Laboratorio 1 Teoria detector Geiger

Elementos de Física
Nuclear y Dosimetría.
Laboratorio I:
Contador Geiger Müller
Detectores de ionización.
Un poco de historia….
Primeros dispositivos eléctricos empleados para la detección
de la radiación.
Funcionamiento básico: colección directa de electrones e iones
producidos por el pasaje de la radiación a través de un gas.
Durante la primera mitad del siglo XX se desarrolaron tres
tipos de dtectores basados en el mismos principio.
Cámara de ionización.
Contador proporcional.
Contador Geiger-Müller.
Su diseño básico no ha cambiado demasiado desde la década
de 1940.
Desde entonces, han sido reemplazados paulatinamente por
otros sitemas detección.
Hoy en día no son ampliamente usados, salvo en aplicaciones
específicas.
Uso actual: monitores de radiación, ya que son baratos,
simples de operar y fácil de mantener.
Último comentario:
A partir de 1960, el desarrollo de nuevos dispositivos (multiwire proportional counter, drift chamber, time projection
chamber), junto con el desarrollo de la electrónica y nuevos
sistemas de adquisición ha dado nueva vida a estos
dispositivos.
Desarrollos modernos: Emplear líquidos en lugar de gases
como medio.
Detectores de ionización gaseosos.
Por qué gases?
Por la alta movilidad de electrones e iones.
Los procesos de ionización y excitación han sido ampliamente
estudiados y están bien comprendidos.
Configuración básica.
1 V0
E
r ln (b / a)
Si la radiación penetra en el cilindro, es decir, al volumen
sensible, se producen ionizaciones y exitaciones en el gas.
El número de pares ion-electrón es proporcional a la energía
de la radiación incidente.
Número medio de pares creados.
Proceso de naturaleza estadística.
N  E/ j
H2
He
N2
O2
Ne
Ar
Kr
Xe
CO2
CH4
aire
Potencial de
excitación, eV
Potencial de
ionización, eV
Energía para la creación
de un par, eV
10,8
19,8
8,1
7,9
16,6
11,6
10,0
8,4
10,0
15,4
24,6
15,5
12,2
21,6
15,8
14,0
12,1
13,7
13,1
37
41
35
31
36
26
24
22
33
28
33,7
El número de pares creados es prácticamente independiente
del gas ni del tipo de partícula.
Elección del gas.
Varios factores involucrados en la elección del gas:
1- Voltaje de trabajo no muy elevado.
2- Alta ganancia.
3- Proporcionalidad.
4- Capacidad de medir altas tasas de eventos.
Por su costo y bajo voltaje de trabajo, se suele usar Ar.
Ya veremos sus desventajas.
Volviendo al detector….
Señal de
salida
La señal de corriente observada depende del
voltaje aplicado.
Volvemos al gas.
Desventajas del Ar.
Por su alto potencial de excitación, no puede operarse
con ganancias mayores a 103– 104.
Para “apagar” la descarga se agrega un segundo gas,
por ejemplo, metano o alcohol.
Ya que vamos a medir con un Geiger. Que mide un
Geiger???? Breve repaso a las unidades empleadas en
dosimetría.
Actividad.
Se denomina actividad de una muestra al número medio
de desintegraciones por unidad de tiempo que
experimenta.
Unidad Curie (Ci): 3,7x1010 desintegraciones/segundo.
Sistema Internacional Becquerel: 1 desintegración/segundo.
Comentario.
Suecia acepta que los alimentos tengan hasta 300 bq/kg.
Los pollos de Mazzorin tenían 4 bq/kg.
El agua contiene Rn disuelto (emisor ). Una ducha de
8 minutos “genera” unos 3500 bq.
Una casa cerrada acumula hasta 60000 bq al día en Rn.
La radiación interactúa con la materia por ionización y
excitación de átomos y moléculas, por lo tanto medir la
cantidad de ionizaciones producidas por una radiación es una
medida de la misma.
Cantidad de ionizaciones. Exposición.
