O que é Dosimetria Gama – Dosímetro Gama – Definição

A dosimetria gama  é a medição, cálculo e avaliação das doses absorvidas e a atribuição dessas doses aos indivíduos. É a ciência e a prática que tentam relacionar quantitativamente medidas específicas feitas em um campo de radiação com mudanças químicas e / ou biológicas que a radiação produziria em um alvo.

Como existem dois tipos de exposição à radiação, exposição externa e interna, a dosimetria também pode ser categorizada como:

• Dosimetria externa . A exposição externa é a radiação que vem de fora do nosso corpo e interage conosco. Nesse caso, analisamos predominantemente a exposição  a raios gama  e  partículas beta , já que as  partículas alfa , em geral, não representam risco de exposição externa, porque as partículas geralmente não passam pela pele. Como os fótons e beta interagem através de forças eletromagnéticas e nêutrons interagem através de forças nucleares, seus métodos de detecção e dosimetria são substancialmente diferentes. A fonte de radiação pode ser, por exemplo, um equipamento que produz a radiação como um recipiente com materiais radioativos ou como uma máquina de raio-x. A dosimetria externa é baseada em medições com um  dosímetro, ou inferido a partir de medições feitas por outros instrumentos de proteção radiológica.
• Dosimetria interna . Se a fonte de radiação está  dentro do nosso corpo , dizemos, é  a exposição interna . A ingestão de material radioativo pode ocorrer por várias vias, como a ingestão de contaminação radioativa em alimentos ou líquidos. A proteção contra a exposição interna é mais complicada. A maioria dos radionuclídeos fornecerá muito mais doses de radiação se, de alguma forma, puderem entrar em seu corpo, do que se ficassem fora. A avaliação da dosimetria interna depende de uma variedade de técnicas de monitoramento, bioensaio ou geração de imagens de radiação.

Estudos demonstraram que a radiação alfa e nêutron causa maior dano biológico para uma dada deposição de energia por kg de tecido do que a radiação gama. Foi descoberto que os efeitos biológicos de qualquer radiação  aumentam  com a  transferência linear de energia  (LET). Em suma, o dano biológico da radiação de  alta LET  ( partículas alfa ,  prótons  ou  nêutrons ) é muito maior do que o da radiação de  baixa LET  ( raios gama) Isso ocorre porque o tecido vivo pode reparar mais facilmente os danos causados ​​pela radiação que se espalha por uma área grande do que aquela que está concentrada em uma área pequena. Como mais danos biológicos são causados ​​pela mesma dose física (ou seja, a mesma energia depositada por unidade de massa de tecido), um cinza da radiação alfa ou nêutron é mais prejudicial do que um cinza da radiação gama. Este fato de que radiações de diferentes tipos (e energias) produzem efeitos biológicos diferentes para a mesma dose absorvida é descrito em termos de fatores conhecidos como  efetividade biológica relativa  (RBE) e  fator de ponderação de radiação  (w _R ).

Fatores de ponderação por radiação – ICRP

Para radiação de fóton e elétron, o  fator de ponderação de radiação tem o valor 1 independentemente da energia da radiação e para a radiação alfa o valor 20. Para a radiação de nêutrons, o valor depende da energia e atinge de 5 a 20.

Em 2007, o ICRP publicou um  novo conjunto de fatores de ponderação de radiação (ICRP Publ. 103: As Recomendações de 2007 da Comissão Internacional de Proteção Radiológica). Esses fatores são apresentados abaixo.

Como mostrado na tabela, aw _R  de 1 é para todas as radiações de baixa LET, ou seja, raios X e raios gama de todas as energias, bem como elétrons e múons. Uma curva suave, considerada uma aproximação, foi ajustada aos w _R valores como uma função da energia incidente de neutrões. Observe que E _n  é a energia de nêutrons em MeV.

Assim, por exemplo, uma dose absorvida de 1 Gy por partículas alfa levará a uma dose equivalente a 20 Sv, e estima-se que uma dose equivalente de radiação tenha o mesmo efeito biológico que uma quantidade igual de dose absorvida de raios gama, que é dado um fator de ponderação de 1.

