UNIDAD 3. DETECCIÓN Y MEDIDAS DE LA RADIACIÓN

1.GENERALIDADES:

resulta imprescindible recurrir a dispositivos de medida que sean capaces de detectar y cuantificar la radiación ionizante y permitan trabajar con ella, proporcionando una adecuad protección radiológica.

2.FUNDAMENTOS DE LA DETECCIÓN

2.1. FEICIENCIA:

Para obtener una respuesta de un detector es imprescindible que la radiación interacciona con él. Pero ni toda la radiación emitida por la fuente alcanza el detector, ni toda la radiación que logra alcanzarlo consigue interaccionar con éste y, por tanto, dar señal. Se define entonces:

— EFICIENCIA EXTRÍNSECA (EE): No de partículas que llegan al detector/No de partículas totales emitidas. (Cuántas son las partículas/radiaciones que llegan al detector)

     — EFICIENCIA INTRÍNSECA (EI): No de partículas que interaccionan y dan señal/No de partículas que llegan al detector. (De las que partículas/radiaciones que llegan al detector, cuántas van a interaccionar entre ellas y hacer que el detector emita señal).

2.2. TIEMPO MUERTO:

el tiempo necesario que precisa el dispositivo para contabilizar una señal, periodo durante el cual no puede detectar otro impulso.

2.3. RESOLUCIÓN EN ENERGÍA:

Las distintas formas de interacción de la radiación con la materia y sus efectos son:

— PRODUCCIÓN DE CARGA: Cuando la radiación ionizante atraviesa un gas, provoca ionización de parte de sus átomos, liberando iones positivos y electrones negativos. De esta forma el gas pasa a ser parcialmente conductor. Midiendo la corriente eléctrica que circula por él, puede deducirse la intensidad de la R.I que lo atraviesa.

          — EXCITACIÓN DE LUMINISCENCIA EN ALGUNOS SÓLIDOS: al interaccionar con algunos átomos se provoca excitación de los mismos, los cuales se desexcitan inmediatamente emitiendo fotones luminosos. La medida de la luz en este caso permite medir y analizar la radiación ionizante que provocó la excitación.

— DISOCIACIÓN DE LA MATERIA: Las radiaciones ionizantes pueden dar lugar a disociación, proceso en el que se rompen los enlaces químicos produciendo alteraciones en la constitución de la materia, como en ennegrecimiento de las placas radiográficas. Midiendo después la intensidad de dicho ennegrecimiento se puede deducir la dosis de radiación que ha alcanzado a la película fotográfica.

En la medicina, la medida de las radiaciones se realiza en dos situaciones con objetivos distintos:

determinar la actividad de una fuente de radiación. El detector se utiliza como contador de partículas. Y determinar el efecto de un haz de radiación sobre el medio atravesado, en el punto donde se coloca el detector. Se trata de medir cuantitativamente el haz de radiación en un punto. El detector se utiliza como dosímetro.

2.4. SENSIBILIDAD, PRECISIÓN Y EXACTITUD:

La sensibilidad de un detector es su capacidad para detectar haces de radiación poco intensos. Un detector muy sensible permite la detección de pequeñas emisiones de radiación. El hecho de que sea ‘’sensible’’, no implica que deba ser ‘’preciso’’. La precisión de un detector consiste en la capacidad de dar un valor reproducible, poco variable y con la mínima ambigüedad posible. Un instrumento puede ser ‘’sensible’’ y ‘’preciso’’ pero no ‘’exacto’’. Entendemos por exactitud y rigurosidad de una medida con respecto a su valor real.

3. DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN:

Los daños biológicos causados por la radiación ionizante vienen determinados por la energía cedida por las partículas a los tejidos en los que interactúan. La dosimetría de las radiaciones ionizantes es una rama de la radiología 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. Esta operación se realiza con unos detectores especialmente calibrados y que se llaman genéricamente dosímetros.
El objetivo de la dosimetría de las radiaciones ionizantes es prevenir o limitar la aparición de efectos nocivos producidos por la radiación.

