Curso de SUPERVISORES de instalaciones radiactivas (IR). MÓDULO BÁSICO. PRÁCTICAS PRÁCTICA 2. EQUIPOS DE MEDIDA DE CONTAMINACIÓN SUPERFICIAL

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1 PRÁCTICA 2. EQUIPOS DE MEDIDA DE CONTAMINACIÓN SUPERFICIAL CSN 2013

2 ÍNDICE: GUIÓN:... 3 MATERIALY EQUIPO UTILIZADO: VERIFICACIONES Y CALIBRACIÓN PROCEDIMIENTO DE MEDIDA LÍMITE DE DETECCIÓN REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA: Cálculo de la eficiencia intrínseca del monitor ( i ) Determinación de la eficiencia de un instrumento en una mezcla de radionucleidos: Cálculo de la Actividad Superficial Mínima Detectable para varios equipos: IR_SP_BA_TX-P02 2/11 CSN 2013

3 PRÁCTICA 2: EQUIPOS DE MEDIDA DE CONTAMINACIÓN SUPERFICIAL GUIÓN: a) Mostrar diferentes monitores de contaminación superficial usados para la vigilancia radiológica de área. b) Realizar las verificaciones previas al uso de los equipos. c) Realizar varias medidas con alguno de los monitores de contaminación y comprobar la respuesta del detector frente a la contaminación alfa, beta y gamma. d) Calcular la eficiencia de un detector de contaminación. e) Calcular de la Actividad Superficial Mínima Detectable para varios equipos. f) Interpretar los resultados MATERIALY EQUIPO UTILIZADO: La práctica descrita se realiza con los materiales y equipos que se detallan a continuación, pudiéndose realizar con otra instrumentación y dispositivos, siempre y cuando sean adecuados a los requerimientos de la práctica definidos en el guión y a las condiciones reales del laboratorio donde se vaya a impartir. 1) Equipos portátiles para la medida de contaminación radiológica con detectores Geiger-Müller, proporcionales, centelleo, etc. 2) Fuentes de radiación: Am-241 ó Pu-239, Tl-204 ó Cl-36, Sr-90, etc. IR_SP_BA_TX-P02 3/11 CSN 2013

4 1. VERIFICACIONES Y CALIBRACIÓN. Antes de utilizar un equipo de medida, el usuario debe asegurarse de que dicho instrumento es el indicado para realizar la medida exigida. Al seleccionar un detector para la medida de la contaminación superficial, esta decisión está basada en el conocimiento del tipo de emisión que se quiere medir (no siempre se conoce este dato) y las características del detector. Todos los detectores deben estar homologados. Cada modelo genérico debe tener sus características bien especificadas y detalladas en el manual de instrucciones. El supervisor debe conocer al menos las siguientes características del modelo elegido: Linealidad de respuesta (error relativo) en el rango de energía común de uso del equipo. Respuesta al tipo y energía de la radiación ionizante para la que el instrumento se ha diseñado. Uniformidad de la respuesta del monitor de contaminación superficial a lo largo de toda la superficie del detector. Respuesta frente a tasas de dosis elevadas. Respuesta frente a la posible interferencia de otro tipo de radiación ionizante distinta a aquella para la que se diseñó el instrumento. Respuesta a cualquier condición ambiental especial, que pudiera ser relevante: temperatura, humedad, campos magnéticos o campos de radiofrecuencia. Para cada equipo utilizado, la importancia de unos parámetros u otros dependerá fundamentalmente de sus características constructivas, del destino para el cual se han fabricado o del uso que realmente se les esté dando. Cada equipo individual deberá tener un certificado de calibración vigente emitido por un laboratorio oficial de calibración y verificación. No obstante, antes de hacer una medida, el supervisor realizará una serie de comprobaciones para verificar que el equipo funciona correctamente. El objetivo de esta práctica es adiestrar al alumno en el manejo y verificación de las condiciones de operación de un detector de contaminación concreto. 2. PROCEDIMIENTO DE MEDIDA Una vez seguidas las recomendaciones anteriores, para realizar la medida en los puntos detectados y así obtener el valor de la contaminación superficial con cierto rigor es necesario seguir los siguientes pasos: IR_SP_BA_TX-P02 4/11 CSN 2013

