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DETECCION Y MEDICION DE LAS RADIACIONES IONIZANTES.

En la actualidad existe una gran variedad de instrumentos que permiten medir con fines proteccionismo que nos permitan evaluar los efectos biológicos y el riesgo que implica la exposición a la radiación ionizante.

La detección y medida de las radiaciones tienen sus fundamentos en la evaluación de los procesos físico – químicos que provocan las radiaciones ionizantes al interactuar con la materia.

Esta interacción supone una cesión de energía, que hay que cuantificar, valiéndose de los efectos que ocasionan: ioniza el medio gaseoso, ennegrece emulsiones fotográficas, descompone ciertas sustancias químicas, provocan centelleo dentro de ciertas sustancias luminiscentes, etc.

Un sistema de detección de la radiación, se halla constituido por dos bloques básicos:

Detector.

Instrumentación electrónica asociada.

El detector actúa como transductor, transformando la energía del campo de radiación a medir, en otra más fácilmente procesable, como es la energía eléctrica.

Los detectores de radiaciones ionizantes pueden clasificarse en detectores inmediatos o retardados, según el suministro de la información al observador, instantánea o diferida, con respecto al momento en que se procede la detección.

También pueden clasificarse en: por ionización o por excitación, según el tipo de fenómeno físico involucrado en el proceso de conversión de la energía del campo de radiación, en señal inteligible.

DETECTORES POR IONIZACION.

Detectores gaseosos.

La radiación al pasar por un gas, produce iones, si mediante dos electrones se aplica un campo eléctrico, los iones serán atraídos según su carga eléctrica, originando una corriente, es decir una señal eléctrica.

Un detector basado en este principio consta de un cilindro que encierra el gas (cátodo) y tiene un electrodo central aislado que actúa de ánodo. Cuando dicho dispositivo se expone a un campo de radiación, la interacción de las partículas ionizantes con el gas que llena el recinto o con el material de sus paredes, hace que se generen pares de iones. Estos iones, en presencia de un campo eléctrico, se aceleran en dirección a los electrodos polarizados eléctricamente con signo contrario, los iones serán atraídos según su carca eléctrica, originando una corriente, es decir una señal eléctrica.

Si la diferencia de potencial aplicada a los electrodos de un detector gaseoso es nula, también será nula la intensidad del campo eléctrico en el interior del recinto, con lo que los iones producidos por la interacción de las partículas ionizantes, se encontraran sometidos solo a la atracción mutua debido al distinto signo de su carga, recombinándose para volver a reconstituir átomos o moléculas neutras.

Aplicando tensión a los electrones a partir de un cierto valor mínimo, que se conoce como tensión de saturación, el campo eléctrico existente atrae a los iones hacia los electrodos correspondientes con una fuerza proporcional a su intensidad y a la carga eléctrica de un ion. Sin embargo, pese a la existencia de la fuerza de atracción producida por el campo eléctrico, algunos iones se combinan durante su migración hacia los electrodos, en relación inversa con la diferencia de potencial aplicada. Esta zona de operación la altura de los pulsos o la corriente producida por los fotones de igual energía no se modifica al variar la tensión de los electrodos. Esta condición se mantiene dentro de un rango de tensiones entre 6 y aproximadamente 300 volts. En el cual se dice que el detector opera en la zona de cámara de ionización.

Debido a la muy pequeña cantidad de cargas eléctricas puestas en juego por cada interacción de partículas ionizantes con la cámara de ionización, la amplitud de los correspondientes impulsos eléctricos resulta muy pequeña; por esta razón, no resulta practico utilizar este tipo de detectores para el contaje de eventos. Las cámaras de ionización se emplean fundamentalmente para la determinación de la intensidad de campos de radiación.

Al sobrepasar un cierto valor en la tensión aplicada, la aceleración alcanzada por los iones primarios es tal, que, por colisión con las moléculas de gas, producen iones secundarios que aumentan la corriente o el pulso en forma proporcional a los iones primarios producidos por la radiación. A partir de dicho valor, tenemos un nuevo rango de tensiones y a los detectores gaseosos polarizados en esa zona de funcionamiento se los denomina contadores proporcionales. En estas condiciones, la amplitud de los impulsos obtenidos guarda proporcionalidad tanto con la energía transferida por la partícula ionizante incidente que interactúa con el detector como con la tensión de polarización de los electrodos. En estos detectores, para igualdad de energía de la partícula ionizante, la amplitud del pulso eléctrico obtenido es mayor que el de las cámaras de ionización, por lo que se lo puede emplear en el contaje de eventos.

La aplicación más frecuente de este tipo de detectores en protección radiológica es en el monitoraje de contaminaciones superficiales con radio nucleídos emisores alfa o beta. Dado que las partículas alfa y beta poseen baja capacidad de penetración en un medio material denso, es necesario contar con una ventana de espesor apropiado y de material liviano para que tales partículas puedan interaccionar con el gas detector. El espesor de ventana se suele expresar en unidades masa por unidad de superficie de la misma (mg/cm2).

Si se continúa aumentando la diferencia de potencial entre los electrodos de un detector gaseoso, más allá de los valores que corresponden al rango de funcionamiento como contador proporcional, la producción de iones secundarios se hace tan grande y se propaga en cadena tan rápidamente, que produce una verdadera descarga en el detector, es decir, el factor de multiplicación de iones deja de ser lineal con la tensión aplicada. Ello se debe a que al ser la masa de los iones positivos mucho mayor que la de los electrones, los primeros se desplazan a menor velocidad que los segundos, llegando a constituir una carga espacial que altera la forma del campo eléctrico dentro del detector y, por ende, la linealidad. Si se aumenta aún más la diferencia de potencial, el efecto de la carga espacial resulta dominante frente a la diferencia de potencial exterior. En este caso la ionización primaria es multiplicada por un factor de orden 106 y se obtienen pulsos electrónicos cuya tensión es independiente del numero inicial de iones. Esta región de operación del detector gaseoso recibe el nombre de Geiger – Müller.

En la zona del Geiger – Müller, la amplitud del impulso se mantiene constante e independiente de la energía de la partícula, ya que, en esta región de trabajo del detector gaseoso, la amplitud de los impulsos, alcanza el valor máximo obtenible con esa configuración del detector. En general se prefieren los contadores Geiger – Müller para la detección de radiación beta o fotónica.

DEECTORES POR EXCITACIÓN.

Detectores de centelleo

Se basan en el principio de que cuando una radiación ionizante atraviesa ciertas substancias luminiscentes, se produce una luz visible que puede ser detectada con ayuda de dispositivos tales como el fotomultiplicador.

El material que produce el destello se llama cristal de centelleo. Se selecciona para que tenga una alta eficiencia en absorber radiación ionizante y emitir luz. Debe ser transparente para poder transmitir la luz producida, y debe estar a oscuras para que la luz ambiental no le afecte.

El material más empleado como cristal de centelleo en radiodiagnóstico es el yoduro de sodio activado con talio, NaI (T). Es de costo bajo y es estable. Otro muy común es el yoduro de cesio con talio, CsI (T), y hay otros materiales inorgánicos de usos especiales.