Instrumentacin Radiolgica

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INSTRUMENTACIN RADIOLGICA

1. Introduccin

Ninguna radiacin ionizante es percibida sensorialmente. De aqu que toda indicacin de su presencia e intensidad deba recogerse mediante instrumentos diseados para tal efecto. Los equipos detectores de las radiaciones ionizantes, al igual que otros aparatos de medicin, trabajan en razn de algn efecto sobre la materia producido por el fenmeno que se desea medir. En el caso particular de estas radiaciones este efecto es la ionizacin. Los instrumentos de medicin son semejantes a otros equipos detectores en sus caractersticas operacionales.

Un buen instrumento de medicin debe ser:

9 Porttil: Significa que sea de peso liviano, tamao reducido y

de fcil forma de tomarlo para su adecuado transporte.

9 Slido: Debe ser resistente al uso diario, capaz de soportar un choque moderado sin sufrir dao alguno y resistente a las condiciones climticas normales.

9 Sensible: La sensibilidad exige que el aparato responda al tipo y energa radiacin que se va a medir. Debe ser capaz de discriminar los diferentes tipos de radiacin.

9 Construccin simple: La sencillez en construccin requiere no slo la disposicin conveniente de todos los componentes, sino tambin un circuito elctrico simple, construido de partes fcilmente reemplazables.

9 Digno de confianza: Debe existir una respuesta real en el tiempo. La veracidad es aquel atributo que implica aptitud para producir la respuesta bajo circunstancias similares.

Un slo instrumento no rene todas estas propiedades, pero muchos se acercan a este ideal. En toda operacin de medicin radiolgica debemos elegir el instrumento adecuado, usarlo inteligentemente y estar capacitados para interpretar los resultados de la lectura de los medidores.

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2. Instrumentos de Deteccin de la Radiacin Dentro de los detectores de radiaciones ionizantes ms utilizados, se destacan los

siguientes:

Nombre del Instrumento Tipo de Radiacin que Detecta

Cmara de Ionizacin Rayos X, Beta, Gamma y Neutrones (modificado)

Detector Geiger Muller Beta y Gamma

Contador Proporcional Alfa y Beta

Contador de Centelleo Alfa, Beta, Gamma y Neutrones

Detectores de Activacin Neutrones

2.1. Cmara de Ionizacin

Uno de los primeros detectores que se emple en fsica nuclear fue la cmara de ionizacin, que est formada esencialmente por un recipiente cerrado que contiene un gas y dos electrodos con potenciales elctricos diferentes.

La cmara de ionizacin es un instrumento con el que medimos la ionizacin producida en el gas encerrado en el recipiente cerrado (cmara) por accin de la radiacin ionizante incidente, sin una amplificacin posterior en el medio gaseoso (el factor de amplificacin en medio gaseoso es igual a uno). Los iones as producidos se desplazan hacia el electrodo de signo contrario (los iones de carga positiva van hacia el electrodo positivo, y viceversa), con lo que se crea una corriente amplificable y medible por medio de circuitos electrnicos. Este instrumento tiene tres componentes principales, que son: La cmara El circuito elctrico El mecanismo indicador

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a) La Cmara:

Est generalmente rellena de aire a la presin atmosfrica. El diseo de la pared de la cmara y el tipo de material empleado en su

construccin, determinan los tipos de radiacin a los que son sensibles. Cuanto ms grande es la cmara, ms sensible es el aparato y mayor el voltaje

necesario para la operacin adecuada. Segn el tipo de instrumento, los electrodos de la cmara pueden ser placas

paralelas o cilindros coaxiales. Otra posibilidad es que la pared de la cmara conduzca la electricidad y sirva de ctodo y un alambre colocado en el centro de la cmara sea el nodo.

El voltaje de trabajo es suministrado por bateras y es de aproximadamente 100 volts.

El nmero de iones capturados est directamente relacionado al tipo, energa y cantidad de radiacin que ingresa a la cmara.

El uso blindajes mviles, es posible discriminar los diferentes tipos de radiacin. En general, estos instrumentos se utilizan para medir intensidades relativamente

altas. Su baja sensibilidad mejora su capacidad de medir la radiacin en dosis o tasas de dosis ms altas.

b) El circuito electrnico es:

Un amplificador de precisin. Para aumentar la dbil corriente de ionizacin, se emplean circuitos de tubos o

transistores, en forma tal que puedan ser medidas directamente, mediante un microampermetro.

