Hueso (médula) 0,12 Colon 0,12 Pulmones 0,12 Estómago 0,12 Vejiga 0,05 Senos 0,05 Hígado 0,05 Esófago 0,05 Tiroides 0,05 Piel 0,01 Hueso (superficie) 0,01 resto 0,05

32 Algunos números. Un trabajador controlado puede recibir una dosis efectiva máxima de 0,05 Sv/año. La población en general puede recibir una dosis efectiva máxima de 0,005 Sv/año. La comida sueca es legal si ingiriéndola a lo largo de un año se acumula 5x10-3 Sv/año. Una seriada de radiografias implica 0,02 Sv/año. La radiación de fondo es del orden de 0,002 Sv/año En algunas playas de Brasil llega a 0,157 Sv/año!!!!).

33 Unidades Concepto Unidad especial/si simbolo Definición conversión Actividad Curie Ci 3.7x10 10 dps 1Ci=3.7x10 10 Bq Bequerel Bq 1 dps 1Bq=2.7x10-11 Ci Exposición Roentgen R 2.58x10-4 C/kg 1 R=2.58x10-4 C/kg Carga/masa aire C/kg 1 C/kg aire 1 C/kg= R Dosis Absorbida Energía/masa Gray Rad Gy 100 erg/g 1 J/kg 1 rad=0.01 Gy 1Gy=100 rad Dosis equivalente R equivalente hombre Sievert Rem Sv Dosis abs (w r ) =.01 J(w r )/kg 1J(w r )/kg 1 rem=0.01sv 1Sv=100 rem D. efectiva equivalente R equivalente hombre Sievert Rem Sv Dosis abs (w r )(w) =.01 J(w r )(w)/kg 1J(w r )(w)/kg 1 rem=0.01sv 1Sv=100 rem