TIPO DE DECTECTORES Detectores inmediatos por … en los electrodos contra el voltaje aplicado, para...
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TIPO DE DECTECTORES
Detectores inmediatos por ionización
Estos son detectores gaseosos, esta cámara tiene un gas, estilo fluorescente,
donde esta cámara está sometida a una diferencia de potencial.
Y cuando se somete a un campo de radiaciones ionizantes, las partículas de
gas se ionizan y se generan pares iónicos, dirigiéndose estos a los electrodos,
produciendo una señal eléctrica, o dicha de otra forma, produciendo una señal
de diferente potencial. Ej.
1. Las cámaras de ionización las cuales generan corrientes muy bajas – 10-12
Ǻ a 10-2 Ǻ-. Donde las actitudes de los impulsos son muy pequeños, por lo
tanto, estos equipos no son prácticos para ser utilizados en contaje de
eventos (Fuentes radioactivas perdidas, para partículas alfa α y/o partículas
beta β). En general se utilizan para monitoreo de áreas o para
determinación de la intensidad de campos de radiación para rayos X.
2. Como segundo tipo de detector gaseoso tenemos los contadores
proporcionales donde la amplitud de los impulsos guarda proporcionalidad
tanto con la energía transmitida de las partículas ionizantes que interactúan
con el detector, como con los diferentes potenciales. Donde la amplitud del
impulso eléctrico es grande, por lo tanto es un detector que se puede
utilizar para el contaje de eventos.Y su uso frecuente es en el área de
espectrometría. En protección radiológica el uso más frecuente es el
monitoreaje de contaminaciones superficiales dadas por partículas alfa y
beta (α y β).
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3. Otro ejemplo de detectores gaseoso tenemos los contadores Geiger-Müller,
donde la amplitud de la señal eléctrica es independiente de la energía y
naturaleza de la partícula; por lo tanto, es el detector de mayor amplitud de
los detectores gaseosos, o sea, tienen un mayor rango.
4. Otro tipo de detector gaseoso son los detectores semiconductores, donde
su principio de funcionamiento es similar al de las cámaras de ionización y
donde el medio ionizable gaseoso es semiconductor y tienen las siguientes
ventajas:
a. Alta densidad del medio ionizado con una eficiencia por unidad del
volumen efectivo.
b. La energía necesaria para crear los pares iónicos es 10 veces menor
que la de los gases, produciendo mejor resolución.
c. Tiene un volumen efectivo menor que implica tiempo de recolección
de cargas muy breves.
Estos detectores tienen las siguientes desventajas:
Alta conductibilidad con respecto a los gases produciendo ruido, lo que
evita la medición de partículas de baja energía.
Presenta defectos en su estructura cristalina lo que provoca deficiencia de
detección.
El gráfico1 a continuación muestra el rango de trabajo de los diferentes equipos de
medición.
1 http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/094/htm/sec_8.htm
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En estas regiones para un detector típico; se grafica el número de iones
colectados en los electrodos contra el voltaje aplicado, para partículas alfa y
beta respectivamente. En la región I el voltaje es tan bajo que la velocidad que
adquieren los iones y electrones es pequeña, dando lugar a una alta
probabilidad de que se recombinen. Por el peligro de perder información, esta
región normalmente no se usa.
En la región de voltaje II, el número de iones colectados no cambia si se
aumenta el voltaje. Se recogen en los electrodos esencialmente todos los iones
primarios; es decir, no hay ni recombinación ni ionización secundaria. Por esta
razón, el tamaño del pulso depende de la ionización primaria y, por lo tanto, de
la energía depositada por cada radiación. Se llama región de cámara de
ionización y se usa para medir la energía de la radiación, además de indicar su
presencia. En general, la corriente generada en estas cámaras es tan pequeña
que se requiere de un circuito electrónico amplificador muy sensible para
medirla.
En la región III, llamada proporcional, la carga colectada aumenta al
incrementarse el voltaje. Esto se debe a que los iones iniciales (primarios) se
aceleran dentro del campo eléctrico pudiendo, a su vez, crear nuevos pares de
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iones. Si uno sube el voltaje, la producción cada vez mayor de ionización
secundaria da lugar a un efecto de multiplicación. Los pulsos producidos son
mayores que en la región anterior, pero se conserva la dependencia en la
energía de las radiaciones.
