calculo_blindajes

FUNDAMENTOS Y OBJETIVOS DE LA PROTECCIÓN RADIOLÓGICA II

Curso de Protección Radiológica en aplicaciones industriales

H E R N Á N O L A Y A D Á V I L A

CALCULO DE BLINDAJES

CÁLCULO DE BLINDAJES

Principios:

1. Justificación

2. Optimización

3. Establecimiento de límites de dosis

Justificación

Ninguna práctica con radiaciones ionizantes debe ser

autorizada sino tiene un BENEFICIO NETO a la sociedad

Si existe una tecnología que no utilice RADIACIONES

ionizantes y que tenga la misma EFECTIVIDAD no se

debe autorizar.

Optimización

1. Tiempos laborales con el uso de radiaciones

ionizantes

2. Sistemas de seguridad radiológica:

protecciones personalizadas, infraestructura

tecnológica y blindajes

3. Reducción de parámetros que contribuyen a

la reducción de los campos de radiación

Blindajes para la radiación gamma y equis

𝐼𝑜 =𝐴 . Γ

𝐷𝐹𝐷2

𝐼𝑜 =𝐾𝑇 . 𝐹 𝑘𝑉𝑝 . 𝑖

𝐷𝐹𝐷2

𝐼 = 𝐵. 𝐼𝑜𝑒−𝜇𝑥

𝜇 depende del

material y la energía

B : FACTOR BUILD-UP

B> 1

Haz

primario

Haces

secundarios

Haz

primario

B = 1

Coeficiente de atenuación lineal (µ) para haces monoenergéticos

Ejemplos:

RADIONÚCLIDO

Tungsteno

Aleación

µ (cm-1)

Plomo

µ (cm-1)

Fibrocemento

µ (cm-1)

Aluminio

µ (cm-1)

Drywall

µ (cm-1)

99mTc 26,86

23,10 0,270

0.372 0.336

131I 4,37

2,72 0,180

0.265 0.239

67Ga

9,80 17,50 0,287 0.306 0.297

201Tl

12,45 ---- 0,298 0,363 0,306

DENSIDAD (g/cm3)

17,11 11,34 1,80 2,70 2,33

En algunos radionucleidos se toma la energía efectiva

Calculo experimental del coeficiente de atenuación

Concepto CHR : Capa hemirreductora

Espesor de material interpuesto que reduce el campo de radiación a

la mitad. 𝐼𝑜

2= 𝐼𝑜𝑒−𝜇𝑥1/2

Donde x1/2 es el espesor necesario para blindar a la mitad

Simplificando y aplicando logaritmo natural a ambos lados queda:

µ = ln 2

x1/2 (cm-1)

Otra forma de encontrar coeficientes de atenuación lineal (µ)

Coeficiente de atenuación másico (µ)

µ = µ

(cm2/g)

Conociendo la energía del radionucleido emisor o la energía efectiva del

espectro de rayos X y conociendo la densidad el material que se va a

interponer. Se consulta en tablas de algunos libros de Física Radiológica o

en la pagina http://www.nist.gov/physlab/data/xcom/


Se escoge el material

que se quiere utilizar

como blindaje:

- Elemento : p.ej. Fe,

Pb, Al, Cu, etc.

- Compuesto : p.ej.

- H2O, CH3, SiO2, etc.

Por ejemplo: Se va a utilizar plomo para blindar la radiación

gamma de una fuente de 60Co.

La energía efectiva es 1.25 MeV


Para efectos de blindaje se puede tomar la columna de coeficientes de

Atenuación másicos totales y se interpola el valor de energía a 1.25 MeV

µ = 5.325 x 10-2 cm2/g µ = 5.325 x 10-2 cm2/g x 11.34 g/cm3

µ = 0.604 cm-1

CASO PRÁCTICO

Sea una fuente radiactiva de 60Co con una actividad a la fecha de 10Ci, se

desea blindarla de tal forma que a una distancia de 1m llegue a una tasa

de dosis de 50 µSv/h. Se cuentan con varias láminas de plomo que cada

una reduce a la mitad el campo de radiación.

¿ Cuál es el espesor de las láminas y cuantas de necesitan ??

x1/2 =

ln 2

µ = 1.15 cm

dHo/dt =10 𝐶𝑖 𝑥 11.57 𝑚𝑆𝑣.𝑚2/ℎ𝐶𝑖

1𝑚2 = 115.7 mSv/h

La tasa de dosis SIN BLINDAJE es:

𝑥 = −1

µ𝑙𝑛

𝑑𝐻/𝑑𝑡

𝑑𝐻𝑜/𝑑𝑡 = 12.82 cm

N = 12.82 cm / 1.15cm = 11.15

CALCULO DE BLINDAJES

- Los tipos de materiales y los respectivos espesores utilizados para blindar

la radiación deben ser lo suficientemente efectivos para reducir los niveles de

radiación a valores aceptables.

>> No es práctico blindar la radiación a valores del orden del fondo de

radiación natural >> sobrepeso, volumen, sobrecostos ,….

- Para los cálculos es necesario contar con el tipo de personal que esta

junto a las fuentes radiactivas, su permanencia en los lugares de interés

y la forma con que incide el haz sobre la zona.