Detectores de radiação gama

Os detectores também podem ser classificados de acordo com materiais e métodos sensíveis que podem ser utilizados para fazer uma medição:

• Detectores de ionização gasosa
• Detectores de cintilação
• Detectores de semicondutores

Detecção de radiação gama usando câmara de ionização

Os raios gama  têm muito pouco problema em penetrar nas paredes metálicas da câmara. Portanto, câmaras de ionização podem ser usadas para detectar radiação gama e raios-X conhecidos coletivamente como fótons, e para isso o tubo sem janelas é usado. As câmaras de ionização têm uma boa resposta uniforme à radiação em uma ampla gama de energias e são os meios preferidos para medir altos níveis de radiação gama. Alguns problemas são causados ​​pelo fato de que as partículas alfa são mais ionizantes que as partículas beta e os raios gama; portanto, mais corrente é produzida na região da câmara de ionização por alfa do que beta e gama. Os raios gama depositam uma quantidade significativamente menor de energia no detector do que outras partículas.

A eficiência da câmara pode ser aumentada ainda mais pelo uso de um gás de alta pressão. Tipicamente, uma pressão de 8 a 10 atmosferas pode ser usada e vários gases nobres são empregados. Por exemplo, as  câmaras de ionização de xenônio de alta pressão (HPXe)  são ideais para uso em ambientes não controlados, pois a resposta de um detector demonstrou ser uniforme em grandes faixas de temperatura (20–170 ° C). A pressão mais alta resulta em uma maior densidade de gás e, portanto, em uma maior chance de colisão com o gás de preenchimento e a criação de pares de íons por radiação gama incidente. Devido ao aumento da espessura da parede necessária para suportar essa alta pressão, apenas a radiação gama pode ser detectada. Esses detectores são usados ​​em  medidores de medição  e para monitoramento ambiental.

Detecção de radiação gama usando o contador Geiger

O contador Geiger  pode detectar radiação ionizante, como  partículas alfa  e  beta ,  nêutrons e  raios gama,  usando o efeito de ionização produzido em um tubo Geiger-Müller, que dá nome ao instrumento. A tensão do detector é ajustada para que as condições correspondam à região de  Geiger-Mueller .

O  alto fator de amplificação  do contador Geiger é a principal vantagem sobre a câmara de ionização. O contador Geiger é, portanto, um dispositivo muito mais sensível do que outras câmaras. É frequentemente usado na detecção de raios gama de baixo nível e partículas beta por esse motivo.

Detecção de radiação gama usando contador de cintilação

Os contadores de cintilação  são usados ​​para medir a radiação em uma variedade de aplicações, incluindo medidores portáteis de pesquisa de radiação, monitoramento pessoal e ambiental de  contaminação radioativa , imagens médicas, ensaios radiométricos, segurança nuclear e segurança de usinas nucleares. Eles são amplamente utilizados porque podem ser fabricados de maneira barata e com boa eficiência e podem medir a intensidade e a energia da radiação incidente.

Os contadores de cintilação podem ser usados ​​para detectar  radiação alfa ,  beta e  gama . Eles podem ser usados ​​também para a  detecção de nêutrons . Para esses fins, diferentes cintiladores são usados.

• Raios gama . Os materiais com alto teor de Z  são mais adequados como cintiladores para a detecção de raios gama. O material de cintilação mais utilizado é o  NaI (Tl)  (iodeto de sódio dopado com tálio). O iodo fornece a maior parte do poder de parada no iodeto de sódio (uma vez que possui um alto Z = 53). Esses cintiladores cristalinos são caracterizados por tempos de alta densidade, alto número atômico e decaimento de pulso de aproximadamente 1 microssegundo (~ 10 ^-6 sec). A cintilação em cristais inorgânicos é tipicamente mais lenta que nos orgânicos. Eles exibem alta eficiência na detecção de raios gama e são capazes de lidar com altas taxas de contagem. Os cristais inorgânicos podem ser cortados em tamanhos pequenos e dispostos em uma configuração de matriz para fornecer sensibilidade à posição. Esse recurso é amplamente utilizado em imagens médicas para detectar raios-X ou raios gama. Cintiladores inorgânicos são melhores na detecção de raios gama e raios-X. Isto é devido à sua alta densidade e número atômico, o que fornece uma alta densidade de elétrons.

Detecção de radiação gama usando semicondutores – HPGe Detectors

Detectores de germânio de alta pureza  ( detectores HPGe ) são a melhor solução para espectroscopia precisa de  raios gama e raios-x .

