El documento describe el procedimiento para calibrar un espectrómetro monocanal utilizando una fuente patrón de Co 60. Se midieron 111 lecturas con un detector Geiger calibrado y el espectrómetro, y se calculó el factor de calibración para cada par de lecturas. El objetivo es obtener el factor de calibración del espectrómetro y una distribución estadística asociada con un error del ±15%.
Calibración de espectómetro monocanal para calculo de dosis (física médica)
1. Fís. Ricardo Palma Esparza fispalma@hotmail.com
1
CALIBRACIÓN DEL ESPECTRÓMETRO MONOCANAL PARA
CÁLCULO DE DOSIS
I) OBJETIVOS
Hallar el factor de calibración del espectrómetro monocanal utilizando una
fuente patrón de Co 60.
Obtener una distribución estadística asociada con la curva de distribución de
Poisson para nuestra calibración del espectrómetro monocanal con un error del
±15%.
II) FUNDAMENTO TEÓRICO
La radioterapia es el uso con fines terapéuticos de las radiaciones ionizantes. El tratamiento
de radioterapia, es un proceso que involucra una serie de procedimientos previos al
tratamiento, siendo el fin primordial entregar la dosis de radiación máxima al volumen a
tratar, y minimizar hasta donde sea razonablemente posible la dosis al tejido sano.
En radioterapia externa se han utilizado a lo largo de los años distintas fuentes de radiación.
La dosis suministrada es un parámetro dosimétrico muy importante, debido a que la tasa de
dosis varía con el equipo o máquina de tratamiento. En el caso de aceleradores lineales; no
se habla de tiempo de irradiación sino de unidades de monitor (UM); para la entrega de una
tasa de radiación al volumen a tratar el cálculo de UM, involucra muchos parámetros
dosimétricos dependiendo de la técnica a utilizar.
En la actualidad, muchos autores han dado formalismos sobre el cálculo da las UM las
cuales se han ido corrigiendo con el tiempo, ya que la dosis suministrada al tejido debe ser
las más exacta posible.
Para el cálculo de UM que son necesarias para dar una determinada dosis absorbida en un
punto para una geometría concreta, pasando de la dosis de Unidad de Monitor en
condiciones de referencia a la dosis por UM en las condiciones de tratamiento; para este
paso de las condiciones de referencia a las condiciones de tratamiento es necesario realizar
un gran número de medidas.
2. Fís. Ricardo Palma Esparza fispalma@hotmail.com
2
Las Radiaciones ionizantes son capaces de separar electrones de los átomos con los que
están en contacto; los procesos físicos consisten en la transferencia de energía. Es en donde
los tratamientos radioterápicos se basan, debido a que la energía transportada por los haces
de radiaciones ionizantes, es emitida por fuentes de radiación. Estas pueden ser isótopos
radiactivos, los que se caracterizan por un periodo de semi-desintegración (tiempo que se
necesita para que la actividad se reduzca a la mitad), como el tubo de rayos X, Co-60 y
aceleradores lineales.
Generadores De Haces De Radiación: Durante el primer cuarto de siglo se fueron iniciando
los usos clínicos de las radiaciones ionizantes. Las fuentes radiactivas ( 226
Ra, 131
I,137
Cs,...)
se comenzaron a usar en terapia, apareciendo también los primeros efectos nocivos. Los
rayos X tuvieron un uso primordial con fines diagnósticos, aunque también se emplearon en
terapia superficial y profunda según las distintas energías generadas por los tubos de
voltaje. Sin embargo, el uso de estos aparatos quedaba restringido a energías medias ( 100 –
300 KeV ) ya que la obtención de haces más energéticos, y por lo tanto más penetrantes
suponía un gran incremento en los costos sin obtener grandes diferencias en las
características de estos.
Además sabemos que el factor de calibración se obtiene:
Donde:
a1: Valor obtenido con el espectrómetro. Y A1: Valor obtenido con el Detector Geiger
calibrado.
1 1. calibraciona f A 1
1
calibracion
A
f
a
…( * )
3. Fís. Ricardo Palma Esparza fispalma@hotmail.com
3
III) MATERIALES Y EQUIPOS
Espectrómetro automático monocanal.
Detector de centelleo.
Una fuente patrón calibrada de Co 60.
