VI Jornada sobre Protección Radiológica del Paciente. Arequipa, 25 de junio de 2016

1. DOSIMETRIA DE
RADIACIONES
IONIZANTES
Por: Dr Jorge Ayala Arenas
Laboratorio de Dosimetría TLD de
la Escuela de Física
Universidad Nacional de San
Agustín de Arequipa
jayala@unsa.edu.pe

2. TEMAS
 Origen de las radiaciones
Fuentes Naturales y artificiales
de Radiaciones Ionizantes
 Interacción radiación Materia
 Efectos biológicos
 Detectores de radiación
 Dosimetría de radiaciones

3. Radiaciones
 La radiación es la propagación de
energía a través de un medio material
o del vacío. Esta energía puede viajar
transmitida en forma de ondas o viajar
como partículas.

4. Tipos de radiaciones


5. Radiaciones
 Onda electromagnetica

6. Espectro electromagnetico

7. Tipos de radiaciones
 Radiación corpuscular (partículas):
energía de electrones, protones,
neutrones, alfa, etc.)

8. Tipos de radiaciones
 Por su efecto Biológico:
 Radiaciones Ionizantes:
Radiaciones no ionizantes

9. Radiaciones
RADIACIONES
IONIZANTES
Partículas
Con masa
Alfa,
Beta,
neutrones,
otros
REM
Gamma
RX
NO
IONIZANTES
REM
UV
Visible
IR
Microondas
RF

10. Radiaciones Ionizantes
 Las radiaciones son denominadas
ionizantes cuando, al interaccionar con
la materia, producen iones, radicales o
electrones libres
 La ionización se debe, a que las
radiaciones poseen alta energía,
suficiente para quebrar las ligaciones
químicas o arrancar electrones de los
átomos después de la colisión

11. Radiaciones Ionizantes
 Las radiaciones ionizantes son
invisibles, inodoras, insipidas.
 Posen velocidades entre 103 a 108
m/s

12. Radiaciones Ionizantes
Radiación Energía
(MeV)
Velocidad
(m/s)
Alfa
Beta
Nuutron
Próton
Rayo X
Rayo gama
1
4
0,1
1
2,5 . 10-8
0,1
1
cualquiera
cualquiera
7,0 . 106
1,4 . 107
1,6 . 108
2,8 . 108
2,2, 103
1,4 . 107
1,4 . 108
3,0 . 108
3,0 . 108

13. Interacción de la Radiación
con la Materia
 Cuando alguna de las radiaciones, atraviesa
en un medio, interacciona principalmente
con los electrones atómicos del mismo, y en
cada interacción va transfiriendo parte de su
energía. La manera en que ocurre este
proceso depende del tipo de radiación
incidente, de su energía y del material sobre
el que ésta incide

14. Radiaciones Ionizantes
 Las radiaciones X y gamma, son las mas
penetrantes, dependen de su energía, pueden
atravesar varios cm del tejido humano y hasta
metros de blindaje de concreto.
 Por eso son muy utilizada para la obtención de
radiografías, control de niveles de material, etc.
 Las radiaciones beta son poco penetrantes,
dependiendo de su energía puede atravesar mm
y hasta cm en el tejido humano

15. Interacción de la Radiación
con la Materia

16. Origen de las radiaciones
ionizantes
 Rayos x
 Los rayos X son producidos por
dispositivos denominados tubos de rayos
X, que consiste de un filamento que
produce electrones que son acelerados por
una diferencia de potencial hasta el ánodo
donde colisionan. Algunos electrones son
desacelerados produciendo Rayos X por
frenamiento.

17. Rayos X

18. Origen de las radiaciones
ionizantes
 Rayos gamma
 Son emitidos por el núcleo atómico con
exceso de energía después de la
transición de protón o neutrón para un
nivel de energía de menor valor.
 Es una radiación bastante penetrante, y
de acuerdo a su energía es capaz de
penetrar grandes espesuras.

19. Rayos gamma

20. Origen de las radiaciones
ionizantes
 Radiacion beta
 Consiste de un electron negativo o
positivo, emitido por el nucleo en la
bisqueda del equilibrio, cuando el
neutron se transforma en proton o el
proton se transforma en neutron.
 Su poder de penetracion es pequeño.
Para el tejido humano, cosigue
atravesar espesuras de algunos mm

21. Aplicaciones de las
radiaciones
 Salud:
 Terapia : radioterapia, braquiterapia,
aplicadores dermatologicos,
radioisotopos
 Diagnostico:
 Radiografia , tomografia, mamografia,
mapeamento con radiofarmacos
 Industria, agricultura, etc.

