Seguridad radiologica

1. “Año del Fortalecimiento de la Soberanía Nacional”
INSTITUTO PERUANO DE ENERGÍA NUCLEAR - IPEN
“Año del Fortalecimiento de la Soberanía Nacional”
Centro Superior de Estudios Nucleares (CSEN)
Curso de Seguridad Radiológica en el Uso de
Medidores Nucleares
Lima, 10 y 11 de octubre de 2022
Expositor: Mariano Vela M.
mvela@ipen.gob.pe

2. 1. Transferir conocimientos básicos de protección radiológica así como los
elementos de seguridad física en la gestión de la seguridad.
a) Medidas de protección radiológica durante la manipulación de
fuentes radiactivas de uso industrial.
b) Almacenamiento y transporte de material radiactivo
c) Gestión de fuentes radiactivas en desuso o agotadas
2. Medidas preventivas para evitar incidentes y accidentes radiológicos al
usar medidores nucleares.
3. Introducir los conceptos básicos de cultura de seguridad.
4. Presentar los aspectos Legales y Reglamentación Nacional para el uso
seguro de las fuentes de radiación ionizante.
Objetivos del Curso

3. Sección I: Fundamentos de
Radiactividad

4. Átomo: Porción mínima de materia que conserva sus propiedades químicas.
Su radio promedio es del orden de 10-10 m (10-4 micra).
Núcleo Atómico: Región central del átomo de masa fuertemente unida,
compuesta de partículas con carga eléctrica positiva (protones) y partículas
sin carga eléctrica (neutrones). El radio nuclear es del orden de 10-15 m
Representación espacial Representación en el plano
K
L
M
E (K) < E (L) < E(M)
Estructura Atómica y Nuclear

5. Electrones (e- ):
partículas de carga
eléctrica negativa
El radio nuclear es del orden de
10-15 m (100 milésima del radio
atómico).
En el núcleo se concentra casi
toda la masa del átomo.
Estructura Atómica y Nuclear
Átomo: Unidad básica en que puede dividirse la materia, manteniendo sus
propiedades químicas. El radio atómico es del orden de 10-10 m (la diez
milésima de una micra).
Núcleo atómico: Región central del átomo de masa fuertemente unida,
compuesta de partículas con carga eléctrica positiva (protones) y partículas
con carga eléctrica neutralizada (neutrones).
Núcleo atómico

6. ¿A que se denomina Isótopos?
Se denomina así los átomos que pertenecen a un mismo elemento químico pero que se
diferencian en el número de neutrones; esto es, contiene el mismo número de protones,
pero diferente número de neutrones.
 Casi la totalidad de los elementos químicos están conformado por isótopos
 Igual número de protones: iguales propiedades químicas
 Diferentes número de neutrones: diferentes propiedades nucleares
Notas:

7. ¿Cómo se les nombra a cada tipo de isótopo en particular?
Z : determina el número de protones (también el número de electrones).
A : determina el número de protones y neutrones (A = Z + N).
Número de masa
Número atómico
Símbolo del
elemento
X
A
Z
Ejemplos: U
Au
Ir
Cs
Cs
I
Co
F
C 235
92
198
79
192
77
137
55
134
55
131
53
60
27
18
9
14
6 ,
,
,
,
,
,
,
,
La siguiente es una convención usada para simplificar la referencia a cada tipo de
isótopo en particular.
Otra forma de nombrarlos: F-18, Co-60, I-131, Cs-137, Ir-192, Au-198

8. Fenómeno físico natural o artificial mediante el cual ciertos materiales son capaces
de emitir energía en forma de ondas y/o partículas desde el núcleo atómico.
Radiactividad alfa ( a )
Son partículas sub-nucleares de carga eléctrica
positiva (+2); están formados por dos protones
y dos neutrones.
Radiactividad beta ( b -)
Son partículas sub-nucleares de carga eléctrica
negativa (-1). Son electrones que provienen de
la desintegración de neutrones en el núcleo.
Radiactividad gamma ( g )
Son ondas electromagnética provenientes de
núcleos atómico en estado inestable.
¿Qué es la radiactividad?
Notas:
 A los isotopos con propiedades radiactivas se les denomina radioisótopos.
 La radiactividad implica la liberación de gran cantidad de energía (en el orden de keV y MeV).