Como foi escrito, o estudo e a análise de espectros de raios gama para uso científico e técnico são chamados espectroscopia gama, e os espectrômetros de raios gama são os instrumentos que observam e coletam esses dados. Um espectrômetro de raios gama (GRS) é um dispositivo sofisticado para medir a distribuição de energia da radiação gama. Para a medição de raios gama acima de várias centenas de keV, existem duas categorias de detectores de grande importância,  cintiladores inorgânicos como NaI (Tl)  e  detectores de semicondutores . Se uma  resolução de energia perfeita  for necessária, precisamos usar  um detector à base de germânio , como o  detector HPGe. Os detectores de semicondutores à base de germânio são mais comumente usados ​​onde é necessária uma resolução de energia muito boa, especialmente para  espectroscopia gama , bem como  espectroscopia de raios-x . Na espectroscopia gama, o germânio é preferido devido ao seu número atômico ser muito maior que o silício e aumentar a probabilidade de interação com raios gama. Além disso, o germânio possui menor energia média necessária para criar um par de elétrons-orifícios, que é 3,6 eV para silício e 2,9 eV para germânio. Isso também fornece ao último uma melhor resolução em energia. O FWHM (largura total até a metade do máximo) para detectores de germânio é uma função da energia. Para um fóton de 1,3 MeV, o FWHM é de 2,1 keV, o que é muito baixo.

Um  dosímetro pessoal eletrônico  é um dosímetro moderno, que pode fornecer uma leitura contínua da  dose cumulativa  e da  taxa de dose atual e pode avisar a pessoa que o usa quando uma  taxa de dose especificada  ou uma  dose cumulativa  é excedida. Os EPDs são especialmente úteis em áreas de altas doses, onde o tempo de permanência do usuário é limitado devido a restrições de dose.

Características dos EPDs

O  dosímetro pessoal eletrônico, EPD,  é capaz de exibir uma  leitura direta  da dose ou taxa de dose detectada em tempo real. Dosímetros eletrônicos podem ser usados ​​como um dosímetro suplementar e também como um dosímetro primário. Os dosímetros passivos e os pessoais eletrônicos são frequentemente usados ​​juntos para se complementarem. Para estimar doses efetivas, os dosímetros devem ser usados ​​em uma posição do corpo representativa de sua exposição, geralmente entre a cintura e o pescoço, na frente do tronco, de frente para a fonte radioativa. Os dosímetros geralmente são usados ​​na parte externa da roupa, ao redor do tórax ou do tronco para representar a dose para o “corpo inteiro”. Dosímetros também podem ser usados ​​nas extremidades ou perto do olho para medir a dose equivalente a esses tecidos.

O dosímetro pode ser redefinido, geralmente após uma leitura para fins de registro e, assim, reutilizado várias vezes. Os EPDs possuem uma tela montada na parte superior para facilitar a leitura quando eles estão presos no bolso do peito. O visor digital fornece informações sobre  dose  e  taxa de dose geralmente em mSv e mSv / h. O EPD possui um  alarme de taxa de dose e um  alarme de dose . Esses alarmes são programáveis. Diferentes alarmes podem ser definidos para diferentes atividades.

Por exemplo:

• alarme de taxa de dose a 100 μSv / h,
• alarme de dose: 100 μSv.

Se um ponto de ajuste de alarme for alcançado, o display relevante piscará junto com uma luz vermelha e será gerado um ruído agudo. Você pode apagar o alarme da taxa de dose recuando para um campo de radiação mais baixo, mas não pode apagar o alarme de dose até chegar a um leitor de EPD. Os EPDs também podem emitir um sinal sonoro por cada 1 ou 10 μSv que registram. Isso fornece uma indicação audível dos campos de radiação. Alguns EPDs possuem recursos de comunicação sem fio. Os EPDs são capazes de medir uma ampla faixa de doses de radiação, desde níveis de rotina (μSv) até níveis de emergência (centenas de mSv ou unidades de Sieverts) com alta precisão, e podem exibir a taxa de exposição e os valores acumulados de exposição. Das tecnologias dos dosímetros, os dosímetros eletrônicos pessoais são geralmente os mais caros, os maiores em tamanho e os mais versáteis.