Laboratorio I: Contador Geiger Müller - Novedades · La señal de corriente observada depende del voltaje aplicado. Volvemos al gas. Desventajas del Ar. Por su alto potencial de

Laboratorio I:

Contador Geiger Müller

Elementos de Física

Nuclear y Dosimetría.

Detectores de ionización.

Un poco de historia….

Durante la primera mitad del siglo XX se desarrolaron tres

tipos de dtectores basados en el mismos principio.

Cámara de ionización.

Funcionamiento básico: colección directa de electrones e iones

producidos por el pasaje de la radiación a través de un gas.

Primeros dispositivos eléctricos empleados para la detección

de la radiación.

Contador Geiger-Müller.

Contador proporcional.

Su diseño básico no ha cambiado demasiado desde la década

de 1940.

Desde entonces, han sido reemplazados paulatinamente por

otros sitemas detección.

Uso actual: monitores de radiación, ya que son baratos,

simples de operar y fácil de mantener.

Hoy en día no son ampliamente usados, salvo en aplicaciones

específicas.

Último comentario:

A partir de 1960, el desarrollo de nuevos dispositivos (multi-

wire 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.

)/(ln

1 0

ab

V

rE

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.

jEN /

Potencial de

excitación, eV

Potencial de

ionización, eV

Energía para la creación

de un par, eV

H2 10,8 15,4 37

He 19,8 24,6 41

N2 8,1 15,5 35

O2 7,9 12,2 31

Ne 16,6 21,6 36

Ar 11,6 15,8 26

Kr 10,0 14,0 24

Xe 8,4 12,1 22

CO2 10,0 13,7 33

CH4 13,1 28

aire 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:

2

.

d

AR

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 f Rl=

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 1

Electrones y muones 1

Neutrones, E < 10 keV 5

Neutrones, 10-100 keV 10

Neutrones, 100 keV – 2000 MeV 20

protones 5

, fragmentos de de fisión, ncleos pesados. 20

Dosis equivalente (Ht).

DwH rt .

Si hay diferentes radiaciones involucradas:

Unidad (Sistema Internacional) Sievert (Sv) = 1 J/kg

Unidad más antigua rem = 0,01 Sv.

i

i

i

rt DwH .

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.

i

i

t

i

t HwE .

Tejido wT

Gónadas 0,20

Hueso (médula) 0,12

Colon 0,12

Pulmones 0,12

Estómago 0,12

Vejiga 0,05

Senos 0,05

Hígado 0,05

Esófago 0,05

Tiroides 0,05

Piel 0,01

Hueso (superficie) 0,01

resto 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

Sv

Dosis abs (wr)

=.01 J(wr)/kg

1J(wr)/kg

1 rem=0.01Sv

1Sv=100 rem

D. efectiva equivalente

R equivalente hombre

Sievert

Rem

Sv

Dosis abs (wr)(w)

=.01 J(wr)(w)/kg

1J(wr)(w)/kg

1 rem=0.01Sv

1Sv=100 rem