9. Radiactividad Natural
Pueden provenir de:
• Materiales radiactivos existentes en la Tierra desde su formación, los llamados
primogénicos (235U; 238U, 233U, 232Th, 40K) y todos los elementos radiactivos
generados en las series radiactivas.
• Materiales radiactivos generados por interacción de rayos cósmicos con
materiales de la Tierra que originalmente no eran radiactivos, los llamados
cosmogénicos (3H, 7Be, 14C).
Las fuentes naturales de radiactividad lo constituye ciertas sustancias que se de
modo natural emiten radiación ionizante.
Rayos cósmicos
Muestra de mineral uranio

10. En Aplicación Médica
 Radioisótopos y radiofármacos
 Radioterapia
 Braquiterápia
 Ciclotrón
Radiactividad Artificial
Fuentes de uso médico
Fuentes de uso industrial
En Aplicación Industrial
 Medidores Nucleares
 Densímetros
 Fuentes de gammagrafía
 Analizadores en línea
Las fuentes artificiales de radiactividad lo constituye los equipos y ciertas sustancias
que emiten radiactividad cuyo origen es producto de la tecnología.

11. Modos de Decaimiento Radiactivo
Decaimiento a-
Es la emisión de partículas formado por 2 protones y 2 neutrones desde el núcleo de
ciertos elementos químicos pesados (uranio, plutonio, radio, torio).
En este proceso
 El número de masa (A) del nuevo núcleo disminuye 4 unidades
 El número atómico (Z) del nuevo disminuye 2 unidades
 El Número de neutrones (N) del nuevo núcleo disminuye 2 unidades
He
Th
U 4
2
234
90
238
92 

He
Rn
Ra 4
2
222
86
226
88 

He
Th
U 4
2
231
90
235
92 


12. Decaimiento b -
Ejemplos:
 El número atómico (Z) del nuevo núcleo aumenta una unidad
 El Número de neutrones (N) del nuevo núcleo disminuye en una unidad
 El número de masa (A) del nuevo núcleo se mantiene.
En este proceso
Es la emisión de un electrón negativo desde el núcleo atómico como resultado de la
transformación de un neutrón en un protón y en un electrón negativo.
El protón queda en el núcleo atómico y el electrón sale fuera del núcleo y se
denomina partícula beta negativo.
Modos de Decaimiento Radiactivo

13. Consiste en la emisión de radiación electromagnética (fotones) desde núcleo atómico.
g

 X
X A
Z
A
Z *
Decaimiento Gamma (g):
Tanto el número atómico (Z) como el número de masa (A) no cambia, es decir el elemento
químico mantiene su identidad (no hay transformación)
En este proceso:
En la mayoría de los decaimientos alfa y beta, el nuevo núcleo queda en un estado
energético excitado, por lo que para lograr la estabilidad nuclear, lo hacen
emitiendo radiactividad gamma
Nota:
Ejemplos:
Modos de Decaimiento Radiactivo

14. Resumen de los diferentes modos de decaimiento Radiactivo

15.  El decaimiento radiactivo es el proceso de desintegración nuclear
espontáneo que sufren ciertos elementos radiactivos.
 El decaimiento radiactivo es de tipo probabilístico, por el cual los
núcleos inestables «decaen» en otros que pueden ser estables o
inestables emitiendo partículas alfa, beta o solamente energía
(radiación electromagnética).
 Es imposible predecir el momento en que un núcleo va a decaer, pero
si se puede predecir la probabilidad del decaimiento en un intervalo de
tiempo, para ello se toma muestras de las sustancias radiactivas y se
observa (mide) la cantidad de sustancia antes y después de un
determinado tiempo.
Características del decaimiento Radiactivo

16. Poder de transmisión de la radiactividad alfa,
beta, gamma y neutrones
Además del tipo de radiactividad, el poder de transmisión depende también de la energía
de las ondas y/o partículas, y de la densidad del material con el cual interacciona.