La mayora de los instrumentos incorporan un sistema por el cual pueden cambiarse las caractersticas de amplificacin del circuito en factores de 10. Esto permite al operador cambiar la variabilidad y sensibilidad del aparato.

c) El mecanismo indicador es:

Es usualmente un microampermetro que registra la corriente amplificada. El dial o sistema digital por lo general registra en tasa de exposicin en unidades de

R/h.

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La cmara de ionizacin que corresponde a la

figura siguiente, es un detector que presenta las siguientes caractersticas:

9 Cmara marca Eberline y modelo RO5D. 9 Cmara de dimetro de 7,6 com y volumen de

208 cm3. 9 Peso del instrumento: 1.36 kg. 9 Detecta radiaciones beta, gamma y X, de

energas entre 10 keV y 10 keV. 9 Medio indicador: visor digital. 9 Tiempo de respuesta: 3 segundos. 9 Rangos de medicin: mR/h a 1999 mR/h y R/h a 199 R/h. 9 Temperatura de operacin: - 20C a 50C. 9 Energa: bateras de 9 volts y 30 volts de larga duracin. 9 Resistencia al polvo y agua.

2.2. Detector Geiger Muller

El detector Geiger Muller fue desarrollado por el fsico alemn Hans Geiger y el fsico estadounidense de origen alemn Walter Muller en 1928.

Este instrumento consiste en un tubo contador que est lleno de un gas o mezcla de gases de baja presin, donde se generan iones primarios que luego son acelerados mediante un potencial de alto voltaje para producir pares inicos secundarios, con un factor de amplificacin que puede llegar a 109 y finalmente mediante la electrnica del equipo permite entregar resultados asociados a niveles de radiacin existentes.

Este detector es sumamente sensible a la radiacin ionizante, pudiendo detectar niveles de radiacin de fondo en las escalas ms sensibles. Este instrumento tiene tres componentes principales, que son:

Tubo Geiger Muller El circuito electrnico El mecanismo indicador

a) El tubo Geiger Muller:

Consiste en un tubo de vidrio lleno de un gas inerte a presin menor que la atmosfrica. El gas usado generalmente es el argn.

La pared del tubo hace de ctodo y el alambre que atraviesa el eje del tubo

(generalmente de wolframio), hace de nodo.

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Todo tubo Geiger Muller tiene su curva caracterstica de impulsos por unidad de tiempo v/s voltaje aplicado, que vara conforme se desgasta el tubo. Para una operacin correcta, el voltaje de trabajo debe encontrarse en la mesera (plateau) de la curva caracterstica, generalmente comprendida entre los 1.000 y 2.000 V.

Casi todas las paredes de los tubos Geiger Muller se construyen de modo que

prcticamente todas las partculas beta y ondas electromagnticas gamma ingresen. Existe un blindaje que abierto admite beta y gamma a la vez y cuando est cerrado slo deja pasar gamma.

b) El Circuito electrnico:

El circuito electrnico proporciona el voltaje requerido por el tubo Geiger Muller y

recibe, amplifica y transforma los pulsos del tubo en aquellos capaces de escucharse en un audfono y registrarse en un microampermetro.

c) El Mecanismo indicador:

En la mayora de los detectores Geiger Muller, el mecanismo indicador es doble, audfonos para la indicacin audible y el medidor para la visual. Los medidores, son en realidad, microampermetros que indican en una escala la intensidad de radiacin mediante un puntero o en forma digital, en unidades de R/h o mltiplos de sta.

El instrumento que se muestra a continuacin tiene la opcin de conexin de un detector y rene las siguientes caractersticas:

Instrumento marca Eberline y modelo ASP-1,

con sensor beta-gamma. Peso del instrumento: 1.3 kg. Medio indicador: visor con puntero. Unidades de medida: R/h o cps. Temperatura de operacin: - 40C a 50C. Energa: bateras de larga duracin. Resistencia al polvo y agua.