3.1. DOSIMETRÍA AMBIENTAL Y DE ÁREA:

La dosimetría ambiental es la practicada en la determinación de la dosis en zonas o en ambientes accesibles para el público en los que se requiere evaluar el riesgo radiológico. Se realiza para las medidas de dosis de radiación dentro de los planes de vigilancia radiológica ambiental establecidos alrededor de centrales nucleares o de instalaciones de alto impacto. 

La dosimetría de área se encarga de la determinación de la dosis equivalente ambiental, en las zonas vigiladas y controladas, es decir, en zonas de trabajo ocupadas por trabajadores externos. Se emplea para la clasificación y control de las zonas radiológicas y para la vigilancia dosimétrica de trabajadores expuestos.

3.2. DOSIMETRÍA PERSONAL:

En la dosimetría practicada en la determinación de dosis a personas que, por razón de su actividad profesional, por residir en zonas de riesgo o por recibir radiaciones como consecuencia de un tratamiento médico, son controladas mediante dosímetros. Vigilancia radiológica individual (procedimiento directo) mediante: Dosímetros personales para el caso de radiación externa Y  medidas de radiactividad corporal y de radiactividad en excretas en los casos de contaminación personal interna.

4. DETECTORES – TIPOS:

A partir de los fenómenos que se dan en la materia por interacción con la radiación, podemos clasificar los detectores de radiaciones ionizantes empleados en radioprotección, según el mecanismo físico involucrado en el proceso de detección, en:

A) DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA :

funcionamiento de un detector de ionización gaseosa se basa en la señal obtenida cuando la radiación incidente ioniza el gas del recinto interno del dispositivo.En la cavidad interna del detector se almacena un gas no conductor de electricidad (generalmente aire, aunque en algunos casos se utiliza argón, helio o hidrógeno) en el que se disponen dos electrodos separados una cierta distancia a los que se aplica un diferencia potencial (tensión de polarización), con lo que los electrodos adquirirán una carga eléctrica.En ausencia de radiación un gas se comporta como aislante, por lo que no circulara corriente eléctrica entre ambos electrodos.Si una radiación ionizante alcanza el gas, ioniza este medio generando iones. El campo eléctrico existente hará que las cargas liberadas se muevan hacia el electrodo del signo contrario: los iones negativos hacia el ánodo (polo positivo) y los iones positivos hacia el cátodo (polo negativo). De esta forma se origina en el circuito de detección un breve paso de corriente que puede ser medido por un electrómetro y, en consecuencia, indica la llegada de radiación del detector. Por lo tanto, podemos concluir que los detectores de ionización gaseosa se basan en la medida de la señal eléctrica producida como consecuencia de la ionización del gas de su interior por parte de la radiación incidente. Si la fuente que suministra la tensión de polarización es variable, también varía el campo eléctrico que se genera. Según sea el rango de trabajo de la tensión, variará la amplitud de la señal obtenida.

Si la tensión es baja y el campo eléctrico débil, tiene lugar lo que se conoce como fenómeno de recombinación de las cargas ionizadas, de manera que no hay flujo de iones hacia los electrodos no se obtiene señal alguna. Para que un dispositivo de estas carácterísticas haga las funciones de detección, la tensión y el campo eléctrico deben sobrepasar un valor mínimo. Clave para una mayor o menor lectura. Dependiendo de los valores de tensión de polarización aplicada a los electrodos, se distinguen distintos tipos de detectores de ionización gaseosa:

–CÁMARA DE IONIZACIÓN: Para valores de tensión bajos, trabajan las denominadas cámaras de ionización (CI). En las CI el campo eléctrico es el suficiente para que sean recolectados en los electrodos todos los iones generados por la radiación incidente. Las cámaras de ionización se utilizan preferentemente para la detección de fotones (radiación X y gamma) y partículas beta.