Aumentando aún más el voltaje, se llega a la región IV, llamada de
proporcionalidad limitada, que por su inestabilidad es poco útil en la práctica. Si
sigue aumentándose el voltaje, se llega a la región V, llamada Geiger-Müller En
esta región la ionización secundaria y la multiplicación son tan intensas que se
logra una verdadera avalancha de cargas en cada pulso (Figura 1)2. Los pulsos
son grandes por la gran cantidad de iones colectados, pero se pierde la
dependencia en la ionización primaria
Figura 1. Avalanchas producidas en un detector Geiger-Müller.
Los detectores Geiger-Müller (o sencillamente contadores Geiger) que operan
en esta región son indicadores de la presencia de radiación, pero no pueden
medir su energía. Son los más usados porque son fáciles de operar, soportan
trabajo pesado, son de construcción sencilla y se pueden incorporar a un 2 Protección radiológica en la aplicación de las técnicas Nucleares, Colectivo de Autores, Centro de Información de la Energía, Habana Cuba.
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monitor portátil. Generalmente operan con voltaje de alrededor de 700 a 800
volts, pero esto puede variar según el diseño de cada detector.
Si se incrementa el voltaje aún más, se obtiene una descarga continua (región
VI), no útil para conteo.
Para impulsos pequeños se usan cámaras de ionización, para impulsos medianos
se utilizan detectores proporcionales- en un rango creciente- y para impulsos
grandes se utilizan los detectores geiger-müller – para un rango constante. Y la
pendiente creciente es la zona de descarga, para el cual, el sistema de detectores
no hay energía de radiación.
Detectores inmediatos por excitación
Detectores por centelleo:
Se utilizan en contaje y en espectrometría.
Estos detectores por centelleo se conocen por algunos materiales denominados
centelladores al interactuar por radiación ionizante, convirtiendo una pequeña
fracción de la energía cinética (Ke) de las partículas en energía luminosa, el resto
de la energía se transforma en energía calórica o en energía mecánica en forma
de vibraciones en su red cristalina.
La fracción que se convierte en luz se define como eficiencia de centelleo y
depende de la naturaleza y la energía de la partícula. Las propiedades de un
centellador ideal son:
1- Convertir la energía cinética (Ke) de las partículas en Energía luminosa, o
sea, en centelleos.
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2- Que la conversión sea lineal, o sea, mayor energía cinética, mayor energía
luminosa o lumínica.
3- Transparente a la longitud de onda (λ) que se emite por desexcitación. Que
no influya la longitud de onda a las ondas de excitación.
4- El tiempo de caimiento de los impulsos cortos para señales rápidas.
5- Dimensiones adecuadas a la aplicación prevista.
6- Índice de refracción parecido al vidrio esto debido a que facilita convertir la
energía luminosa en señal eléctrica.
Los centelladores más utilizados son:
Inorgánicos: son cristales con alto rendimiento y con linealidad, pero con
baja velocidad de respuesta. Por ejemplo, El yoduro de sodio activado con
talio, el yoduro de cesio.
Orgánicos: Estos centelladores en donde el proceso de fluorescencia es
independiente del estado físico del material, por ejemplo cristales orgánicos
puros como el antraceno, centelladores en solución líquidos y centelladores
orgánicos plásticos, donde el más común es el estireno.
Un detector de centelleo esta constituido por el material centellador y el tubo
fotomultiplicador. El tubo fotomultiplicador consiste en una válvula electrónica que
procesa la energía lumínica en energía eléctrica y actúa como transductor
optoeléctrico.
Constituido por un fotocátodo (efecto fotoeléctrico) y también por dinodos que son
electrodos que por los electrones y por in ánodo que los recibe originalmente, un
impulso eléctrico el cual es detectado.
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Detectores retardados por ionización
Estos detectores se denominan por emulsión fotográfica, donde esta constituida
por bromuro de plata que tiene dimensiones microscópicas y se encuentra
sumergida en un medio gelatinoso y que a su vez se encuentra sobre un soporte
translúcido.
