Dosimetría Personal

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DOSIMETRÍA PERSONAL

1. Introducción

La Dosimetría Personal, tiene como objetivo estimar en los trabajadores que utilizan radiaciones ionizantes, las dosis recibidas en todo el cuerpo o en alguna parte específica de éste, durante un período determinado de tiempo, para luego compararlas con los límites de dosis establecidos.

Como medio detector utilizado por los trabajadores ocupacionalmente expuestos, está el Dosímetro Personal, el que permite evaluar las dosis de exposición. Su uso, aparte del objetivo planteado, está determinado por requerimiento legal.

Existen diferentes tipos de dosímetros, siendo los más utilizados aquellos de respuesta retardada, pero existen otros de lectura directa para operaciones especiales con compromiso de altos niveles de radiación.

Por último, está la dosimetría biológica, como medio de respuesta de nuestro organismo, sólo para casos accidentales de exposición a altos niveles de radiaciones ionizantes.

2. Requisitos de un Dosímetro Personal

Dentro de los requisitos que debe reunir un dosímetro personal, se citan los siguientes:

a) Es deseable que el Dosímetro sea Múltiple, es decir, que permita evaluar dosis provenientes de diferentes radiaciones, como Betas, Gamma, X y Neutrones, en un sólo medio detector. Por razones técnicas y/o económicas, no siempre es posible disponer de un sólo dosímetro que cubra todo, y de esta forma, se separa a veces la dosimetría personal de Neutrones Rápidos en otro soporte.

b) Que el dosímetro permita evaluar un Rango de Dosis Amplio, desde niveles de

radiación de 1 mrem - 5 mrem (0,01 mSv - 0,05 mSv), hasta una dosis de radiación tan alta como 1.000 rem - 3.000 rem (10 Sv - 30 Sv), para cubrir casos de accidentes.

c) Que exista una Precisión de la Medida, de acuerdo a las condiciones en que se

utilizará el dosímetro, en otras palabras, que la respuesta sea confiable.

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d) El dosímetro debe ser Resistente a las Condiciones Ambientales, tales como, calor, humedad, presión, contaminantes químicos de la atmósfera, polvo, luz, campos magnéticos y eléctricos, choques, vibraciones, etc. Es importante que el borramiento de la información (fading), que pueda ocurrir con la humedad, sea mínimo.

e) Exista Independencia de la Energía de la radiación incidente, debiendo responder

bien frente a las diferentes energías involucradas. La película dosimétrica, por ejemplo tiene una sobre respuesta a bajas de energías de radiación X y Gamma.

f) Es conveniente que el dosímetro personal se constituya en un Medio Archivable

de la dosis, lo cual puede servir para los efectos de controversia legal u otros que pudiesen surgir.

g) Es importante la Rapidez de su Lectura, lo que es útil para casos de respuestas

rápidas asociadas a exposiciones a altos niveles de radiación o de accidentes. h) Debe ser de Costo Bajo. Su valor actual en el mercado nacional dependiendo del

proveedor, fluctúa entre los $10.000 y $15.000 pesos, valor que se cobra trimestralmente.

i) Su Peso Debe ser Reducido, no debiendo superar los 50 gramos. En el caso de

las empresas que proveen de dosímetros, el peso es del orden de los 35 gramos. j) De Fácil Localización. Para la evaluación de la dosis a cuerpo entero, el dosímetro debe ubicarse a la

altura del pecho, respetando siempre el mismo lugar para una mejor interpretación de los datos. Se contemplan ubicaciones distintas de los dosímetros de carácter especial, para casos de exposiciones a nivel de manos y gónadas.

3. Tipos de Dosímetros Personales 3.1. Dosímetros de Película

Los Dosímetros de Película, o también conocidos como dosímetros fílmicos, son los que mediante el ennegrecimiento de una emulsión fotográfica especial (film), o la formación de tazas de protones de retroceso en ella, permiten la evaluación de dosis Betas, Gamma, X y Neutrones Térmicos o bien de Neutrones Rápidos. El ennegrecimiento (Betas, Gamma, X y Neutrones Térmicos) o la cantidad de trazas (Neutrones Rápidos), son proporcionales a la dosis.

a) Descripción La emulsión fotográfica consiste en cristales de Bromuro de Plata (AgBr)

suspendidos en un medio gelatinoso de 20 - 50 µm de espesor, sobre una base plástica o de papel. En el film para radiaciones X y Gamma, el contenido de AgBr es aproximadamente igual al peso de la gelatina.