–CONTADORES PROPORCIONALES: El esquema de un detector proporcional es análogo al de la cámara de ionización, siendo la tensión aplicada entre los electrodos, la diferencia fundamental entre ambos. Este aumento de la tensión da lugar a una intensidad mayor del campo eléctrico interno y, consecuentemente, a un incremento en la energía de los iones liberados. Al ser más energéticos, en su ‘’recorrido’’ hacia los electrodos, los iones producen ionizaciones secundarias del gas, que pueden llegar a multiplicar mucho el no de electrones (multiplicación de carga). Este fenómeno, conocido como avalancha electrónica, da lugar a pulsos de señal muy altos. Los detectores que trabajan en este rango de tensiones son los contadores proporcionales.

A mayor kV, mayor probabilidad de falsos positivos

–CONTADORES GEIGER: Los Geiger son los detectores que trabajan con tensiones de polarización más elevadas. Debido a que los campos eléctricos son muy intensos, tiene lugar una breve excitación atómica que finaliza con la emisión de un fotón de luz ultravioleta. Este fotón genera nuevas avalanchas de ionización paralelas que se añaden a las originales, de manera que el impulso de la señal obtenida en estos casos son altísimos. Son ideales para detectar haces de radiación muy poco intenso, pero no permiten distinguir el origen de los pulsos (el tipo de energía de la radiación incidente). 

Por lo que no dan información sobre la naturaleza de la radiación incidente o de la energía de ésta. Ten en cuenta que: Para tensiones de polarización muy bajas (efecto de recombinación) o excesivamente altas (efecto de descarga continua) los dispositivos no pueden actuar como detectores.

B) DETECTORES DE SEMICONDUCCIÓN:

Utilizan sólidos cristalinos semiconductores como elemento detector

Cuando la radiación ionizante incide sobre un material semiconductor genera pares electrón-hueco en la estructura del sólido que se comportan de manera análoga a los pares ión-electrón de los dispositivos de ionización en gases. Al aplicar un campo eléctrico externo, se actúa sobre la movilidad de los mismos y se obtiene una señal eléctrica debida a la ionización en el detector ante la presencia de radiación externa. Por estas analogías, algunos autores se refieren a estos detectores como ’’cámaras de ionización de estado sólido’’. Ejemplos: silicio, germanio.

C) DETECTORES DE CENTELLEO:

Existen ciertos compuestos cristalinos (materiales luminiscentes) que tienen una propiedad de emitir luz visible o ultravioleta como respuesta a un estímulo externo. Se denominan materiales luminiscentes. Por ejemplo, cuando el estímulo externo es la radiación, la sustancia luminiscente absorbe la energía depositada transforma parte de dicha energía en una emisión de luz visible o ultravioleta. El resto se disipa en forma de calor. Dentro de las sustancias luminiscentes encontramos:

–FOSFORESCIENCIA:

Emiten luz incluso una vez finalizado el estímulo

–FLUORESCENCIA: únicamente emiten luz durante la presencia del estímulo. De ambas, serán estas últimas objeto de estudio pues son la base de los detectores de centelleo.

Un detector de centelleo se compone básicamente de una sustancia fluorescente y un dispositivo fotoeléctrico denominado fotomultiplicador que convierte los destellos luminosos en impulsos eléctricos y mide la luz emitida por una sustancia luminiscente.

Se utilizan numerosos materiales como detectores de centelleo:

–Materiales orgánicos como el antraceno o los centelleadores en fase líquida.

—Sustancias inorgánicas fluorescente: el sulfuro de cinc activado con plata o el yoduro sódico activado con tallo.

Los detectores de centelleo se caracterizan por:

Respuesta muy rápida Y buena sensibilidad a la radiación, mayor que en los detectores de ionización gaseosa.

Capacidad de discriminación por forma del impulso. Algunos materiales centelleadores proporcionan impulsos diferentes en función del tipo de radiación incidente.

D) TERMOLUMINISCENCIA:

Consiste en la emisión de luz por acción del calor, cuando han sido expuestas a radiación ionizante

Los materiales termoluminiscentes almacenan esta energía hasta que, por medio de un foco calorífico, los electrones excitados vuelven a sus niveles estables, emitiendo energía en forma de luz. El dispositivo de lectura consiste en un microhorno que eleva la temperatura del cristal hasta un cierto valor, más un fotomultiplicador y la cadena electrónica asociada que convierten la luminiscencia generada en la señal eléctrica.

