Download - 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/
Otra forma de encontrar coeficientes de atenuación lineal (µ)
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
Otra forma de encontrar coeficientes de atenuación lineal (µ)
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
FACTORES UTILIZADOS EN CÁLCULO DE BLINDAJES
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.
FACTORES UTILIZADOS EN CÁLCULO DE BLINDAJES
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