La radiación emite electrones y neutraliza los iones de plata metálica, este proceso
se conoce como formación de la imagen latente (es un estilo de placa radiográfica)
La cantidad de iones de plata que han sufrido la transformación está en función de
la dosis absorbida y se le aplica un proceso de revelado corriente. Obteniéndose
así una imagen con distintas tonalidades de grises y esta es proporcional a la
dosis absorbida por la placa; posteriormente los ennegrecimientos son medidos
por un densitómetro. La densitometría se puede definir como la atenuación
luminosa causada por la emulsión. El número atómico de la emulsión fotográfica
provoca que la radiación tenga un aumento relativo importante a bajas de energía
de rayos X como el predominio del efecto fotoeléctrico.
El uso principal de estos detectores es para la dosimetría personal y el resultado
se refiere a dosis en tejido muscular. En estos detectores para dosimetría personal
se debe hacer una corrección a la hora de evaluar la dosis en tejido, se evaluar la
energía bajo diferentes filtros de radiación para así evaluar la dosis absorbida.
La imagen latente se revierte con efecto de la humedad y por la temperatura
ambiente, efecto difícil de cuantificar en la práctica por lo que se recomienda tomar
medidas para el uso y almacenamiento de este, por esta razón el uso no es
conveniente para periodos largos en condiciones ambientales variables.
Detectores retardados por excitación
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Estos detectores conocidos también como detectores por termoluminiscencia
detectores termoluminiscentes. Son detectores pasivos e integradores que
determinan las dosis y discriminan diferentes campos de radiación.
Este fenómeno por luminiscencia es un proceso de iluminación óptica por causas
no térmicas que presentan algunas sustancias en determinados medios de
excitación y estos medios son:
Fotoluminiscencia producida por la interacción de fotones ópticos.
Triboluminiscentes que tiene que ver con el movimiento mecánico.
Quimioluminiscente que se dá por reacciones químicas.
Electroluminiscentes que se dá por campos eléctricos.
La luminiscencia presenta dos subclases:
1- Fluorescencia
2- Fosforescencia
Y se diferencia en su energía cinética de decremento, donde para la fluorescencia
es menor en 10 nseg. y para la fosforescencia es mayor en 10 nseg.
Donde en la fluorescencia existe poca dependencia de la temperatura, mientras
que en la fosforescencia existe mucha dependencia de la temperatura.
La fosforescencia es una termoluminiscencia acelerada por el aumento de la
temperatura.
Los detectores termoluminiscentes están formados por una red inorgánica
cristalina perfecta donde los niveles electrónicos de energía atómica son
ensanchados dentro de una serie continua de bandas permitidas, separadas por
bandas de regiones prohibidas, la banda llena superior se llama banda de
valencia.
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La banda de valencia esta separada por varios electrones de la banda más baja
sin llenar, llamada banda de conducción. Este es el nivel de energía donde la
atracción del núcleo del átomo sobre los electrones es más débil. Ese nivel
corresponde a la última órbita del átomo, la que puede compartir así sus
electrones entre el resto de los átomos de un cuerpo, permitiendo que se
desplacen por el mismo en forma de nube electrónica.
Los materiales utilizados para la creación de estos detectores son básicamente,
fluoruro de litio, el cual tiene una respuesta de dosis absorbida lineal que ronda
entre los 3 y 10 Gy. y son dosis que producen daños permanentes.
Siendo resistente a los ataques químicos y pierde sensibilidad para dosis mayores
de 104 Gy. siendo levemente soluble al agua y con una pérdida de lectura de un
5% al año, por lo tanto un detector ideal para dosimetría personal.
La información dosimétrica contenida en el detector puede ser medida por un
equipo TLD (dosimetría por termoluminiscencia) donde la energía absorbida por la
radiación ionizante al material es liberada en forma luminosa, cuando dicho
material es estimulado térmicamente. La temperatura ambiente y 400°C. en un
intervalo de tiempo de 1 a 100 seg. Dependiendo del material utilizado.
Ventajas
1- Son detectores pequeños y pueden ser utilizados en lugares
reducidos.
2- Se utilizan en un amplio rango de dosis que puede variar en 10 mGy.
y 100 kGy.