5 Comprobar el correcto funcionamiento del equipo verificando que su respuesta frente a una fuente conocida no difiere en más del 25 % de la respuesta inicial cuando se verificó. Determinar el valor del fondo en un lugar representativo del área que va a ser medida. (Este valor del fondo debe ser medido y comprobado regularmente). Utilizar elementos separadores para mantener una distancia entre la sonda y la superficie lo más pequeña posible. Mantener la sonda en esta posición durante al menos tres veces el tiempo de respuesta del instrumento (indicación 95%). Conocer la eficiencia del instrumento para distintos radionucleidos (tipo de radiación y energía) y factores ambientales que pueden condicionar los resultados de la medida. Evaluar los efectos de absorción o geométricos de las superficies o de los objetos a medir en caso de que estos no sean planos. Calcular el valor de la actividad superficial 1 de la siguiente forma: A Sup ( NC N f ). (2) Area i S Sonda Siendo, N f, las cuentas por segundo del fondo. N c, las cuentas por segundo totales (fondo + superficie medida) S, la eficiencia de la superficie. Las normas ISO 2 recomiendan que a falta de resultados experimentales respecto a las eficiencias de diferentes superficies, se utilice el factor de 0.5 para emisores beta de energía de emisión superior a 0,4 MeV y el factor de 0,25 para emisores beta de energía máxima comprendidas entre 0,15 y 0,4 MeV y para emisores alfa. i,la eficiencia intrínseca del equipo de medida referida a geometría 2 Área sonda, es la superficie sensible de la sonda utilizada en cm 2. 1 La Actividad superficial se define en la norma UNE "Medidores y monitores de contaminación Alfa, Beta y Alfa-Beta" 2 ISO "Evaluation of surface contamination- Part 1. Beta-emitters (maximum energy greater than 0,15 MeV) and alpha-emitters" ISO 8967:1988 "Reference sources for the calibration of surface contamination monitors -Beta emitters (maximum energy greater than 0,15 MeV) and alpha-emitters" IR_SP_BA_TX-P02 5/11 CSN 2013

6 3. LÍMITE DE DETECCIÓN. Figura 1: Medida del valor de la contaminación superficial. El límite de detección es un concepto estadístico que se utiliza para decidir si el resultado de una medida está o no significativamente por encima del nivel de fondo. Más concretamente el límite de detección L D, es el valor de actividad (o concentración de actividad másica, volumétrica o superficial), que tendría que tener una muestra, para que al someterla repetidas veces a un test de comparación con el valor de fondo, (test de aceptación o rechazo), sólo tuviera una probabilidad β, de equipararse al valor de fondo. Lo común es aceptar = 0.05, de tal forma que hay el 5% de probabilidad de decidir incorrectamente que no hay actividad en la muestra cuando en realidad la hay ( falso negativo ). El test de comparación con el valor de fondo, se establece definiendo un valor, que llamamos umbral de decisión o limite crítico L C, de tal forma que la probabilidad de obtener un valor superior a L C en una muestra de actividad cero es α. Normalmente se admite un valor de α=0.05. Suponiendo que el conjunto de resultados que se obtienen al determinar la actividad de una muestra de actividad cero es una gaussiana de desviación standard S B, podemos encontrar el valor de L C. Tanto el límite crítico L C como el límite de detección L D se pueden expresar en cuentas. Para ello solo tenemos que saber que las cuentas netas n N son las cuentas totales n T menos las cuentas de fondo n B nn nt n B Las varianzas de las tres variables se relacionan a través de la ecuación: 2 2 n n S S S S S n n 2 N 2 N N T B T B T B nt nb -En estas condiciones el límite crítico L C viene dado por: (Norma ISO Determinación de los límites característicos, umbral de decisión, límite de detección y límites del intervalo de confianza, para medidas de radiación ionizante. Fundamentos y aplicaciones) L K S C 1 N IR_SP_BA_TX-P02 6/11 CSN 2013

7 Donde K 1-α es el percentil (1-α) de una distribución gaussiana normalizada. K 1-α =1.65 Donde S N es la desviación típica de recuento neto. Para una muestra de actividad cero las cuentas netas son cero, n N = 0, de tal forma que n S T 2 N n B 2n B S 2 n 2 S N B B Nuestro límite crítico será: LC K1 SN K1 2 S B -La expresión para L D es (Norma ISO Determinación de los límites característicos, umbral de decisión, límite de detección y límites del intervalo de confianza, para medidas de radiación ionizante. Fundamentos y aplicaciones): LD LC K1 S LD Donde K 1-β es el percentil (1-β) de una distribución gaussiana normalizada. K 1-β =1.65 S LD es la desviación standard del límite de detección, expresado en cuentas. Es necesario expresar S LD en función de L D. Para el límite de detección tenemos que L n n D T B S n n L 2n 2 LD T B D B L L K S K 2 S K S K 2 S K L 2n D C 1 LD 1 B 1 LD 1 B 1 D B L K 2 S K L 2n D B D B La última ecuación es una ecuación de segundo grado, de donde se puede obtener fácilmente L D. En ella se ha hecho K 1-α = K 1-β =K El resultado es L K 2 2K n S 2 D B B La expresión que se ha venido utilizando habitualmente es que será la que aplicaremos. L D = 3 + 4,65 S B (3) IR_SP_BA_TX-P02 7/11 CSN 2013

