Conceptos Fundamentales en Dosimetría y Radioprotección

Diferencias entre Exposición, Kerma y Dosis Absorbida

Comprender las magnitudes dosimétricas es crucial en radioprotección. A continuación, se detallan las diferencias clave entre exposición, kerma y dosis absorbida:

• Exposición: Se define como la cantidad de carga total depositada en un volumen de aire de masa por todos los iones generados por la radiación cuando estas se detienen y son absorbidas por el medio. Su unidad en el Sistema Internacional es el Culombio por kilogramo (C/kg).
• Kerma: Es el cociente entre la variación de energía transferida a un volumen de masa. La energía transferida considerada en el kerma es debida a la radiación directamente ionizante. Su unidad en el Sistema Internacional es el Gray (Gy).
• Dosis Absorbida: Se trata de la magnitud dosimétrica de mayor interés práctico. Se define como la variación de energía absorbida en el medio en un volumen de masa. Su unidad en el Sistema Internacional es el Gray (Gy).

Tipos de Detectores de Radiación

Detectores de Centelleo (Scintiladores)

Los detectores de centelleo se basan en la capacidad de ciertos materiales de emitir luz (centelleo) cuando son excitados por radiación ionizante. Esta luz, generalmente en forma de fotones visibles o UV, es recogida por un fotomultiplicador, que la convierte en una señal eléctrica y la amplifica para su lectura.

Existen dos tipos principales de materiales centelleadores:

• Inorgánicos: Como el NaI(Tl), que poseen alta eficiencia para la detección de rayos gamma.
• Orgánicos: Como plásticos o cristales orgánicos, que son más rápidos en su respuesta pero ofrecen una menor resolución energética.

Las señales generadas por estos detectores son proporcionales a la energía de la radiación incidente, lo que permite realizar espectrometría energética. Además, su rápido tiempo de respuesta (del orden de nanosegundos o microsegundos) permite contar eventos a gran velocidad.

Componentes Clave de un Detector de Centelleo:

• Cristal centelleador
• Fotomultiplicador
• Pantalla de protección óptica
• Electrónica de análisis

Aplicaciones de los Detectores de Centelleo:

• Monitores portátiles de radiación
• Medidores de contaminación
• Espectrómetros de rayos gamma
• Inspecciones de seguridad en aeropuertos
• Control de calidad en medicina nuclear

Detectores de Ionización Gaseosa: Funcionamiento y Aplicaciones

A continuación, se abordan las características y el funcionamiento de los detectores de ionización gaseosa, comúnmente representados en curvas de respuesta de voltaje.

Representación Gráfica y Tipo de Detector Asociado

La imagen (no proporcionada, pero descrita en el texto original) representa el aumento del número de iones generados al elevar el voltaje en un detector. El tipo de detector asociado a esta curva de respuesta es un detector de ionización gaseosa.

Partes y Funcionamiento de los Detectores de Ionización Gaseosa

El detector de ionización gaseosa permite detectar la radiación a través de la ionización de un gas contenido en su interior. Está compuesto por:

• Un gas no conductor (gas de relleno).
• Electrodos (materiales conductores) con la capacidad de recoger los iones generados.
• Un sistema de condensadores, que pueden ser planos/paralelos o cilíndricos.

El funcionamiento de estos detectores depende directamente del voltaje aplicado, lo que determina el tipo de cámara o región de operación:

• Cámara de Ionización: Utiliza un voltaje bajo para evitar la recombinación de cargas, recogiendo todos los iones primarios.
• Contador Proporcional: Opera con un voltaje más alto, permitiendo la amplificación de la señal de forma proporcional al número de iones primarios.
• Contador Geiger-Müller: Funciona con voltajes muy altos, generando una señal uniforme e independiente de la energía de la radiación incidente, lo que lo hace muy sensible.

Análisis Detallado de la Curva de Respuesta (Imagen Implícita)

La curva de respuesta de un detector de ionización gaseosa muestra cómo varía el número de pares de iones recogidos en función del voltaje aplicado:

• Región A (Voltaje muy bajo): La radiación no se detecta eficazmente debido a la alta recombinación de cargas.
• Región B (Cámara de Ionización): El voltaje es suficiente para recoger todos los iones generados, evitando la recombinación. La señal es proporcional a la energía depositada.
• Región C (Contador Proporcional): Se produce amplificación de la señal (multiplicación de gas) de forma proporcional a la energía de la radiación. Es útil en espectrometría.
• Región D (Transición): Se pierde la proporcionalidad, marcando el inicio del efecto Geiger.
• Región E (Contador Geiger-Müller): La amplificación es muy alta y la señal es uniforme, independientemente de la energía de la radiación. Es extremadamente sensible.
• Región F (Descarga Continua): El gas entra en descarga continua, lo que puede dañar el detector y hace su uso inviable.