3- Mantiene una persistencia de la señal por largos periodos de tiempo,
permitiendo así la medición para periodos convenientes.
4- La eficiencia es independiente de la dosis y la temperatura de
irradiación
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5- Tiene una preescisión menor al 3% y en sistemas optimizados pude
llegar de 1% a 2%.
6- Es insensible a la mayor de las condiciones ambientales.
7- La señal emitida es relativamente fácil de evaluar.
8- Son dosímetros portátiles ideales para monitoreo de extremidades.
9- Tiene una lectura rápida en segundos.
10- Es reutilizable con pequeños cambios en su eficiencia.
Desventajas
1- Existen varios mecanismos dependientes de la superficie que pueden
afectar la sensibilidad de estos detectores por ejemplo rayaduras, absorción
gaseosa, contaminación por grasa o polvo.
2- La sensibilidad puede ser afectada o disminuir después de grandes dosis
de radiación (≥ 10 Gy).
3- El método de obtención, la lectura es destructivo si por algún motivo la
lectura no es recibida por el sistema, la informaciones pierde
OSL (Estimulación Óptica por Láser)
La clave de esta tecnología es el material del detector, que son CRISTALES DE
OXIDO DE ALUMINIO
Funcionamiento:
El funcionamiento se basa en la cantidad de radiación expuesta es medida por la
estimulación de los materiales de oxido de aluminio con una luz verde para
partículas beta o azul para fotones (rayos gamma) de alta y/o baja energía que es
emitida por un láser emitido por un equipo.
Esta tecnología tiene el límite de detección más bajo del mercado con una
sensibilidad de 0.01 mSv
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Una de las características esenciales de este tipo de dosímetro es que permite el
reconocimiento de las dosis estáticas y dinámicas, por ende si se hiciera una
exposición al propio cuando se lee el espectro de luz del dosímetro, va a salir
identificado de forma característica ese tipo de exposición.
Es importante destacar que estos dosímetros y tipo de tecnología es la más
moderna del mundo.
Dosimetría In vivo (Diodos semiconductores)
Medición de la dosis directamente en los pacientes, para verificar la dosis que
recibe el paciente mediante el sistema de planificación.
Se ponen 2 detectores uno a la entrada y otro a la salida y debe tener una
diferencia de ± 2%.
Cámaras de ionización para radioterapia
Para monitoreo de área, para medir rayos X y rayos Gama, que varia en tamaño y
forma.
La zona de sensibilidad esta en la punta.
Existen varios tipos de cámaras de ionización pero las más utilizadas en
dosimetría absoluto de haces de fotones de alta energía, son las cámaras de
ionización tipo dedal.
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Tienen un electrodo de aluminio y la pared puede ser de grafito, acrílico o
polietileno.
En este tipo de cámara se asume lo siguiente:
1- Volumen esférico con cuyo centro se encuentra una pequeña cavidad de aire.
2-Este volumen es irradiado uniformemente por un haz de radiación de alta
energía.
3- La distancia entre la esfera externa y la cavidad de aire es igual al rango
máximo de los electrones generados por los fotones en su recorrido, lo que
garantiza que el número de electrones que entran a la cavidad de aire es
igual al número que sale de ella, o sea, garantiza el equilibrio electrónico.
Si en estas condiciones fuéramos capaces de medir la carga producida en la
cavidad por los electrones liberados en el volumen que la rodea y conociendo el
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volumen o la masa de aire contenido dentro de la cavidad, podemos entonces
calcular la carga por unidad de masa, como conocemos no es más que la
exposición producida por el haz de radiación en el centro de la cavidad.
Hasta ahora se ha planteado una situación ideal pero en realidad lo que podemos
lograr es envolver esa pequeña cavidad en una pared sólida con lo que
obtenemos una cámara de dedal aún cuando la pared de la cámara es por
supuesto sólida, escogemos siempre materiales que son aire equivalente, es
decir, cuyo número atómico es similar al número atómico del aire y de igual
manera para mantener las condiciones de equilibrio electrónico explicadas
anteriormente se hacen en un espesor que lo garantice.
Tallo: es por donde pasan los cables que recogen la carga y polarización
Mango: Se emplea para sujetar la cámara