- Se realizan sobre instalaciones donde se realizan prácticas con

material radiactivo : laboratorios de investigación, aplicaciones médicas

y aplicaciones industriales

CARACTERISTICAS DE RADIONUCLIDOS

EMPLEADOS RADIONÚCLIDO

ACTIVIDAD

(mCi)

CONSTANTE

GAMMA

(mSvm2/hmCi)

ENERGÍA

GAMMA

(keV)

99mTc

150 H1 = 6.0 x 10-4 140

60Co 200 H2 = 1,15 x 10-2

1250

131I

56 H3 = 2,3 x 10-3 364

67Ga

80 H4 = 5,63 x 10-4 184

201Tl 25 H5 = 4,6 x 10-4 167

Los valores mostrados son solamente con fines académicos

CONDICIONES DE MÁXIMOS NIVELES DE RADIACIÓN

EN LA INSTALACIÓN

Lugar de trabajo Radionucleido Actividad max. Semanal

(Ci)

Dosificadora (Robot)

99mTc 50,0

Equipo empastillado

131I 21,0

Tanque

almacenamiento

99mTc, 67Ga, 201Tl 15,0 – 0,015 -0,004

Almacenamiento

temporal

99mTc 1,5

Control calidad

137Cs, 60Co, 99mTc 0,1 - 0,2 - 0,3

Exclusas

99mTc, 67Ga 2,0 – 0,015

Residuos radiactivos

99mTc, 131I, 67Ga -------

Cabina dosificación

99mTc, 67Ga, 201Tl 63,0 - 0.060 – 0,004

Los valores mostrados son solamente con fines académicos

FACTORES UTILIZADOS EN CÁLCULO DE BLINDAJES

a. Factor de uso (U)

Es la fracción de tiempo efectivo de irradiación durante el cual el haz de radiación

está dirigido hacia el punto de interés. Si la fuente de radiación emite de manera

isotrópica se pueden tomar los siguientes valores recomendados:

Pisos = 1

Paredes = 1

Techo = 1/4

Radiación dispersa = 1/2

b. Factor ocupacional (T)

Es la fracción de tiempo efectivo de irradiación durante el cual un individuo

permanece en la zona o punto de interés. Se deben diferenciar la exposición

ocupacional de la del público.

Exposición ocupacional se recomienda tomar el valor 1. En el caso de público, se

tienen las siguientes recomendaciones:

Pasillos = 1

Laboratorio = 1/2

Oficinas y áreas administrativas = 1/16

Baños áreas externas, puerta de entrada = 1/16


c. Relación de transmisión (k)

Esta dado por la relación: k = dH/dt / dHo/dt

Donde dH/dt es la tasa de dosis equivalente con blindaje y dHo/dt es la

tasa de dosis equivalente sin blindaje (medidas en aire). El factor de

trasmisión depende del radionúclido, del material blindante y del espesor.

d. Tiempo efectivo de irradiación (t)

Es el tiempo durante el cual la fuente radiactiva se encuentra

efectivamente irradiando. Para comodidad en los cálculos se

recomienda que este tiempo se lleve a un período semanal.

El tiempo se calcula de acuerdo a la siguiente expresión:

t[h/sem] = τ [min/pac] x N [pac/día] x n [días/sem] x1/60 [h/min]

e- Rendimiento

Es la tasa de dosis equivalente en la zona central del haz útil a una distancia

de 1 m de la fuente, por lo tanto sus unidades serán R [Sv m2/h]. Para

obtener la tasa de dosis a una distancia dada se divide el valor del

rendimiento por el cuadrado de dicha distancia.


f. Carga de trabajo (W)

Se define como: W = R t

Por lo tanto, sus unidades serán Gy m2/sem.

g. Nivel de referencia de diseño

Es el valor de la tasa de dosis equivalente que se establece para un individuo

que ocupará la zona de interés. Es siempre una fracción del límite de dosis. Se

puede adoptar para el caso de personal expuesto P= 6,0 mSv/a = 0,12

mSv/sem, mientras que para miembros del público P = 0,2 mSv/a = 4 x 10-3

mSv/sem.

EJEMPLO SENCILLO DE UN CÁLCULO DE BLINDAJES

Trabajador ocupacionalmente expuesto y un haz colimado de 60Co

dirigido hacia la pared de su oficina

El trabajador permanece 20 horas a la semana en su oficina

La actividad de la fuente es de 10 Ci

El blindaje consiste en un muro de 15cm de fibrocemento en

sanduche con dos laminas de 3mm de plomo

EJEMPLO SENCILLO DE UN CÁLCULO DE

BLINDAJES

El Rendimiento sería:

R = ΓH x A , Donde ΓH = 1.15 x 10-2 mSv.m2/ h.mCi correspondiente

al 60Co

R = 115 mSv.m2/ h

La carga de trabajo W sería:

W = R.t = 115 mSv .m2 /h x 20 h/sem

W = 2300 mSv .m2 /sem

El factor de tipo de trabajador P, sería:

P = 0,12 mSv/sem por ser Trabajador Ocupacionalmente Expuesto

T=1 Debido a que es una zona exclusiva del trabajador

ocupacionalmente expuesto

EJEMPLO SENCILLO DE UN CÁLCULO DE

BLINDAJES

U=1 Por ser un haz dirigido hacia la pared

El factor de transmisión teórico kt que mínimo debe cumplir el

blindaje de la pared es igual a:

kt = P x d2 / W.U.T Donde d es la distancia promedio entre las

fuentes radiactivas y el trabajador

kt = (0,12 mSv/sem x 25 m2 ) / (2300 mSv .m2 / sem )

kt = 1,30 x 10-3 = 0,130 %

El factor de transmisión real kr o efectivo del blindaje sería:

kr = B. e-[µ1

x1

+ µ2

x2

]

El haz es colimado B=1

EJEMPLO SENCILLO DE UN CÁLCULO DE BLINDAJES

kr = B. e-[0.604 cm-1 x 0.6 + 0.054 cm-1 x 15 cm)

kr = 0,309

CONCLUSIÓN : El blindaje NO es adecuado y debe interponerse

más material

calculo_blindajes

Documents