La unidad es el Roentgen, que es una medida se la
exposición. Se define como:
1 Roentgen(R): cantidad de rayos X que producen una
ionización de 2,58x10-4 C/kg en aire.
Se refiere a rayos X y  en aire.
Se puede relacionar con la actividad a partir de:
. A
R 2
d
Una cantidad más relevante para discutir los efectos de la
irradiación es la dosis absorbida.
Dosis absorbida (D).
Mide la energía depositada por la radiación incidente por
unidad de masa. Es un parámetro fundamental en
radioprotección.
Unidad (Sistema Internacional) Gray (Gy) = 1 J/kg
Unidad más antigua rad = 0,01 Gy.
D = fl . R
No tiene en cuenta:
Tasa de irradiación.
Tipo de radiación.
A partir de experimentos biológicos se determinó que el daño
producido por una radiación no sólo depende de la energía de
la misma, sino también del tipo de radiación incidente.
Debe tenerse en cuenta también, por ejemplo, la densidad de
ionización en la trayectoria de la radiación.
Efectividad Biológica Relativa (RBE).
Para tener en cuenta el tipo de particula se ha definido el
factor de peso (o de calidad) wr, que da cuenta de la
efectividad biológica relativa.
Tipo de radiación y energía
wr
fotones
Electrones y muones
1
1
Neutrones, E < 10 keV
Neutrones, 10-100 keV
Neutrones, 100 keV – 2000 MeV
protones
5
10
20
5
20
, fragmentos de de fisión, ncleos pesados.
Dosis equivalente (Ht).
H t  wr . D
Si hay diferentes radiaciones involucradas:
Ht 
w .D
i
r
i
i
Unidad (Sistema Internacional) Sievert (Sv) = 1 J/kg
Unidad más antigua rem = 0,01 Sv.
Dosis efectiva (E).
La probabilidad de sufrir un daño biólogico por irradiación
(cancer, anomalía genética) depende del órgano específico que
recibe la irradiación. Por lo tanto, se ha definido un factor de
peso para cada tejido (wT ). Estos factores son independientes
del tipo y energía de la radiación incidente.
E
w .H
i
t
i
i
t
Tejido
wT
Gónadas
Hueso (médula)
Colon
Pulmones
Estómago
Vejiga
Senos
Hígado
Esófago
Tiroides
Piel
Hueso (superficie)
resto
0,20
0,12
0,12
0,12
0,12
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,01
0,01
0,05
Algunos números.
Un trabajador controlado puede recibir una dosis efectiva
máxima de 0,05 Sv/año.
La población en general puede recibir una dosis efectiva
máxima de 0,005 Sv/año.
La comida sueca es legal si ingiriéndola a lo largo de un año se
acumula 5x10-3 Sv/año.
Una seriada de radiografias implica 0,02 Sv/año.
La radiación de fondo es del orden de 0,002 Sv/año En
algunas playas de Brasil llega a 0,157 Sv/año!!!!) .
Unidades
Concepto
Unidad
especial/SI
simbolo Definición
conversión
Actividad
Curie
Bequerel
Ci
Bq
3.7x1010dps
1 dps
1Ci=3.7x1010Bq
1Bq=2.7x10-11Ci
Exposición
Roentgen
Carga/masa aire
R
C/kg
2.58x10-4 C/kg
1 C/kg aire
1 R=2.58x10-4C/kg
1 C/kg= 3.876 R
Dosis
Absorbida
Energía/masa
Gray
Rad
Gy
100 erg/g
1 J/kg
1 rad=0.01 Gy
1Gy=100 rad
Dosis
equivalente
R equivalente
hombre
Sievert
Rem
Dosis abs (wr)
=.01 J(wr)/kg
1J(wr)/kg
1 rem=0.01Sv
R equivalente
hombre
Sievert
Rem
Dosis abs (wr)(w)
=.01 J(wr)(w)/kg
1J(wr)(w)/kg
1 rem=0.01Sv
D. efectiva
equivalente
Sv
Sv
1Sv=100 rem
1Sv=100 rem