22. Aplicaciones de las
radiaciones
Radioterapia: eliminar tumores malignos
utilizando rayos X o gamma
Braquiterapia: tratamiento localizado de
tumores específicos con fuentes gama
encapsuladas en tubos de acero.
Radioisótopos: medicamentos con
radioisótopos se inyecta en determinado
órgano o tejido del cuerpo humano

23. Interaccion de la radiacion
con la Materia
 Las radiaciones al interaccionar con la
materia pueden provocar excitación atómica
o molecular, ionización o activación del
núcleo
 Las radiaciones electromagnéticas ionizantes,
rayos X, gamma, debido a su carácter
ondulatorio, pueden penetrar un material
recorriendo grandes distancias, provocando
efecto fotoeléctrico , comptom, producción
de pares, etc.

24. Interacción de las radiaciones
con tejidos biológico
 La mayoría de practicas con radiaciones
ionizantes involucran fotones provenientes
de fuentes de rayos gamma o rayos x (
radiodiagnostico, radioterapia, braquiterapia,
etc.)
 Los fotones y neutrones son las radiaciones
mas penetrantes y causan daños biologicos
diferentes dependiendo de la rapidez de la
dosis, energia y tipo de irradiacion.

25. Interacción de las radiaciones
con tejidos biológico
 El proceso de ionizacion al alterar al
atomo, puede alterra la estructura de
las moleculas.
 Si la energia de excitación es mayos
que la de union entre los atomos,
puede ocurrir un quiebre de la ligacion
quimica y alterar la molecula.
 Si las moleculas alteradas componen
una celula esta puede producir radicales
libres iones y electrones

26. Interacción de las radiaciones
con tejidos biológico
 Los efectos de la radiación , dependen de
la dosis, tasa de dosis, del tipo de
radiación del tipo de célula o tejido, etc.
Puede resultar en la alteración o muerte
de la célula.
 Los daños celulares mas importantes son a
las moléculas del ADN

27. Dosis de radiacion
De lo anterior se puede concluir que, en general,
cuando la radiación(alfa. Beta o gama)
interacciona con un material, penetra y deposita
en él toda o parte de su energía inicial. La manera
en que se cuantifica esta energía es recurriendo al
concepto de dosis.
La dosis es la energía depositada en una unidad
de masa.

28. Mediciones Radiologicas
 Una manera de cuantificar el efecto de las
radiaciones es: midiendo la carga
eléctrica o iones producidos por la
ionización, la energia transferida al
material por la radiacion, la energia
absorbida por el material, luminiscencia,
calor, etc.

29. Mediciones Radiológicas
 Utilizando relaciones entre masa o
volumen, se pueden definir grandezas
radiológicas como, exposición,
kerma, dosis absorbida, que están
asociados a la cantidad de
radiación que un material fue
sometido

30. Mediciones Radiológicas
 Existen instituciones Internacionales
que norman las grandezas
radiologicas y sus respectivas
uniddaes:
 ICRP: International Commision on
Radiological protection (1928)
 ICRU: International Commission on
Radiation Units and Measurements
(1925)

31. Dosis absorbida


32. Dosis equivalente


33. Dosis Efectiva


34. Cantidades operacionales
 Los conceptos básicos de magnitudes
operacionales están descritos en el
ICRU reporte 39 y 43.
 Las magnitudes operacionales para la
protección de las radiaciones son dosis
cantidades de dosis equivalentes, definidas
ya sea para profundidad o de baja
profundidad de radiación


35. Cantidades operacionales
para monitoreo individual
 Dosis equivalente personal Hp(d):
 es la dosis equivalente en un tejido ICRU a
una profundidad d en una cuerpo humano por
debajo de la posición en la que se usa un
dosímetro individual
 Para radiación profunda d = 10mm
 Para radiación poco profunda d = 0.07mm

36. Detectores de radiación
 Son dispositivos que colocado en un medio
donde existe un campo de radiación, es
capaz de indicar su presencia.
 Un detector de radiación esta constituido
de un elemento o material sensible a la
radiación y un sistema que transforma esos
efectos en un valor relacionada a una
grandeza de medición