Dosímetros y su Relación con los Detectores de Ionización Gaseosa

Un dosímetro es un dispositivo diseñado para medir la dosis de radiación recibida por una persona u objeto.

De los detectores de ionización gaseosa, solo la cámara de ionización (Región B) puede usarse como dosímetro. Esto se debe a que en esta región, la corriente generada es directamente proporcional a la cantidad de radiación absorbida, lo cual es fundamental para medir dosis de forma precisa y fiable.

Cuestionario de Protección Radiológica

A continuación, se presenta un cuestionario de tipo test sobre conceptos clave en protección radiológica, con las respuestas correctas marcadas.

1. La energía NO puede manifestarse como:
   1. Velocidad
   2. Calor
   3. Fuerza
   4. Masa
2. Un ejemplo de radiación ionizante es:
   1. Ondas de radio
   2. Radiación gamma
   3. Ondas milimétricas
   4. Radiación infrarroja
3. La ionización es:
   1. La promoción de electrones a niveles energéticos (orbitales) superiores.
   2. La emisión de un fotón como consecuencia de la desexcitación de un electrón.
   3. La variación de la carga neta en un protón.
   4. La variación de la carga neta en la corteza electrónica ya sea por la liberación de un electrón o por la incorporación de electrones adicionales.
4. Un ejemplo de partícula DIRECTAMENTE ionizante es:
   1. El neutrón
   2. El electrón
   3. El fotón
   4. El neutrino
5. La exposición se define como:
   1. La cantidad de carga total depositada en un volumen de aire V por todos los iones generados por la radiación.
   2. La cantidad de energía depositada en un volumen de aire de masa m por todos los iones generados por la radiación.
   3. La cantidad de carga total depositada en un volumen de aire de masa m por todos los iones generados por la radiación.
   4. La cantidad de energía depositada en un volumen de aire V por todos los iones generados por la radiación.
6. ¿Qué diferencia existe entre el kerma y la dosis absorbida?
   1. La dosis absorbida mide la variación de la energía transferida (de paso) en un volumen.
   2. La dosis absorbida mide la variación de la energía impartida (absorbida) en un volumen.
   3. El kerma mide la variación de la energía absorbida en un volumen.
   4. Ninguna de las anteriores es correcta.
7. ¿Cuál de las siguientes respuestas es correcta?
   1. Kerma
   2. Dosis
   3. Exposición
   4. El Gray (Gy)
8. ¿Cuál es la unidad del sistema internacional asociada a la dosis absorbida?
   1. El Gray (Gy)
   2. El Sievert (Sv)
   3. El Culombio por kilogramo (C/kg)
   4. El Julio (J)
9. ¿Qué implica que la eficiencia biológica relativa de un tipo de radiación sea MENOR que 1?
   1. Los efectos de la radiación empleada son igual de perjudiciales que la radiación de referencia.
   2. Los efectos de la radiación empleada son más perjudiciales que la radiación de referencia.
   3. Los efectos de la radiación empleada son menos perjudiciales que la radiación de referencia.
   4. Ninguna de las anteriores afirmaciones es correcta.
10. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre la dosis equivalente H NO es cierta?
    1. La dosis equivalente es una magnitud que tiene en cuenta la distinta radiosensibilidad de los tejidos.
    2. La dosis equivalente es una magnitud que tiene en cuenta la distinta capacidad de ionización de tipos distintos de radiación.
    3. La dosis equivalente pondera como más eficaces las partículas cargadas pesadas que los electrones o fotones.
    4. La capacidad de los neutrones para ionizar la materia depende de su energía.
11. Se han empleado 3 detectores (B, C y D) distintos para medir una señal A. Puede concluirse que:
    1. El detector C es el más exacto siendo el B el más sensible.
    2. El detector B es el más exacto siendo el D el más sensible.
    3. El detector C es el más exacto siendo el D el más sensible.
    4. El detector B es el más exacto siendo C el más sensible.
12. Atendiendo a la imagen, los detectores de gas tipo Geiger-Müller se sitúan en la región:
    1. C
    2. F
    3. E
    4. B
13. Un detector de gas está formado por:
    1. Un gas no conductor y un condensador.
    2. Un gas conductor y un condensador.
    3. Un gas no conductor y un metal semiconductor.
    4. Un gas conductor y un metal semiconductor.
14. Un material semiconductor es aquel…
    1. …cuyas bandas de valencia y de conducción se encuentran a una gran distancia energética.
    2. …cuyas bandas de valencia y conducción se encuentran juntas.
    3. …cuyas bandas de valencia y conducción se encuentran a una pequeña distancia energética.
    4. …que no tiene bandas de valencia.
15. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre los detectores de centelleo NO es cierta?
    1. Las sustancias centelleantes son materiales fosforescentes.
    2. En los detectores de centelleo tienen luz proporcional a la dosis de radiación depositada.
    3. Los detectores de centelleo tienen una sustancia luminiscente, un fotocátodo y un tubo fotomultiplicador.
    4. Los detectores de centelleo necesitan amplificar la señal para que esta sea perceptible.
16. Los detectores termoluminiscentes (TLD):
    1. Liberan energía emitiendo luz justo después de atraparla.
    2. Atrapan energía emitiendo luz cuando se calientan.
    3. Liberan energía emitiendo luz justo después de atraparla.
    4. Atrapan energía emitiendo luz después de calentarse.
17. El tipo de dosímetro personal habitualmente empleado es:
    1. Una cámara de ionización.
    2. Un diodo.
    3. Un detector de centelleo.
    4. Un dosímetro termoluminiscente.
18. ¿Cuál de los siguientes tipos de dosis NO se registra en el historial dosimétrico?
    1. La dosis trimestral.
    2. La dosis mensual.
    3. La dosis acumulada en 5 años oficiales consecutivos.
    4. La dosis acumulada en 1 año.
19. La magnitud dosimétrica empleada en el historial dosimétrico es:
    1. La dosis absoluta D.
    2. La dosis equivalente H.
    3. El kerma.
    4. La dosis efectiva E.
20. El límite de dosis efectiva anual para un trabajador expuesto a la radiación es:
    1. 15 mSv.
    2. 10 mSv.
    3. 20 mSv.
    4. 100 mSv.
21. El nivel más seguro de radiación para una persona es:
    1. 0 mSv.
    2. 10 mSv.
    3. 100 mSv.
    4. 1.000 mSv.

