Los detectores de radiación son dispositivos diseñados para medir la presencia y la intensidad de radiación ionizante, como la radiación alfa, beta, gamma y los rayos X. Estos detectores desempeñan un papel crucial en diversos campos, como la medicina, la industria nuclear, la investigación científica y la seguridad.
Existe una gran variedad de detectores de radiación, dependiendo de las características de la radiación ionizante.
Podríamos dividir estos detectores en dos grupos: detectores pasivos o retardados y detectores activos o inmediatos.
Dentro del primer grupo encontramos a las películas fotográficas, una de las primeras formas de detectar radiación; las cuales se “velan” al recibir cierta cantidad de radiación ionizante.
Ejemplo del interior de un detector o dosímetro de película fotográfica.
También forman parte de este grupo los detectores o dosímetros termoluminiscentes, TLD por sus siglas en inglés, que permiten realizar la determinación de la dosis basándose en el fenómeno de la luminiscencia. Este tipo de detectores no indican por sí solos los niveles de radiación, se requieren otros instrumentos para conocerlos.
Por otro lado, los detectores activos cuentan con la programación electrónica para proporcionar información sobre los niveles de radiactividad o la energía depositada en alguna parte de nuestro cuerpo. Dependiendo de las necesidades que se tengan, será el uso de uno u otro detector. (1)
ANTECEDENTES
Los dispositivos para detectar radiaciones ionizantes existían, desde épocas bastantes tempranas. El fenómeno de la termoluminiscencia se describió por primera vez en el siglo XVII y la fotografía nació a comienzos del siglo XIX. Sin embargo, transcurrieron muchos años antes de que, en 1895, Wilhelm Conrad Röntgen y, en 1896, Henri Becquerel abriesen las puertas de acceso a este campo científico absolutamente nuevo.
En noviembre de 1895, mientras trabajaba en un gabinete cuidadosamente oscurecido, Röntgen observó que un cartón recubierto de platinocianuro de bario emitía una luz verdosa débil y fluctuante (fluorescencia), cada vez que se producían descargas eléctricas en un tubo de Hittorf-Crookes situado cerca de la pantalla. El tubo se hallaba completamente tapado por una cubierta negra, opaca a toda luz visible.
Röntgen verificó que en el tubo se originaba un nuevo tipo de radiación que era invisible, pero que revelaba su existencia al incidir sobre la pantalla luminiscente. Posteriormente, Röntgen llevó a cabo numerosos y meticulosos experimentos en torno a esta radiación, que denominó rayos X.
Su primer avance importante lo obtuvo al sustituir la pantalla fluorescente por una placa fotográfica, ésta era sensible a los rayos X, por lo tanto, brindaba un medio para la obtención de fotografías con dichos rayos.
El 22 de diciembre de 1895, Röntgen hizo la primera fotografía con rayos X para uso médico. Muestra la mano de su mujer y marca el nacimiento de la radiografía. A partir de entonces se utilizaron principalmente placas fotográficas en los estudios de rayos X.
En el curso de sus numerosos experimentos sobre los rayos X, Röntgen observó también que el aire se volvía conductor de la electricidad cuando estos rayos lo atravesaban. Este efecto se utilizó posteriormente como principio operativo de varios tipos de detectores de radiaciones. En 1901 se otorgó a Röntgen el primer premio Nobel de Física por su descubrimiento. (2)
CÓMO FUNCIONAN LOS DETECTORES DE RADIACIÓN
Todos los tipos de detectores de radiación presentan un funcionamiento similar:
La radiación entra en el detector e interacciona con los átomos de éste. Derivada de esta interacción, la radiación cede toda o parte de su energía a los electrones ligados de estos átomos. Se libera un gran número de electrones de relativamente baja energía, que son recogidos y analizados mediante un circuito electrónico.
La elección del detector depende del tipo de radiación que se va a medir, la aplicación específica y los requisitos de precisión. Además, es importante tener en cuenta la calibración regular de estos detectores, para garantizar mediciones precisas y confiables a lo largo del tiempo.
TIPOS DE DETECTORES
Personal (dosímetro). Es un detector de radiación de iones, producida generalmente por los equipos utilizados en las labores de radiodiagnóstico u otras fuentes radiactivas. El objetivo principal del dosímetro personal es medir los niveles de radiación que reciben los técnicos que operan los equipos y los pacientes, durante los minutos en que están expuestos a este riesgo.
La dosimetría personal se debe efectuar a toda persona que, por cualquier razón, esté expuesta a una fuente radiactiva, sea abierta o sellada. De tal manera que el dosímetro personal es un elemento de protección radiológica.
El dosímetro personal se puede clasificar, de acuerdo con su tamaño y su forma de la siguiente manera:
- Pluma: por su forma y su tamaño. La lectura se hace por medio de un indicador que se mueve en una escala en una pequeña pantalla Led del dispositivo.
- Película: indica los niveles de radiación cuando una película se ennegrece con diferentes campos de filtro.
- Termoluminiscencia: en algunos cristales, los rayos X o rayos gamma producen micro cambios que se evidencia en una luz perceptible. La dosis se calcula gracias a la intensidad de la luz emitida.