17. Esquemas de Decaimiento Radiactivo
 El 137Cs decae por emisión b- en dos
vías con probabilidades de 94.6 % y
5.4 %.
 Periodo: 30.17 años
 Nucleído hijo: 137mBa (estado
metaestable)
 El 137mBa por emisión gamma decaen
a 137Ba estable, con energía de 661.5
keV con probabilidad de 85.1 %.
Decaimiento del 137Cs
Cs
137
55
b- , 94.6 %,
512 keV max
)
(
137
56 estable
Ba
Ba
m
137
56
T1/2 = 30.17 años
b- , 5.4 %,
1174 keV max
2.55 min
661.5 keV
Conversión
interna
Se presenta el esquema de decaimiento radiactivo para fuentes de 137Cs y
60Co.

18.  El 60Co decae por emisión b-, T1/2 = 5.26 años
 Nucleído hijo: 60*Ni (estado excitado)
Decaimiento del 60Co.
 Este 60*Ni por emisión gamma decae en 60Ni (estable)
Esquemas de Decaimiento Radiactivo

19. Encapsulado de una fuente radiactiva de uso industrial
 (A) Contenedor de fuente (suele ser de
plomo)
 (B) Anillo de retención
 (C) Fuente radiactiva
 (D) Encapsulado (acero inoxidable)
 (E) Dos tapas (acero inoxidable)
~
5
cm
~ 5 cm
 (F) Blindaje de protección interna
(uranio empobrecido o una aleación de
tungsteno)
 (G) Material radiactivo (60Co, 137Cs)

20. Ley del Decaimiento Radiactivo
El decaimiento radiactivo sigue una ley exponencial decreciente y es independiente del
medio externo (temperatura, presión, composición química), y solo depende del tiempo, el
cual es característica de cada elemento radiactivo.
El tiempo en el cual un material
radiactivo decae a la mitad de su valor
inicial, se denomina periodo (T1/2). A
este periodo de tiempo también suele
denominarse vida media.
El periodo y la probabilidad de
decaimiento están relacionado por la
siguiente expresión matemática.
Porcentaje
de
radioisótopos
remanentes
T1/2 (puede ser segundos, minutos, horas, días, años)

21. Tabla 1. Periodo de algunos radionúclidos y sus aplicaciones
Radionúclido T1/2 Origen Usos
99mTc 6 horas Artificial Médico
153Sm 46.3 h Artificial Médico
131I 8 días Artificial Médico e industrial
192Ir 74.2 días Artificial Médico e industrial
60Co 5.26 años Artificial Médico e industrial
137Cs 30.17 años Artificial Industrial
241Am 432.6 años Artificial Industrial
238U 4.49 x 109 años Natural (99.28 %) Fisión nuclear
235U 7.10 x 108 años Natural (0.71 %) Fisión nuclear
14C 5300 años Natural (0.117 %) Datación de fósiles

22. La actividad radiactiva es la tasa de decaimiento (rapidez) con cual un
elemento radiactivo esta decayendo; es decir la cantidad de transformaciones
que están ocurriendo en un determinado tiempo.
1 Ci = 3,7 x 1010 Bq (37 GBq)
También se usa el Curie ( Ci), cuya
equivalencia es:
Actividad Radiactiva
La unidad de actividad es el Bequerel (Bq), definido
como una desintegración por segundo. Bq = [1 desint/s]
Unidad de
Actividad:
Prefijo Símbolo Factor de
multiplicación
Tera T 1012
Giga G 109
Mega M 106
Kilo k 103
Mili m 10-3
Unidad
Símbolo
Factor de
multiplicación
TBq 37 Ci
GBq 37 mCi
MBq 37 mCi
kBq 37 nCi
mCi 37 MBq
Tabla 2. Factores de conversión