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Los cristales de AgBr varían de 1 a 2 µm de espesor en el film para radiaciones X y Gamma, a 0,2 µm en la emulsión para Neutrones Rápidos.

Finalmente, la emulsión fotográfica se protege de la luz mediante un sobre de papel doble aproximadamente 50 g/cm2.

b) Principio

Para los rangos de energía usuales en dosimetría personal, las radiaciones

ionizantes transfieren su energía a los granos de AgBr, especialmente por medios de colisiones con los electrones de los átomos a lo largo de su trayectoria. Estos electrones son atrapados preferentemente por los iones de Plata (Ag+), acumulándose una carga en condición de latencia, que durante el revelado se convierte en Plata metálica (Ag0), dando un ennegrecimiento, el que es proporcional a la dosis de radiación involucrada.

c) Dosímetro Personal de Película para Radiaciones Betas, X y Gamma

Las películas a utilizar deben cumplir con la norma, como lo son las proporcionadas por la Kodak. Una de estas, para casos especiales, puede constar de dos film de diferente sensibilidad.

Radiaciones Gamma y X: La película más sensible, que es de uso más común, cubren la radiación Gamma, en el rango de 11 mrem a 2.000 mrem y los rayos X, en el rango de 5 mrem a 500 mrem. En cambio, las películas menos sensibles, para altas exposiciones y situaciones accidentales, permiten medir hasta 1.500 rem de radiación Gamma y 50 rem de rayos X.

La película se monta en un soporte plástico entre dos filtros de Plomo (Pb) y Aluminio (Al) y con una sección libre de filtros y plástico llamada “ventana”. Esto tiene como objeto, diferenciar la dosis de radiación proveniente de la radiación incidentes Betas, X y Gamma.

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El soporte tiene una pinza para sujetarlo en la ropa a la altura del pecho.

Después de estar expuesto a las radiaciones ionizantes, el film se somete a un proceso de revelado, fijado y lavado estándar.

Para obtener la exposición de radiación recibida por el dosímetro fílmico, se lee su densidad óptica en un densitómetro. Esta densidad, referida a las curvas de calibración (densidad versus exposición), para la energía y tipo de radiación pertinentes, da la dosis buscada con los errores inherentes al método.

d) Dosímetro Personal de Películas para Neutrones Térmicos y Rápidos

Neutrones Térmicos: Con un film dosimétrico utilizado para radiaciones Betas, X y Gamma, es posible también medir dosis de Neutrones Térmicos mediante la reacción (n, Gamma), si utilizamos un filtro de Cadmio. Los Gamma producidos ennegrecen la película y por calibración es posible establecer una relación entre este ennegrecimiento y la dosis de Neutrones Térmicos.

Neutrones Rápidos: Los Neutrones

Rápidos interactúan por choque elástico con los núcleos de la emulsión del film, produciendo Protones de retroceso, los que en su trayectoria a través de la emulsión producen electrones secundarios, que desarrollan el proceso de formación de una imagen latente. El revelado de la película produce trazas compuestas de granos de Plata reducida en la trayectoria del protón, las que luego son observadas y contadas mediante un microscopio. El número de trazas por cm2 permite determinar la dosis de Neutrones Rápidos mediante una curva de calibración.

El dosímetro usado para los Neutrones Rápidos se compone de una película especial con un filtro parcial de Cadmio para evitar las trazas que pudieran producir los Neutrones Térmicos al actuar sobre el Nitrógeno de la emulsión [14N (n, p)14C]. Este conjunto se sella en un sobre de papel aluminizado y otro exterior de plástico, a fin de retardar el borramiento de trazas por acción de la humedad.

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e) Ventajas y Desventajas del Dosímetro Personal de Película

Algunas Ventajas son:

• La película expuesta es un documento que mantiene su información y puede archivarse y releerse, constituyéndose en una prueba legal.

• Su costo es más bajo.

• Acumula mucha información.

• Es un excelente medio de evaluar dosis de radiaciones Beta. Las Desventajas más notorias son:

• Debe protegerse de la luz, el calor y la humedad.

• El ennegrecimiento de la película puede ser inducido también por el calor, presión y algunos agentes químicos, como los vapores de Mercurio.