Un detector Geiger Müller marca Monitor SE Internacional/inspector 6/98.
Una wincha.
Un desarmador tipo plano.
Un soporte universal.
Un cronómetro.
DESCRIPCIÓN GRÁFICA DE LOS MATERIALES
Un detector Geiger Müller marca
Monitor SE Internacional/inspector
6/98
Una fuente patrón calibrada de Co 60
4. Fís. Ricardo Palma Esparza fispalma@hotmail.com
4
Espectrómetro automático monocanal.
Detector de centelleo y un soporte
universal.
Cinta métrica
Cronómetro digital
5. Fís. Ricardo Palma Esparza fispalma@hotmail.com
5
IV) PROCEDIMIENTO
Utilizando la fuente de Co60 la cual hemos utilizado como fuente patrón y el detector
Geiger Müller marca Monitor SE Internacional/inspector 6/98 que posee un error de 0.002
mR/h y cuya fecha de calibración de este aparto fue en marzo del 2007 y estará operativo
por 5 años más se colocaran una frente a otro siguiendo el siguiente esquema:
Aquí se procederá con la toma de datos en CPM (cuentas por minuto) y representaran en la
tabla Nº 01.
Luego en el laboratorio de Física se procedió con la toma de datos:
De igual manera aquí se procederá con la toma de datos en Cpm (cuentas por minuto). En
un intervalo de tiempo T = 2.5seg. Y con un voltaje de 750V. Los datos obtenidos y
representaran en la tabla Nº 01.
Fuente radiactiva
de Co 60
Detector de
centelleo
Espectrómetro
Monocanal
d = 30cm.
Fuente de Co 60
Detector Geiger
Müller
d = 30cm.
6. Fís. Ricardo Palma Esparza fispalma@hotmail.com
6
V) TOMA DE DATOS
En primer lugar con la siguiente formula calcularemos nuestro espacio muestral:
2
2
2
s
Z
Donde:
: Espacio muestral.
Z2
: Distr. Norm. Estand. Inv. Nivel de confianza del 95 %.
s : Desviación estándar.
: Error porcentual.
Con un 20% de error obtendríamos espacio muestral = 61.466 = 65datos
Con un 15% de error obtendríamos espacio muestral = 109.272 = 109 datos
Con un 10% de error obtendríamos espacio muestral = 245.862 = 246 datos
Con un 5% de error obtendríamos espacio muestral = 983.449 = 983 datos
El muestral lo hemos tomado con un 15% de error y hemos trabajado con 111 datos.
Los datos obtenidos serán anotados en la tabla Nº 01 que muestra el número de cuentas a
distancia 30cm. Entre la fuente patrón y el detector. Respectivamente.
Tabla Nº01:
Nº DATOS
Fuente Patrón
Detector Geiger (Cmp)
Fuente Patrón
Espectrómetro (Cmp)
1 1563 1500
2 1560 1000
3 1575 1400
4 1363 1500
5 1581 1500
6 1601 1100
7 1567 1200
8 1554 1400
11. Fís. Ricardo Palma Esparza fispalma@hotmail.com
11
109 1314 1600
110 1349 1200
111 1337 1300
Geyger
x 166047 Espectrometro
x 154800
VI) CÁLCULO DEL ERROR
Con las mediciones hechas podemos obtener un valor promedio.
En primer lugar para el detector Geiger:
geygerX =
111
1 2 3 4
1
.... n
n
n
X X X X X
X
n
geygerX =
166047
111
1495.91892
geygerX = 1495.91892
Luego para el Espectrómetro de la Universidad:
espectrometroX =
111
1 2 3 4
1
.... n
n
n
X X X X X
X
n
espectrometroX =
154800
111
1394.59459
espectrometroX = 1394.59459
Además tenemos el siguiente cuadro estadístico:
PROMEDIO ( X ) DESVIACIÓN
ESTÁNDAR( σ )
MEDIANA
Detector Geiger 1495.91892 79.6445667 1495
Detector Universidad 1394.59459 225.565083 1400
17. Fís. Ricardo Palma Esparza fispalma@hotmail.com
17
Con los datos de la Tabla Nº 02; hallaremos el valor promedio de la calibración obtenida:
La cual tiene una desviación estándar de scalibración = 0.19563892
Ahora hallaremos el error absoluto y el erro porcentual de nuestro factor de conversión:
. .Desv Est
absoluto
calibracion
s
f
Es decir: 0.178absoluto
Y por lo tanto mi error relativo porcentual % 17.75447166
Por lo tanto: 17.8 %porcentual
Es decir si vemos en el espectrómetro monocanal una cifra a entonces debemos aplicar:
Valor esperado: a x (factor de calibración)
Pero este dato tiene su respectivo absoluto . Entonces multiplicamos al valor esperado
por su erro absoluto obteniendo:
Medida de referencia = Valor esperado x absoluto
Por lo tanto para obtener el valor real tendremos que aplicar:
VALOR REAL = Valor esperado – Medida de referencia
Por ejemplo observamos en el espectrómetro monocanal una cifra de 1300 cmp.