37. Detectores de radiación
 Detector Geiger-Muller, funciona
como un contador, detecta
partículas y radiaciones ionizantes

38. Detectores de radiación
 Cámara de ionización
 Es un dispositivo para medir radiaciones
ionizantes

39. Detectores de radiación

40. Monitores de radiación
 Monitores individuales mas usados
son:
 Películas dosimétricas,
 Dosímetros termoluminiscentes
 Dosimetros OSL

41. Cracteristicas de los
dosimetros
 Los detectores requieren obedecer ciertos
requisitos para uso en protección radiologica
en metrología de radiaciones ionizantes
 Norma IEC 731:
 Limite de detccion adecuada, precisión y
exactitud, repetitividad, linealidad,
estabilidad a corto tiempo, baja
dependencia energetica, baja dependencia
de factores ambientales, baja dependencia
con taxa de exposicion.

42. Termoluminiscencia
 Es el fenómeno por el cual un
sólido, aislante o semiconductor,
emite luz visible, cuando es
calentado. Previamente el sólido a
absorbido y almacenado energía
proveniente de la radiación
ionizante

43. Termoluminiscencia
 La intensidad de emisión de luz es
proporcional al tiempo trascurrido
desde el ultimo calentamiento de
la muestra.
Dependiendo del material, el tiempo
de trascurrido de almacenamiento
puede ser de hasta 500.000 años

44. Termoluminiscencia :
modelo de bandas

45. Diagrama TL

46. Curvas de emision TL

47. Aplicaciones de la
Termoluminiscencia
 Dosimetria personal gama
 Dosimetria ambiental
 Dosimetria clínica: medicina
 Aplicaciones a la industria
 Dataciones arqueológica y
geológicas
 Dosimetria de radiación UV

48. Datacion por TL
TL GEOLOGICA O
ARQUEOLOGICO
TL ACUMULADA
0 - TERMAL LABORATORIO
TLN

49. Dataciones arqueológicas
y geológicas
 La edad de una muestra es
determinada por:
edad
TL
TL
D
D
ac
an
ac
an
 
( )
( )

50. Termoluminiscencia :
modelo de bandas

51. Termoluminiscencia :
modelos teóricos





















 
T
T
o
o
Td
Tk
Es
kT
E
snTI expexpexp)(

2
2
1
































 
T
T
o
o
o
Td
Tk
E
exp
sn
kT
E
expsn)T(I

52. Modelos teóricos simples

53. Dosimetría de Radiaciones
ionizantes
 Todo personal que monitorea equipos
de radiaciones ionizantes, están
obligados a llevar dosimetro, de
acuerdo a las normas nacionales
(IPEN)
 Se miden con dosímetros personales
 Materiales TLD: LiF, Mg. Ti, etc
 Rango : 0.1 m Sv - 1 Sv

54. Dosimetría de Radiaciones
ionizantes
 Desarrollamos todos los
procedimientos para dar servicio
de dosimetría personal para todos
los operadores de equipos de
radiaciones ionizantes ( rayos x y
rayos gama)

55. Dosimetría de Radiaciones
ionizantes
10 100 1000
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
LiF:Mg,Ti
Respuesta/unidaddeKerma
Energia (keV)
LiF:Mg,Ti (TLD100) Respuesta
Espectral para Fotones

56. Dosimetría de Radiaciones
ionizantes
0
5000
10000
15000
20000
0 5000 10000 15000 20000
TL(nC)
H(mSv)
Función de calibración en el rango 0,1 mSv - 20 Sv, irradiado
con fotones del Cobalto 60.

57. Dosimetría de Radiaciones
ionizantes
0 100 200 300 400 500 600
0
200
400
600
800
1000H(mSv)
TL (nC)
Función de calibración en el rango 0,1 mSv - 1 Sv

58. Curvas de emisión termoluminiscente para el
LiF;Mg,Ti con diferentes dosis,
50 100 150 200 250 300 350 400
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
VII
VI
V
IV
III
II
(d)
(c)
(b)
(a)
a 2 GY
b 7 Gy
c 20 Gy
d 50 Gy
IntensidadTL(u.a)
Temperatura (
0
C)