- Digitales: se utilizan para el registro de la dosimetría oficial. Utilizan sensores electrónicos para medir los niveles de radiación y presenta la información en una pantalla digital.
Dosímetros de extremidades:
Sea cual sea la función o el tipo de dosímetro, siempre será posible encontrarlos como accesorios que se pueden portar en el cuerpo. Los más conocidos son los dosímetros de extremidades:
- Dosímetro de muñeca: en el antebrazo.
- Dosímetro de anillo: como un anillo en el dedo.
- Dosímetro de tobillo: para ser colocado en el tobillo.
- Dosímetro de abdomen que toma la forma de un cinturón y se lleva sobre el abdomen, como su nombre indica.
Contadores Geiger-Müller. Son de los más utilizados, eficaces para detectar partículas alfa, beta y rayos gamma. Contienen un tubo lleno de gas (generalmente argón o xenón) a baja presión, con un alambre central cargado eléctricamente y un cilindro externo. Cuando una partícula ionizante entra en el tubo, ioniza los átomos del gas, creando una corriente eléctrica que se detecta y se amplifica para producir un clic audible o una señal eléctrica. A este tipo de detectores pertenecen los modelos Teletector.
Detectores de centelleo. Utilizan materiales cristalinos o líquidos orgánicos que emiten luz (centelleo) cuando son bombardeados por partículas ionizantes. Un fotomultiplicador convierte esta luz en una señal eléctrica amplificada que se registra. Estos detectores son sensibles a una variedad de partículas y son comúnmente utilizados en medicina nuclear y en investigación científica.
Detectores de estado sólido. Emplean materiales semiconductores para medir la radiación ionizante. Cuando los electrones en el material semiconductor son excitados por la radiación, generan pares electrón-hueco que se pueden medir como una corriente eléctrica. Los detectores de estado sólido son más pequeños y pueden proporcionar mediciones precisas y rápidas.
Cámaras de ionización. Son dispositivos que miden la ionización de un gas, generalmente aire, cuando es expuesto a radiación ionizante. La corriente generada se puede medir y relacionar con la cantidad de radiación incidente. Se utilizan comúnmente en la calibración de fuentes de radiación y en aplicaciones de dosimetría.
De semiconductores basados en germanio o silicio. Son utilizados cuando se requiere una muy buena resolución de energía, especialmente para la espectroscopía gamma, así como la espectroscopía de rayos X. En la espectroscopía gamma, se prefiere el germanio debido a que su número atómico es mucho más alto que el silicio y que aumenta la probabilidad de interacción con los rayos gamma. Funcionan a muy baja temperatura, aproximadamente a menos 90 grados centígrados. Están formados por dos partes: un termo y una cápsula de vacío.
LABORATORIO DE DETECTORES DE RADIACIÓN DEL ININ
Este laboratorio perteneciente al Departamento de Soporte Tecnológico a la Industria del ININ, se estableció en 1994 y ha contado con el apoyo del Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) para adquirir la infraestructura necesaria, dar mantenimiento y reparar detectores de radiación principalmente.
Brinda capacitación a diferentes especialistas nacionales e internacionales (Latinoamérica, Asía y África) en cursos de entrenamiento teórico-prácticos en este tema, desde 1995. (4)
Ofrece los siguientes servicios:
- Reparación de detectores de radiación: gaseosos, centelleo y de semiconductor.
- Mantenimiento electrónico de instrumentación nuclear.
- Diseño de electrónica nuclear.
- Calibración de sistemas de medición de radiación.
- Reparación, mantenimiento y calibración eléctrica de dosímetros utilizados en radioterapia.
- Desarrollo de aplicaciones de instrumentación nuclear.
- Caracterización de detectores de radiación.
- Reparación de instrumentación nuclear por medio de ingeniería inversa.
El laboratorio ha desarrollado una amplia variedad de proyectos de investigación y desarrollo, que han contribuido en aplicaciones médicas, medición de rayos X, intensidad de aceleradores lineales y mejora de procesos industriales: medición de densidad, humedad y polvo. (5)
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Por: Centro de Documentación y Divulgación Científica, del ININ.
Revisión: M en C. Jaime Hernández Galeana, Encargado de Seguridad Radiológica del Reactor TRIGA Mark III, del ININ.
Referencias
- UNAM (2015) Detectores de radiación. Recuperado el 9 de febrero, 2024 de: https://ingenieria-quimica9.webnode.es/products/tipos-de-detectores-de-radiactividad-/
- Flakus, F. (1981). Detección y medición de las radiaciones ionizantes: historia sucinta. Organismo Internacional de Energía Atómica, Boletin, 23(4), 31-36. Recuperado el 9 de febrero, 2024 de: https://www.iaea.org/sites/default/files/23405043136_es.pdf
- IPRLTDA. (2023) Detectores de radiación. Recuperado el 14 de febrero, 2024 de: https://www.iprltda.cl/noticias/tipos-de-dosimetros/
- Jiménez, F. J. (2003). Detectores de Radiación. Contacto Nuclear, 30, 24-27.
- ININ (2020). Laboratorio de Detectores de Radiación. Recuperado el 9 de febrero, 2024 de: https://www.inin.gob.mx/sitios/index.cfm?codigo_opc=500000000&cve_area=LDR