23. Ejercicios de conversión de unidades de actividad
20 Ci = 20 (3.7 x 1010 Bq)
20 Ci = 74 x 1010 Bq
20 Ci = 740 x 109 Bq
20 Ci = 740 GBq
Ejercicio 1: Expresar 20 Ci en GBq.
1 Ci = 3,7 x 1010 Bq
Ejercicio 2: Expresar 20 mCi en MBq. 20 mCi = 20 (10-3)(3.7 x 1010 Bq)
20 mCi = 74 x 107 Bq
20 mCi = 740 x 106 Bq
20 mCi = 740 MBq
1 Bq = 2,7 x 10-11 Ci
Generalmente las especificaciones técnicas de los densímetros nucleares esta
dado en GBq, por lo que resulta necesario ser expresado en Curies (Ci) o
viceversa. Los siguientes ejercicios nos serán de utilidad para hacer la
transformación de unidades.
Ejercicio 3: Expresar 20 mCi en GBq. 20 mCi = 0.740 GBq

24. 20 kCi = 20 (103)(3.7 x 1010 Bq)
20 kCi = 74 x 1013 Bq
20 kCi = 740 x 1012 Bq
20 kCi = 740 TBq
Ejercicio 4: Expresar 20 kCi en Bq.
Ejercicios de conversión de unidades de actividad
1 Ci = 3,7 x 1010 Bq 1 Bq = 2,7 x 10-11 Ci
Ejercicio 5: Expresar 370 GBq en Ci.
Ejercicio 6: Expresar 74 GBq en Ci.
370 GBq = 370 (109)(2.7 x 10-11 Ci
370 GBq = 999 x 10-2 Ci
370 GBq = 9.99 Ci
74 GBq = 74 (109)(2.7 x 10-11 Ci)
74 GBq = 199.8 x 10-2 Ci
74 GBq = 1.99 Ci

25. Ejercicio 1:
Ejercicios de calculo de actividad de una fuente radiactiva
Si en la fecha Agosto de 2022 se adquirió una fuente de Co-60 (T1/2= 5,26 años) con
una actividad de 370 GBq, se tiene la siguiente tabla de actividades en función del
tiempo.
Periodos Tiempo
decaimiento
años
Actividad
GBq
Actividad
Ci
0 0 370 10
1 5.26 185 5
2 10.52 92,5 2,5
3 15.77 46,2 1,25
4 21 23,1 0,62

26. Actividad de una fuente radiactiva al cabo de un
tiempo de decaimiento
La actividad de una fuente radiactiva A(t) de período T1/2,
para cualquier tiempo, aplicamos la formula:
Donde, A0 es la actividad inicial, y td el tiempo de decaimiento
Ejercicio 2:
Tiempo de
decaimiento (años)
Actividad
GBq
Actividad
Ci
0 370 10
1 324,3
2 284,3
4 218,4
5 191,4
Si en la fecha Agosto de 2022 se adquirió una fuente de Co-60 (T1/2= 5,26 años) con
una actividad de 370 GBq, se tiene la siguiente tabla de actividades en función del
tiempo.

27. Sección II:
Interacción de la radiación gamma
con la materia

28. Ionización
La ionización es el proceso mediante el cual los átomos o moléculas pierden
o ganan electrones, cuando sobre éste actúa un agente externo (energía)
Si la energía impartida al electrón no es suficiente para arrancarlo del átomo,
pero alcanza para que adquiera un estado de mayor energía, se dice que se ha
producido un proceso de excitación
 Si el átomo gana electrones se
convierte en un ion negativo.
 Si el átomo pierde electrones se
convierte en un ion positivo.