59. Curvas de emisión TL para dosis de 20 Gy con
diferentes pre-tratamientos térmicos de 350,
400, 450, 500, y 6000C manteniendo el tiempo
de calentamiento constante en 10 min
50 100 150 200 250 300 350 400
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
x10
VII
VI
V
IV
III
II
(f)(e)
(d)
(c)
(b)
(a)
IntensidadTL(u.a)
Temperatura (
0
C)
a TL con dosis de 20 Gy.
b TL con pre-tratamiento termico 350
0
C por 10 min
c TL con pre-tratamiento termico 400
0
C por 10 min
d TL con pre-tratamiento termico 450
0
C por 10 min
e TL con pre-tratamiento termico 500
0
C por 10 min
f TL con pre-tratamiento termico 600
0
C por 10 min

60. Análisis de la altura del pico PTTL en función de
diferentes pre-tratamientos térmicos de
manteniendo constante el tiempo del pre-
calentamiento en 10min.
350 400 450 500 550 600
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
x100(b)
(a)
IntensidadPTTL(u.a)
Temperatura de pre -tratamiento termico(
0
C)
a pico V
b pico II

62. Característica IEC ISO Resultado
Homogeneidad lote 30% 30% 22%
Reproducibilidad 7.5% 7.5% 5%
Linealidad <5% <5% máx. desv. 4 %
Umbral detección 0,1 mSv 0,1 mSv 30 Sv
Residuo sobre dosis <10% 0%
Umbral después dosis
alta
0,1 mSv 40 Sv
Dependencia angular <15% <15% 1,00  0,07
Dependencia
energética
<30% <30%
30 días C.N. (A/D) 1,000,05 1,000,05 0,980,04 (A)
1,000,03 (D)
90 días C.N. (A/D) 1,000,10 1,000,10 1,020,04 (A)
1,050,04 (D)
Autoirradiación 0,1 mSv 0,1mSv 0,086 0,008 mSv

63. Dosimetros TLD

66. Cobalto -60

67. Cobalto -60

68. Fuente de Zenon

70. Medidor de Radiacion

72. Hornos

73. RADIACIONES NO IONIZANTES
 Las radiaciones no ionizantes, son
aquellas ondas electromagnéticas
que no posen suficiente energía
para provocar ionización en la
materia.

74. Espectro del Sol

75. RADIACION UV
 UV-A: varía entre 400 - 320 nm.
 UV-B: Varía entre 280 - 320 nm y es muy
peligrosa para la vida en general y, en
particular, para la salud humana. (UV
biológica) (produce cáncer de piel, melanoma,
catarata, debilitamiento del sistema
inmunológico).
 UV-C: varia entre 1 - 280nm, es en teoría la
más peligrosa para el hombre, pero
afortunadamente es absorbida totalmente por
la atmósfera.

76. RADIACION UV
 Fuentes de radiación UV
 Naturales : el SOL
 Artificiales: Lámparas: Zenón,
Mercurio, lámparas fluorescentes,
etc.

77. Efectos que produce la
UVB
 La radiación UV tiene la energía
suficiente para romper los lazos de las
moléculas del ADN (moléculas que llevan
nuestro código genético), y luego pueden
dañar a las células.

78. Efectos que produce la
UVB
 También, provocar en la piel su
envejecimiento prematuro, la aparición
de arrugas, el aumento de la
probabilidad de cáncer de piel, que es
la manifestación extrema de la acción
destructiva de la radiación solar
ultravioleta sobre esta, y en cataratas
oculares

79. INDICE DE RADIACION
ULTRAVIOLETA (IUV)

80. Radiación UV -Arequipa

81. INDICE DE RADIACION
ULTRAVIOLETA (IUV

82. Métodos de medición
Piranometros de medición UVB y UVA.
Radiometros
Espectroradiometros en toda la banda, de
UV a IR
Termohidrometros meteorológicos de muy
alta precisión.
Dosimetria por
TERMOLUMINISCENCIA PTTL

83. Termoluminiscencia por
Fototrasferencia
 Termoluminiscencia por
Fototransferencia es un fenómeno
por el cual, mediante estimulación
óptica se transfieren cargas de
trampas profundas a trampas
menos profundas, resultando la
generación de picos
termoluminiscentes en bajas
temperaturas

84. Termoluminiscencia por
Fototrasferencia
 Este fenómeno a sido observado
en algunos materiales
termoluminiscentes y a sido
sugerido como una herramienta en
dosimetría de radiaciones, en
dataciones de muestras
arqueológicas y en dosimetria de
radiación ultravioleta

85. Termoluminiscencia por
Fototrasferencia