¿Qué es la dosimetría alfa? Definición

La dosimetría alfa es muy específica, porque las partículas alfa viajan solo unos pocos centímetros en el aire pero depositan todas sus energías a lo largo de sus caminos cortos. Dosimetría de radiación

Partícula Alfa - Interacción con la materiaLa dosimetría alfa  es muy específica, porque las partículas alfa viajan solo unos pocos centímetros en el aire pero depositan todas sus energías a lo largo de sus caminos cortos, por lo que la cantidad de energía transferida es muy alta. Las partículas alfa y beta, en general, no constituyen un riesgo de exposición externa porque las partículas generalmente no pasan a través de la piel. Por otro lado, la radiación alfa es muy dañina cuando los radionucleidos alfa son ingeridos o inhalados. La exposición interna  es más peligrosa que la exposición externa, ya que transportamos la fuente de radiación dentro de nuestros cuerpos y no podemos usar ninguno de  los principios de protección contra la radiación  (tiempo, distancia, protección).

Los estudios han demostrado que la radiación alfa y de neutrones causa un daño biológico mayor para una deposición de energía dada por kg de tejido que la radiación gamma. Se descubrió que los efectos biológicos de cualquier radiación  aumentan  con la  transferencia de energía lineal  (LET). En resumen, el daño biológico de la radiación de  alto LET  ( partículas alfa ,  protones  o  neutrones ) es mucho mayor que el de la radiación de  bajo LET  ( rayos gamma) Esto se debe a que el tejido vivo puede reparar más fácilmente el daño de la radiación que se extiende sobre un área grande que la que se concentra en un área pequeña. Como se causa más daño biológico por la misma dosis física (es decir, la misma energía depositada por unidad de masa de tejido), un gris de radiación alfa o de neutrones es más dañino que un gris de radiación gamma. Este hecho de que las radiaciones de diferentes tipos (y energías) dan diferentes efectos biológicos para la misma dosis absorbida se describe en términos de factores conocidos como la  efectividad biológica relativa  (RBE) y el factor de ponderación de la  radiación  (w R ).

Factores de ponderación de la radiación – ICRP

Para la radiación de fotones y electrones, el factor de ponderación de la  radiación tiene el valor 1 independientemente de la energía de la radiación y para la radiación alfa el valor 20. Para la radiación de neutrones, el valor depende de la energía y es de 5 a 20.

Factores de ponderación de la radiación
Fuente: ICRP, 2003. Efectividad biológica relativa (RBE), factor de calidad (Q) y factor de ponderación de la radiación (wR). Publicación ICRP 92. Ann. ICRP 33 (4).

En 2007, ICRP publicó un  nuevo conjunto de factores de ponderación de la radiación (Publicación ICRP 103: Recomendaciones de 2007 de la Comisión Internacional de Protección Radiológica). Estos factores se dan a continuación.

Factores de ponderación de la radiación - actual - ICRP
Fuente: ICRP Publ. 103: Las Recomendaciones de 2007 de la Comisión Internacional de Protección Radiológica

Como se muestra en la tabla, aw R  de 1 es para todas las radiaciones de baja LET, es decir, rayos X y rayos gamma de todas las energías, así como electrones y muones. Se ajustó una curva suave, considerada una aproximación, a los valores de w R en función de la energía de neutrones incidente. Tenga en cuenta que E n  es la energía de neutrones en MeV.

factor de ponderación de la radiación - neutrones - ICRP
El factor de ponderación de radiación wR para neutrones introducido en la Publicación 60 (ICRP, 1991) como una función discontinua de la energía de neutrones (- – -) y la modificación propuesta (-).

Así, por ejemplo, una dosis absorbida de 1 Gy por partículas alfa conducirá a una dosis equivalente de 20 Sv, y ​​se estima que una dosis equivalente de radiación tiene el mismo efecto biológico que una cantidad igual de dosis absorbida de rayos gamma, que es dado un factor de ponderación de 1.