29. Radiación no ionizante Radiación ionizante
El conjunto de ondas electromagnéticas, caracterizado por su longitud de
onda, frecuencia y energía se conoce como espectro electromagnético.
El Espectro Electromagnético y la Radiación Ionizante
Disminuye la longitud de onda
Aumenta la frecuencia
Aumenta la energía
Aumenta la longitud de onda
Disminuye la frecuencia
Disminuye la energía
Espectro
de
referencia

30. Interacción de la radiación gamma con la materia
a) Interacción con tejido biológico (enfoque a nivel macroscópico)
Para fines de protección radiológica de debe minimizar la absorción, ello
dependerá de:
 Tempo de permanencia cerca de una fuente radiactiva
 Uso de medios de protección (blindajes)
absorción
dispersión
transmisión
deposición total de energía
Radiación gamma
deposición parcial de energía
No hay deposición de energía

31. • El fotón interactúa con un electrón
ligado y cede toda su energía para
expulsar un electrón del átomo.
• La probabilidad de que el proceso
ocurre es mayor para fotones de baja
energía.
Fotón
Incidente
Electrón expulsado
Efecto fotoeléctrico
Interacción de la radiación gamma con la materia
b) Interacción con tejido biológico (enfoque a nivel atómico)
La radiación gamma, para energía menor a 1020 keV, al interactuar con la materia, se
producen principalmente dos fenómenos físicos:
 Efecto fotoeléctrico (relacionado con la absorción)
 Dispersión Compton (relacionado con la dispersión)

32. • El fotón cede una fracción de su
energía a un electrón menos
ligado y liberándolo por completo
del átomo.
• La energía remanente del fotón
dispersado tiene la siguiente
distribución:
Electrón
expulsado
Fotón
Incidente
( Eg )
Fotón
Dispersado
( E’g )

Efecto Compton
Interacción de la radiación gamma con la materia

33. Para fines de protección radiológica de debe maximizar la absorción en el
blindaje, y depende de:
 Uso de materiales de alta densidad como blindaje (plomo, uranio
empobrecido, concreto, ladrillo sólido)
 Espesor del blindaje (a mayor espesor, mayor atenuación)
 Energía de los fotones (a mayor energía, mayor espesor del blindaje)
 Mantenerse a una distancia adecuada respecto de la fuente radiactiva.
Blindaje
absorción
disperción
transmisión
Interacción de la radiación gamma con la materia
b) Interacción con materiales no biológicos (atenuación)

34. La capa hemi-rreductora es el espesor de material capaz de atenuar el 50 % de
la intensidad de radiación. El valor depende de:
 la energía de la radiación → (a mayor energía, mayor es el HVL)
 la densidad del material → (a mayor densidad, menor es el HVL)
 La actividad de la fuente radiactiva (a mayor actividad, se requiere mayor
HVL.
Capa hemi-rreductora (HVL)
1 HVL, atenúa el 50 %
2 HVL, atenúa el 75 %
3 HVL, atenúa el 88.5 %
4 HVL, atenúa el 93.75 %
¿De cuántos HVL debo diseñar mi blindaje?
HVL (Half Value Layer)

35. Fuente Periodo
T1/2
Rad.
emitida
Energía
(keV)
Plomo
(cm)
Hierro
(cm)
Concreto
(cm)
Ir-192 72 días g 317 (83 %)
468 (48 %)
604 (8 %)
0.3 1.1 3.7
Cs-137 30.17 años g 661.5 0.9 1.4 4.4
Co-60 5.26 años g 1173,2
1332.5
1.6 2.2 6.6
Tabla 3. Valores de HVL para plomo, hierro y concreto
 Por la energía y período del 137Cs, este ofrece ventaja respecto del 60Co,
pues necesita de menor blindaje y recalibrado por tiempo de decaimiento.
 En cambio el 60Co energéticamente tiene ventajea sobre el 137Cs por que
permite aplicarlo en el control de procesos de mayor volumen por tener
mayor poder de penetración.
Comentario

36. “Año del Fortalecimiento de la Soberanía Nacional”
INSTITUTO PERUANO DE ENERGÍA NUCLEAR - IPEN
“Año del Fortalecimiento de la Soberanía Nacional”
Muchas Gracias!