Sistemas de proteccin para la radiacin externaBLINDAJES

Dosimetra y Proteccin RadiolgicaCentro Atmico Bariloche2012

Consideraciones generales-Reduccin del tiempo de exposicin, t -Reduccin de la tasa de dosis, dE/dt

Reduccin del tiempo de exposicinAproximadamente lineal con la dosis por irradiacin externa.Limitada a aquellas operaciones no rutinarias que deban realizarse en zonas de alta tasa de dosis (mantenimiento o reparacin de sistemas calientes).No rotar al personal.Incrementos de tasas de dosis slo implican menores tiempos de permanencia.Reticencia de algunos trabajadores a realizar tareas en zonas de alta tasa de dosis.

Reduccin de la tasa de dosisReduccin de la actividad de la fuente.Decaimiento radiactivo.Remocin de material radiactivo de la fuente.

Aumento de la distancia entre las personas expuestas y la fuente de radiacin.

Interposicin de blindaje entre las personas expuestas y la fuente de radiacin.

Interposicin de blindaje entre las personas expuestasy la fuente de radiacinBlindaje: Todo sistema destinado a atenuar un campo de radiacin por interposicin de un medio material entre la fuente radiactiva y las personas o cosas a proteger.

- La radiacin alfa consiste en ncleos de He-4 y es fcilmente bloqueada por una hoja de papel.- La radiacin beta, consistente en electrones y positrones, es detenida por una placa de aluminio o plstico.- La radiacin gamma es absorbida a medida que penetra un material denso. El plomo es bueno para absorber la radiacin gamma debido a su densidad.

Blindajes para fuentes emisoras de radiacin alfa

- Las partculas alfa son fciles de blindar pues su masa relativamente grande y su carga limitan su rango a unas pocas decenas de micrmetros en la mayora de los medios hasta unos pocos centmetros en el aire. Slo las partculas ms energticas son capaces de penetrar la capa muerta de la piel humana (7 mg/cm).

- La mayora de los problemas de blindaje implican fijar el material en el lugar para que no se convierta en una fuente de contaminacin incorporada el cuerpo o como partculas areas.

- El corto rango de las partculas alfa hace difcil su deteccin, pues deben ser capaces de penetrar las ventanas de los detectores para alcanzar el volumen sensible y as ser registradas.

- Es fcil no ver reas altamente contaminadas al no acercarse lo suficiente (la mayora de las alfas son absorbidas en unos pocos centmetros de aire), usando el detector incorrecto, o usando un detector con una ventana demasiado gruesa.

Materiales: una capa de pintura u otro material fijativo; una hoja de papel, aire.

- Las partculas beta pueden ser detenidas determinando el rango mximo de las partculas ms energticas y eligiendo un espesor de material igual o mayor que dicho rango.La atenuacin exponencial de las partculas se calcula como:

donde = coeficiente de absorcinIo = intensidad (o nmero) de partculas I(x) = intensidad observada por el material absorbente de espesor xx = producto densidad-espesor (g/cm) del blindaje.

Blindajes para fuentes emisoras de radiacin beta

Blindajes para fuentes emisoras de radiacin beta- Los coeficientes de absorcin para aire, tejido (o agua) y materiales slidos en funcin de la energa Emx puede calcularse empricamente como:

Blindajes para fuentes emisoras de radiacin beta

Efectos de la radiacin de frenado

Blindaje de neutrones- Los neutrones rebotan repetidamente y son moderados y/o absorbidos por ncleos ligeros, por lo que es necesaria una gran masa de un material rico en hidrgeno.

- Los materiales ms efectivos son, p.ej.: agua, polietileno, parafina, hormign; donde hay una cantidad considerable de molculas de hidrgeno.

- Los tomos livianos sirven para moderar a los neutrones por scattering elstico, para que puedan ser absorbidos por reacciones nucleares.

- Sin embargo, a menudo se produce radiacin gamma en tales reacciones, por lo que debe agregarse un blindaje adicional para absorberla.

Blindajes para radiacin gamma

Blindajes para radiacin gamma

Blindajes para radiacin gammaPara que la dosis se reduzca a cero sera necesario un blindaje de espesor infinito.Factor de transmisin:

Hemiespesor o HVL (Half Value Layer)

TVL (Tenth Value Layer)

Blindajes para radiacin gammaMateriales de blindaje- Depende de condiciones tcnicas y econmicas.- A bajas energas, donde predomina el efecto fotoelctrico, es notable la eficiencia de materiales de alto Z (Pb, U, W) con respecto a materiales de bajo Z (hormign, agua).- A altas energas (E > 10 MeV), donde es preponderante una el efecto de formacin de pares, se presenta una situacin similar a la anterior.- Para energas intermedias, donde prima el efecto Compton, la eficiencia es aproximadamente proporcional a la densidad de los materiales. Esto justifica el uso masivo de hormign comn como blindaje.

Clculo de blindajes para radiacin gamma

Clculo de blindajes para radiacin gamma

Factor de acumulacin (build-up)Los fotones no colisionados.Los fotones que interactuaron con el medio material y fueron dispersados.Radiacin secundaria de baja intensidad, generada localmente en el medio material, debida a interacciones de los fotones con el medio (p. ej.: radiacin de aniquilacin).

Factor de acumulacin (build-up)En estas condiciones, la tasa de fluencia total a una distancia r es:

dondeB es el factor de acumulacin u la tasa de fluencia no colisionada

Factor de acumulacin (build-up)Se ha demostrado que el factor B depende de:La naturaleza del medio atravesado por la radiacin (nmero atmico Z).La energa de la fuente de fotones.La distancia, en caminos libres medios entre la fuente y el punto de inters.La geometra de la fuente.La magnitud considerada (dosis, calentamiento, etc.)

Frmulas empricas para calcular BBlindajes homogneosFrmula de Berger

Frmula de Taylor

Frmulas empricas para calcular BBlindajes multicapa

Material liviano seguido de uno pesado (B compuesto debe leerse en la tabla del material pesado para una penetracin x):x=1x1+2x2 Material pesado seguido de uno liviano: B=B1(1x1).B2(2x2); E < 3MeVB=B2(1x1+2x2); E > 3MeV

Algunos mtodos de clculoFuente puntualFactor de transmisin (es independiente de la distancia punto fuente)

Algunos mtodos de clculoBlindaje hacia adentroBlindaje hacia afuera

Algunos mtodos de clculoFuente extensaPueden ser consideradas como un conjunto de fuentes isotrpicas puntuales..

El efecto de toda la fuente sobre el punto de inters puede hallarse sumando (integrando) las contribuciones parciales.Se emplean cdigos computacionales como MERCURE-IV y MicroShield.

Optimizacin de blindajesEl principio de optimizacin implica que:X + Y debe ser mnimodonde X = costo de alcanzar un dado nivel de proteccin. Y = costo del detrimento radiolgico resultante de la prctica al nivel de proteccin de costo X.El detrimento radiolgico puede suponerse proporcional a la dosis efectiva colectiva: Y(t) = S(t)lo que significa:

BibliografaMartin, J. E. Physics for Radiation Protection: A Handbook. 2006.ICRP 21. Data for Protection Against Ionizing from External Sources Supplement to ICRP Publication 15.Apuntes de la ctedra.