Entonces: Valor esperado = 1300 x 1.1019135 = 1432.48755
calibracionf 1.1019135
0.19563892
0.1775447165
1.1019135
18. Fís. Ricardo Palma Esparza fispalma@hotmail.com
18
Pero este dato tiene su respectivo absoluto ; entonces multiplicamos por 0.178
obteniendo: Medida de referencia = 1432.48755 x 0.178 = 254.982784
Por lo tanto para obtener el valor real tendremos que aplicar:
VALOR REAL = Valor esperado – Medida de referencia
VALOR REAL = 1432.48755 - 254.982784
VALOR REAL = 1177.50477 1178 cpm.
Ahora hallaremos las graficas de distribución de Poisson para los datos de la Tabla Nº03.
Tabla Nº 03: Tabla que muestra la distribución de Poisson para una fuente de Co 60 a una
distancia de 30 cm con un detector Geiger Müller y con un espectrómetro monocanal.
Nº de
datos
Detector Geiger
Müller
Distribución de
Poisson
Espectrómetro
Monocanal
Distribución de
Poisson
1 1563 0.00229223 1500 0.0002113
2 1560 0.00260962 1000 0
3 1575 0.00128834 1400 0.01055059
4 1363 2.4519E-05 1500 0.0002113
5 1581 0.00093328 1500 0.0002113
6 1601 0.00027046 1100 0
7 1567 0.00191108 1200 7.4132E-09
8 1554 0.00332426 1400 0.01055059
9 1540 0.00534307 1100 0
10 1573 0.00142725 1400 0.01055059
11 1548 0.00413767 1400 0.01055059
12 1550 0.00385646 1300 0.00041497
13 1564 0.00219245 1000 0
23. Fís. Ricardo Palma Esparza fispalma@hotmail.com
23
110 1349 6.2323E-06 1200 7.4132E-09
111 1337 1.7163E-06 1300 0.00041497
Gráficos de la distribución de Poisson:
Serie 1: Grafico que representa que muestra la distribución de Poisson para una
fuente de Co 60 a una distancia de 30 cm con un detector Geiger Müller.
Serie 2: Grafico que representa que muestra la distribución de Poisson para una
fuente de Co 60 a una distancia de 30 cm con un espectrómetro monocanal en el
laboratorio de Física la universidad.
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
0 500 1000 1500 2000
Frecuencia
Actividad (CPM)
Series1
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
0 500 1000 1500 2000
Frecuencia
Actividad (CPM)
Serie 2
24. Fís. Ricardo Palma Esparza fispalma@hotmail.com
24
VIII) CONCLUSIONES
Se halló el factor de calibración del espectrómetro monocanal respecto al Geiger
Müller utilizando una fuente patrón de Co 60 y es de 1.102 con un error de 17.8% y
con un nivel de confianza del 95 %.
Se obtuvo una distribución estadística asociada con la curva de distribución de
Poisson para nuestra calibración del espectrómetro monocanal con un error del
±15% y se demostró que existe demasiada dispersión entre los detectores mostrando
que el espectrómetro monocanal no se encuentra en óptimas condiciones.
IX) BIBLIOGRAFÍA
Teoría de probabilidades y aplicaciones. - H. Cramer - Aguilar – Madrid 1968.
http://www.monografias.com/trabajos41/calculo-haces-fotones/calculo-haces-
fotones.shtml
http://www.sefm.es/sefmcongreso/XVFM/ponencias/DOCUMENTOS/PosterPDF/6-
098-P.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Distribuci%C3%B3n_de_Poisson