• Es necesario un proceso de revelado que ocupa tiempo, antes de poder evaluar la dosis de radiación.

• Tiene una sobre respuesta a bajas energías de radiaciones X y Gamma.

• Vencimiento relativamente corto después de su fabricación.

• Rango de dosis muy limitado. 3.2. Dosímetros de Estado Sólido

a) Termoluminiscentes (TLD)

La termoluminiscencia es un tipo de emisión luminosa muy frecuente en la naturaleza tanto en cristales inorgánicos como compuestos orgánicos. Se utilizan para dosimetría policristales de LiF, CaF2, CaSO4, entre otros, cuya termoluminiscencia producida por las radiaciones, es proporcional a la dosis de radiación. A los cristales señalados, se le agregan activadores diversos como: Ti, Mg, Dy, Mn, etc., que favorecen la termoluminiscencia. La detección se efectúa calentando el cristal y traduciendo la luminiscencia así emitida a términos de corriente, mediante un fotomulplicador, picoamperímetro y equipo asociado.

Durante la exposición a las radiaciones ionizantes, el electrón es llevado a la banda de conducción, dejando un agujero en la banda de valencia. El electrón y el agujero se mueven a través del cristal hasta que se recombinan, o son atrapados en los estados metaestables asociados a las imperfecciones (trampas de electrones y trampas de agujeros).

Al aplicarse energía térmica al cristal en un monto mayor que el correspondiente a profundidad de la trampa, el electrón es llevado a la banda de conducción hasta que se recombine con el agujero atrapado, o sea, vuelve a su estado fundamental, emitiendo un fotón termoluminiscente.

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En el esquema del equipo con el lector de termoluminiscencia, que se muestra en la figura, se puede ver un elemento calefactor como termocupla asociada para el control de la temperatura, el que proporciona un ciclo de temperatura rápido (15 a 30 segundos), produciéndose la emisión termoluminiscente. Esta es captada por un fotomultiplicador e integrada en un picoamperímetro o un registrador.

Dosimetría Beta, X y Gamma

Se usan cristales de 7LiF, CaF2 o CaSO4 en soportes adecuados, estancos a la luz. Las características de estos dosímetros difieren en su sensibilidad y fading, siendo el más utilizado el 7LiF (Mg, Ti), abarcando éste entre los 5 mrem y 105 rem.

Los cristales CaF2 (Dy) y CaSO4 (Dy), son 15 a 20 veces más sensibles y se utilizan en las mediciones de radiactividad natural de fondo con integraciones de largo plazo (varios meses) o evaluaciones de muy bajas dosis.

Dosimetría de Neutrones Térmicos

Se determina la componente Neutrones + Gamma, mediante un cristal de 6LiF, cargando con Li-6, de modo que la reacción (n, Alfa ) sea importante. La radiación Gamma implícita en estos campos se determina por un 7LiF cargando con Li-7, prácticamente insensible a Neutrones Térmicos. La diferencia de ambas lecturas permite determinar la dosis de Neutrones Térmicos. Las calibraciones se efectúan en un reactor o con fuentes de Neutrones rápidos termalizados.

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Dosimetría de Neutrones Rápidos

Esta dosimetría con detectores luminiscentes mediante los dosímetros llamados de “albedo” que utilizan los Neutrones retrodifundidos y termalizados por el cuerpo del usuario. Se usan cristales termoluminiscentes de LiF-6; LiF-7 y filtros de Cd o B-10. Su respuesta muy dependiente de la energía implica que debe calibrarse para cada situación energética.

Ventajas y Desventajas de la Dosimetría Termoluminiscente

Las Ventajas son numerosas:

• Reutilizable y prácticamente insensible a la luz.

• Amplio rango de dosis, muy superior al de la película: 1 - 5 mrem hasta 105 rem.

• Respuesta lineal (dosis v/s luminiscencia) hasta 103 rem.

• Fading pequeño.

• Buena independencia de la energía de la radiación.

• Equivalencia muy próxima al tejido en algunos casos (LiF).

• Rapidez de lectura sin proceso previo.

• Tamaño reducido (3 mm x 3 mm x 0.9 mm).

• Independencia de la velocidad de dosis. Sus Desventajas son:

• Costo relativamente elevado.

• Pérdida de la información al leerse.

• No puede marcarse, excepto los que tienen soporte de teflón.