Otros Tipos de Detectores de Radiación

Detectores de Semiconductores

Estos detectores se basan en el uso de materiales como el silicio (Si) o el germanio (Ge), que poseen una estructura electrónica que facilita la generación de pares electrón-hueco cuando son atravesados por radiación ionizante. Estos pares son recogidos mediante un campo eléctrico, generando una señal eléctrica proporcional a la energía depositada.

Los detectores de semiconductores ofrecen la mejor resolución energética de todos los detectores convencionales, permitiendo distinguir con gran precisión fotones con energías muy similares. Esto los hace ideales para análisis espectrométricos de alta precisión.

El germanio es ampliamente utilizado para la detección de rayos gamma de alta energía, aunque requiere ser enfriado con nitrógeno líquido para minimizar el ruido electrónico. El silicio, por su parte, se emplea más comúnmente para partículas cargadas como electrones o partículas alfa.

Ventajas de los Detectores de Semiconductores:

• Gran resolución energética.
• Tamaño compacto y alta eficiencia.
• Requieren una fuente de alimentación estable.
• Pueden ser costosos y delicados.

Aplicaciones de los Detectores de Semiconductores:

• Espectrometría gamma de alta resolución.
• Análisis de contaminantes mediante rayos X.
• Imagen médica avanzada.
• Seguridad nuclear.
• Vigilancia radiológica profesional de alta precisión.

Detectores Termoluminiscentes (TLD)

Los TLD funcionan mediante materiales cristalinos que tienen la capacidad de almacenar energía cuando son irradiados. Esta energía queda atrapada en defectos de la estructura cristalina del material. Posteriormente, cuando el material es calentado en un lector especializado, libera la energía almacenada en forma de luz visible (termoluminiscencia), cuya intensidad es directamente proporcional a la dosis de radiación absorbida.

Una ventaja significativa de los TLD es que no requieren alimentación eléctrica durante su exposición a la radiación, lo que los convierte en una opción ideal para la dosimetría pasiva personal. Una vez leída la dosis, el TLD puede ser «recocido» (calentado a una temperatura más alta) para borrar la información y ser reutilizado.

Materiales Habituales en TLD:

• LiF:Mg,Ti (fluoruro de litio dopado).
• CaF₂:Mn (fluoruro de calcio dopado).

Ventajas de los Detectores Termoluminiscentes:

• Alta sensibilidad a dosis bajas.
• Son reutilizables.
• Muy portátiles.
• Buen comportamiento en condiciones variables de temperatura y humedad.

Aplicaciones de los Detectores Termoluminiscentes:

• Dosimetría individual (para personal sanitario y trabajadores expuestos).
• Dosimetría ambiental.
• Estudios epidemiológicos.
• Vigilancia radiológica en instalaciones médicas o nucleares.

Etiquetas: detectores de radiación, Dosimetría, exposición, protección radiológica, Radiación