Detectores de radiación alfa

Los detectores también se pueden clasificar de acuerdo con materiales y métodos sensibles que se pueden utilizar para realizar una medición:

Detección de radiación alfa usando la cámara de ionización

cámara de ionización - principio básicoPara que las partículas alfa y beta sean detectadas por las cámaras de ionización , deben estar provistas de una ventana delgada . Esta «ventana final» debe ser lo suficientemente delgada para que las partículas alfa y beta puedan penetrar. Sin embargo, una ventana de casi cualquier espesor evitará que una partícula alfa ingrese a la cámara. La ventana generalmente está hecha de mica con una densidad de aproximadamente 1.5 – 2.0 mg / cm 2 . Pero eso no significa que la radiación alfa no puede ser detectada por una cámara de ionización.

Por ejemplo, en algún tipo de detectores de humo, puede encontrar radionucleidos artificiales como el americio-241, que es una fuente de partículas alfa. El detector de humo tiene dos cámaras de ionización, una abierta al aire y una cámara de referencia que no permite la entrada de partículas. La fuente radiactiva emite partículas alfa en ambas cámaras, lo que ioniza algunas moléculas de aire. La cámara de aire libre permite la entrada de partículas de humo al volumen sensible y para cambiar la atenuación de las partículas alfa. Si alguna partícula de humo ingresa a la cámara de aire libre, algunos de los iones se unirán a las partículas y no estarán disponibles para transportar la corriente en esa cámara. Un circuito electrónico detecta que se ha desarrollado una diferencia de corriente entre las cámaras abiertas y selladas, y hace sonar la alarma.

Detección de radiación alfa usando el contador Geiger-Mueller

Los contadores Geiger se utilizan principalmente para instrumentación portátil debido a su sensibilidad, circuito de conteo simple y capacidad para detectar radiación de bajo nivel. Aunque el uso principal de los contadores Geiger es probablemente en la detección de partículas individuales, también se encuentran en medidores de gamma. Son capaces de detectar casi todos los tipos de radiación, pero hay ligeras diferencias en el tubo Geiger-Mueller. Sin embargo, el tubo Geiger-Müller produce una salida de pulso que es de la misma magnitud para toda la radiación detectada, por lo que un contador Geiger con un tubo de ventana final no puede distinguir entre partículas alfa y beta.

Tipo de ventana final

Para que las partículas alfa y beta sean detectadas por los contadores Geiger , deben contar con una ventana delgada. Esta «ventana final» debe ser lo suficientemente delgada para que las partículas alfa y beta puedan penetrar. Sin embargo, una ventana de casi cualquier espesor evitará que una partícula alfa ingrese a la cámara. La ventana generalmente está hecha de mica con una densidad de aproximadamente 1.5 – 2.0 mg / cm 2 para permitir que las partículas beta de baja energía (por ejemplo, del carbono 14) ingresen al detector. La reducción de la eficiencia para alfa se debe al efecto de atenuación de la ventana final, aunque la distancia desde la superficie que se verifica también tiene un efecto significativo, e idealmente una fuente de radiación alfa debería estar a menos de 10 mm del detector debido a la atenuación en el aire.

Detección de alfa usando el contador de centelleo

Los contadores de centelleo se utilizan para medir la radiación en una variedad de aplicaciones que incluyen medidores de medición de radiación de mano, monitoreo personal y ambiental de contaminación radiactiva, imágenes médicas, ensayos radiométricos, seguridad nuclear y seguridad de plantas nucleares. Son ampliamente utilizados porque pueden fabricarse de manera económica pero con buena eficiencia, y pueden medir tanto la intensidad como la energía de la radiación incidente.