• Necesitan un proceso largo recocido a ciertas temperaturas antes de poder reusarse, aunque este proceso se puede hacer durante la noche.

b) Emisión Exoelectrónica Termoestimulada (TSEE)

Dosímetros muy sensibles (µrem) en los que se recolectan los electrones libres cerca de la superficie del “Fósforo”, en lugar de detectar la termoluminiscencia. Se usan: CaSO4, Mn, BeO, LiF, CaF2, etc.

c) Radiofotoluminiscentes (RPL)

Diversos vidrios Fosfatados, activados con Plata (Ag), producen después de exponerse a las radiaciones ionizantes, luz fluorescente por activación con luz ultravioleta. Esta fluorescencia es proporcional a la dosis de radiación, lo que permite usarlos como dosímetros.

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d) Trazas de Fragmentos de Fisión en Diversos Materiales y Trazas en Polímeros

Este tipo de dosímetro mediante las trazas formadas en vidrios, mica, plásticos y polímeros por la radiación Neutrónica, permite determinar las respectivas dosis. Su ventaja deriva de ser normalmente insensibles a las radiaciones Betas , X y Gamma, a la luz y a la humedad.

3.3. Dosímetros Físicos Especiales

Estos dosímetros personales por sus características físicas y su costo relativamente elevado, tienen una aplicación limitada a casos especiales de control, donde existan altas dosis de radiación, como las instalaciones de primera categoría y reactores nucleares.

a) Electrómetro de Bolsillo de Lectura Directa

Es el más usado y está constituido por una cámara de ionización con electrómetro

graduado en mR o R, para radiación X o Gamma, siendo las escalas más usadas de 0 a 100 mR; 0 a 200 mR; hasta 0-100 R. Si se quiere medir Neutrones Térmicos o Rápidos, las paredes deberán contener 10B (B-10) o plásticos conductores y gas Hidrogenado, respectivamente.

b) Cámara de Ionización de Lectura Indirecta

Consiste en una cámara de ionización sin electrómetro. Después de usarse debe leerse en un aparato cargador/lector, que es una unidad aparte.

c) Dosímetro Digital

Este dosímetro es a base de un detector Geiger Müller y circuito electrónico asociado.

Cuenta con una alarma a niveles prefijados de dosis integrada. 3.4. Dosímetros de Activación

Muchos elementos al irradiarse con flujo de Neutrones, dan por diversas reacciones nucleares, radioisótopos, cuya actividad permite calcular estos flujos y por lo tanto la dosis de radiación.

Los rangos de dosis de radiación medibles con este tipo de dosímetro, van de 10 rad a 1.000 rad, por lo tanto son útiles en los casos de accidentes asociados a flujos de Neutrones Térmicos, Intermedios y Rápidos en reactores.

A continuación se indican los elementos y reacciones nucleares más usados como dosímetros de activación, así como también los tipos de radiación de los radioisótopos resultantes.

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. a) Neutrones Térmicos o Intermedios (0, 025 eV - 0,05eV a 1 MeV)

197Au (n, Gamma) 198Au - Beta, Gamma T1/2: 2,967 días 115In (n, Gamma ) 116mIn - Beta, Gamma T1/2: 54 minutos 63Cu (n, Gamma) 64Cu - Beta, Gamma T1/2: 12,48 horas Se puede usar también en caso de accidente la activación del Sodio del cuerpo: 23Na (n, Gamma) 24Na

Esta reacción es producida esencialmente por Neutrones Térmicos provenientes de la termalización de neutrones rápidos e intermedios en el cuerpo.

b) Neutrones Rápidos

31P (n, p) 31Si - Beta, Gamma T1/2: 2,62 horas

32S (n, p) 32P - Beta T1/2: 14, 28 días 58Ni (n, p) 58Co - Ec, Gamma T1/2: 71,3 días 3.5. Dosímetro Biológico

Evidentemente los cambios físico-químicos que las radiaciones ionizantes producen en nuestro organismo, podrían servir como dosímetro personal ideal. En efecto se usan las siguientes respuestas:

• Cambios en el recuento de linfocitos.

• Excreción en la orina de ciertos metabolitos.

• Anormalidad en los cromosomas. Estos métodos biológicos sólo pueden aplicarse en la dosimetría personal de altas

dosis.

Fecha de última revisión Enero 2008 IPR