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2.3. Contador Proporcional

Las caractersticas de los contadores proporcionales, son las siguientes: Estos instrumentos trabajan en la regin proporcional de la curva de respuesta

tpica del aparato. El voltaje de funcionamiento es bastante elevado, puesto que se encuentra entre

los 1.500 y 4.000 V. Los factores de amplificacin en el medio gaseoso se encuentran entre 103 y 106. Permite detectar principalmente radiacin beta y a travs de una ventana muy

delgada admite las partculas alfa a la cmara. Los instrumentos de inspeccin del tipo proporcional tienen tres componentes

principales: Cmara. Circuito electrnico. Mecanismo indicador.

La cmara posee paredes que hacen de elctrodo y alambres que la atraviesan que sirven de electrodo de signo contrario. Esta cmara contiene aire o gas a presin normal.

El circuito electrnico es ms complejo que el empleado en los otros instrumentos gaseosos. Es necesario regular el voltaje de la cmara dentro de intervalos ms reducidos.

2.4. Contador de Centelleo

Los contadores de centelleo se basan en la ionizacin producida por partculas cargadas que se desplazan a gran velocidad en determinados slidos y lquidos transparentes, conocidos como materiales centellantes. La ionizacin produce destellos de luz visible. Como material de centelleo se emplean diferentes sustancias orgnicas e inorgnicas, como plstico, sulfuro de zinc, yoduro de sodio o antraceno. Algunas sustancias reaccionan mejor que otras a determinados tipos de radiacin, por lo que hay instrumentos muy diversos. En numerosos campos de la investigacin actual, el contador de centelleo resulta superior a todos los dems dispositivos de deteccin.

Deteccin de Radiacin Gamma

Para la medicin de radiacin gamma se emplea frecuentemente un cristal de yoduro de sodio activado con talio (NaI(I)) acoplado a un tubo fotomultiplicador. El activador de talio representa una impureza en la estructura del cristal de alrededor de 0,2% que convierte la energa absorbida en el cristal en luz. Los fotones gamma al pasar a travs del cristal detector, interaccionan con los tomos de ste por mecanismos de absorcin fotoelctrica, compton y produccin de pares. Las partculas ionizantes primarias resultantes de las interacciones gamma disipan su energa cintica excitado e ionizando los tomos en el cristal. Los tomos excitados

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regresan a su estado natural como emisin de cuantos de luz. Estos pulsos luminosos, al golpear el fotoctodo del tubo fotomultiplicador, retiran electrones del ctodo. Estos electrones son acelerados a un segundo electrodo llamado dinodo, cuyo potencial es aproximadamente de 100 volts con respecto al fotoctodo. Cada electrn que golpea en el dinodo retira varios electrones de ste, multiplicando la fotocorriente original. Este proceso se repite alrededor de 10 veces antes que todos los electrones producidos de esta manera, sean recolectados en nodo del fotomultiplicador. Este pulso de corriente, cuya magnitud es proporcional a la energa de la partcula ionizante primaria, luego se amplificada, discrimina y se efecta el conteo.

Donde: D: Cristal detector de centelleo.

FC: Fotoctodo. Di: Dinodos ubicados en tubo fotomultiplicador. FT: Fuente de alta tensin. PA: Pre-Amplificador. A: Amplificador. De: Discriminador. A: Contador.

Deteccin de otras Radiaciones

Detector Tipo de Radiacin

Cristal de Antraceno Beta

Cristal de ZnS (Ag) Alfa Cristal de Boro/ZnS(Ag)

(Neutrn - Alfa) Neutrones

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2.5. Detectores de Activacin

Estos detectores comprometen diversas reacciones nucleares, segn sean los neutrones trmicos o intermedios y rpidos, como se muestra a continuacin:

Neutrones Trmicos o Intermedios

Los neutrones inciden en los ncleos del Au-197 transformndose ste en Au-198, el que emite radiacin gamma, que es captada luego por medio un detector afn. Los neutrones interactuan con los ncleos del Cu-63, formndose el Cu-64 que emite radiacin gamma, la que es captada posteriormente por un detector especfico.

Neutrones Rpidos

Los neutrones inciden en los ncleos del S-32, quien se transforma en P-32 y se emiten protones, los que son detectados posteriormente.

Fecha ltima revisin Enero 2008 IPR