Los contadores de centelleo se pueden usar para detectar la radiación alfa, beta y gamma. Se pueden usar también para la detección de neutrones. Para estos fines, se utilizan diferentes centelleadores:

Partículas Alfa e Iones Pesados . Debido al alto poder ionizante de los iones pesados, los contadores de centelleo generalmente no son ideales para la detección de iones pesados. Para energías iguales, un protón producirá de 1/4 a 1/2 de la luz de un electrón, mientras que las partículas alfa producirán solo aproximadamente 1/10 de la luz. Cuando sea necesario, los cristales inorgánicos, por ejemplo, CsI ​​(Tl) , ZnS (Ag) (típicamente utilizados en láminas delgadas como monitores de partículas α), deberían preferirse a los materiales orgánicos. Pure CsI es un material centelleante rápido y denso con un rendimiento de luz relativamente bajo que aumenta significativamente con el enfriamiento. Los inconvenientes de CsI son un gradiente de alta temperatura y una ligera higroscopicidad.

Detección de alfa utilizando semiconductores – Detectores de tiras de silicio

detector de tiras de silicio - semiconductores
Detector de tiras de silicona Fuente: micronsemiconductor.co.uk

Los detectores a base de silicio son muy buenos para rastrear partículas cargadas. Un detector de tiras de silicio es una disposición de implantes en forma de tiras que actúan como electrodos de recogida de carga.

Detectores de tiras de silicona 5 x 5 cm 2en el área son bastante comunes y se usan en serie (al igual que los planos de MWPC) para determinar las trayectorias de partículas cargadas a precisiones de posición del orden de varios μm en la dirección transversal. Colocados en una oblea de silicio completamente empobrecida y dopada, estos implantes forman una matriz unidimensional de diodos. Al conectar cada una de las tiras metalizadas a un amplificador sensible a la carga, se construye un detector sensible a la posición. Se pueden lograr mediciones de posición bidimensionales aplicando una tira adicional como dopaje en la parte posterior de la oblea mediante el uso de una tecnología de doble cara. Dichos dispositivos se pueden usar para medir pequeños parámetros de impacto y, por lo tanto, determinar si alguna partícula cargada se originó a partir de una colisión primaria o si fue el producto de descomposición de una partícula primaria que viajó una pequeña distancia desde la interacción original y luego se descompuso.

Medidor de encuesta portátil

Los medidores de encuestas portátiles  son  detectores de radiación  utilizados por técnicos radiológicos para medir  la tasa de dosis ambiental . Estos instrumentos portátiles generalmente tienen medidores de velocidad. En las instalaciones nucleares, estos  medidores topográficos portátiles  suelen ser utilizados por técnicos en protección radiológica, que son responsables de seguir las operaciones en el campo para ayudar a garantizar que se lleven a cabo políticas de protección radiológica y que los trabajos se implementen de acuerdo con el  principio ALARA . Sus responsabilidades incluyen:

  • Brindar asistencia y asesoramiento a los trabajadores para motivarlos a adoptar un comportamiento ALARA.
  • Seguimiento de trabajos para garantizar el respeto de los procedimientos de seguridad y protección radiológica.
  • En algunas plantas, detener el trabajo en caso de una desviación grave de los objetivos dosimétricos, o cuando existe un riesgo radiológico significativamente mayor para los trabajadores.

El medidor de estudio de radiación típico es, por ejemplo, el  RDS-31 , que es un medidor de estudio de radiación multipropósito que utiliza un  detector GM . Tiene sondas externas opcionales alfa, beta y gamma. Mide 3.9 x 2.6 x 1.3 pulgadas y puede llevarse en la mano, o llevarse en el bolsillo, el clip para el cinturón o la bolsa. Tiene una pantalla LCD retroiluminada de cinco dígitos. Los contadores Geiger funcionan a un voltaje tan alto que el tamaño del pulso de salida es siempre el mismo, independientemente de cuántos pares de iones se hayan creado en el detector. Los contadores Geiger se utilizan principalmente para  instrumentación portátil  debido a su sensibilidad, circuito de conteo simple y capacidad para detectar radiación de bajo nivel.

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