8 A partir de la expresión anterior y de la fórmula del cálculo de actividad superficial, se puede calcular la Actividad Superficial Mínima Detectable en la medida de una muestra. El AMD para una medida de contaminación superficial, se define como la actividad superficial mínima que es prácticamente detectable, ASMD, por un proceso de medida determinado. La expresión del ASMD es: ASMD L t D i S 1 (3 4,65SB ) (4) Area t Area Sonda i S Sonda Siendo: - S B, la desviación típica del recuento del fondo.(s B = (Fondo) ½ ) - t, el tiempo de recuento de la (superficie=fondo) en segundos - i, la eficiencia del equipo de medida. - S, la eficiencia de la superficie. - Area Sonda, es la superficie sensible de la sonda utilizada en cm REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA: 4.1 Cálculo de la eficiencia intrínseca del monitor ( i ) 4.2 Determinación de la eficiencia de un instrumento en una mezcla de radionucleidos 4.3 Cálculo de la Actividad Mínima detectable para varios equipos. 4.1 Cálculo de la eficiencia intrínseca del monitor ( i ) - Medir una fuente cuya actividad sea conocida - Corregir la medida por fondo - Corregir la actividad de la fuente a la fecha de realización de la medida - Calcular la eficiencia absoluta (cps netas/actividad corregida) - Calcular la eficiencia intrínseca: en este caso, la eficiencia intrínseca es el doble de la eficiencia absoluta (Figura 1: al detector le llega la mitad de lo que emite la fuente) y la autoabsorción es despreciable. IR_SP_BA_TX-P02 8/11 CSN 2013

9 Equipo Nº: Detector tipo: Superficie sensible Radionucleido Energía Actividad nominal Actividad corregida cps netas Eficiencia FONDO: s Determinación de la eficiencia de un instrumento en una mezcla de radionucleidos: Supongamos que se mide una superficie contaminada con 99 Tc y 90 SrY. Si se supone que la relación de actividad entre ambos radionucleidos es 60 % de 90 SrY y 40% de 99 Tc: Eficiencia instrumento = 0.6 x 90SrY + 0,4 x 99Tc = Recordemos que la eficiencia del instrumento debe multiplicarse por la eficiencia de la superficie para obtener la eficiencia total. La eficiencia individual de la superficie, según las normas ISO ya mencionada, es 0,5 para el 90 SrY y 0,25 para 99 Tc. La eficiencia promediada es el valor que se utilizará para convertir las cuentas por segundo netas obtenidas con el instrumento en actividad superficial. El cálculo será como sigue: Para 90 Sr/Y 0,6 x 90SrY x 0.5 = Para 99 Tc 0,4 x 99Tc x 0.25 = IR_SP_BA_TX-P02 9/11 CSN 2013

10 Eficiencia total promediada = Suma de las anteriores= La eficiencia de la superficie promediada en esta medida se puede obtener con el cociente de ambas: Eficiencia total promediada Eficiencia promedio de la superficie = = Eficiencia instrumento - Cálculo teórico de la eficiencia para Ra-226. Aplicando los criterios de la norma ISO 1987 para la estimación de la eficiencia de la superficie ( S ), obtener la eficiencia del equipo utilizado para una superficie contaminada con Ra-226, teniendo en cuenta todos los descendientes. Se supone conocida la eficiencia del instrumento a partir de su determinación experimental (apartado 4.1) o de la calibración del mismo. Radionucleido Radiación/energía de emisión (MeV) Fracción de descendiente en equilibrio Porcentaje de emisión Eficiencia del instrumento Eficiencia de la superficie Eficiencia promedio 226 Ra /4, % 222 Rn /5, % 218 Po /6, % 214 Pb /0, % 214 Bi /0, % 214 Po /7, % 210 Pb /0, % 210 Bi /0, % 210 Po /5, % IR_SP_BA_TX-P02 10/11 CSN 2013

11 4.3 Cálculo de la Actividad Superficial Mínima Detectable para varios equipos: - Medir el fondo (cps) y calcular su desviación típica - Tomar la eficiencia de superficie de la norma ISO y la eficiencia intrínseca del manual del equipo o de la medida experimental realizada en el apartado Calcular el límite de detección L D según la expresión (3) del apartado 3. - Calcular la Actividad Superficial Mínima Detectable según la expresión (4) del apartado 3. Equipo: Detector: Superficie: Tiempo de medida: Radionucleido Eficiencia Fondo (cps) Limite de Detección (cps) Actividad Superficial Mínima Detectable (Bqcm -2 ) IR_SP_BA_TX-P02 11/11 CSN 2013