Los detectores basados en termoluminiscencia son de gran utilidad en dosimetría individual

Ejemplo: fluoruro de litio

5. MONITORES Y DOSÍMETROS DE LA RADIACIÓN:

Los dosímetros personales pueden ser activos o pasivos según requieran o no de una fuente de alimentación para su funcionamiento.

–PASIVOS: integran la dosis durante su exposición sin necesidad de estar conectados a los instrumentos de medida, y su evaluación se realiza en laboratorios especializados al finalizar el período de exposición. Los que se utilizan con mayor frecuencia son los termoluminiscentes.

–ACTIVOS: respuesta inmediata y continua durante su operación y proporcionan, en tiempo real, información sobre la dosis acumulada y la tasa de dosis. Algunos pueden emitir alarmas. Habitualmente, están basados en detectores de ionización gaseosa o semiconductor.

Los dosímetros utilizados para la dosimetría personal deben cumplir unos requisitos:

Deben ser cómodos de llevar y por tanto de pequeño tamaño, Deben ser sensibles en un amplio rango de dosis Y su lectura debe ser independiente de la energía de la radiación y de la tasa de dosis.

Los dosímetros personales proporcionan lecturas de dosis superficial. Deben ser válidos para medir radiación electromagnética (fotones) o corpuscular (partículas). Es conveniente que sean de un material lo más equivalente al tejido biológico. Su lectura debe ser inequívoca y sencilla de realizar.

Los modelos más extendidos de dosímetros personales que cumplen con estas condiciones son los dosímetros de termoluminiscencia (TLD). Tienen la ventaja de ser reutilizables una vez extraída la información. Son de pequeño tamaño y tienen forma cuadrada o circular. Se alojan en un porta-dosímetro que es fácil de sujeción a la ropa del profesional.

Para una correcta representación de la dosimetría del cuerpo entero, el dosímetro personal debe colocarse a la altura del tórax del profesional. En caso de utilizar un delantal plomado, el dosímetro siempre estará ubicado por  debajo de dicho delantal. En algunas especialidades sanitarias es también necesario realizar una vigilancia dosimétrica adicional más específica debido al riesgo que entrañan. Por ejemplo, las especialidades intervencionistas de carácter radiológico como cardiología hemodinámica, neurocirugía o cirugía vascular, suponen dosis despreciables en ojos o manos del especialista. Si bien existen dispositivos diseñados para la protección de estos órganos, generalmente se utilizan dosímetros específicos colocados en las extremidades y cerca de los ojos para detectar la dosis recibida en las manos o en el cristalino.

6. INTERPRETACIÓN DE LAS LECTURAS DOSIMÉTRICAS. HISTORIAL DOSIMÉTRICO:

El ‘’Reglamento Sobre Protección Sanitaria Contra Radiaciones Ionizantes’’, menciona la obligatoriedad de registrar la dosis recibidas por los trabajadores expuestos en un historial dosimétrico individual. En dicho historial aparecerá la información siguiente: Dosis mensuales (tanto superficiales como profundas),
Dosis acumuladas en cada año oficial (superficial y profunda)
, Dosis profunda acumulada durante un periodo de 5 años oficiales consecutivos Y  también deberá quedar registrada si ha tenido lugar una irradiación producto de una exposición especialmente autorizada.

Por tratarse de ‘’dosis efectivas’’ las unidades utilizadas serán los sievert, concretamente en el rango de milisievert (mSv). Existen diferentes modelos de historial dosimétrico que cumplen estas premisas. Datos del usuario de dosimetría personal (Historial dosimétrico) . Es muy importante que el portador del dosímetro indidivual adquiera consciencia de la importancia que tiene el uso correcto del detector personal. Este buen uso pasa por el cumplimiento de los compromisos siguientes: El dosímetro debe ser entregado cada mes sin retraso para su lectura, Se debe tener cuidado de no deteriorarlo, No debe extraviarse,  En caso de sospecha de irradiación accidental del dosímetro (que no afecte a la persona) debe comunicarse lo antes posible al responsable de radioprotección.