A la hora de realizar las mediciones tenemos que tener en cuenta las m\u00faltiples fuentes de las que puede proceder esta radiaci\u00f3n. Como vemos en la siguiente ilustraci\u00f3n, la radiaci\u00f3n ionizante percibida en la medici\u00f3n por cualquier dispositivo vendr\u00e1 de multitud de diferentes fuentes:<\/p>\n\n\n\n Existen tres tipos principales de radiaci\u00f3n ionizante: alfa, beta y gamma. La radiaci\u00f3n alfa consiste en part\u00edculas pesadas con carga positiva que son emitidas por el n\u00facleo de elementos radiactivos; aunque es altamente ionizante, su capacidad de penetraci\u00f3n es baja y puede ser detenida por una hoja de papel o la piel. La radiaci\u00f3n beta se compone de electrones o positrones de alta velocidad y menor masa que las part\u00edculas alfa; tiene un poder de penetraci\u00f3n mayor, pero a\u00fan puede ser bloqueada por materiales como el aluminio. Por \u00faltimo, la radiaci\u00f3n gamma es una forma de radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica de alta energ\u00eda, emitida en forma de fotones. Tiene un alto poder de penetraci\u00f3n y puede atravesar materiales densos, como el plomo, aunque es menos ionizante que las otras dos. En el proyecto OpenRED, nos enfocamos en medir la radiaci\u00f3n gamma, ya que, dentro de estos tipos, es la m\u00e1s sencilla de detectar con equipos accesibles y port\u00e1tiles.<\/p>\n\n\n\n Dentro del proyecto se est\u00e1 realizando la calibraci\u00f3n de estos dispositivos (que publicaremos pr\u00f3ximamente) para certificar su sensibilidad y garantizar la repetibilidad y reproducibilidad de las mediciones. Por ello, adem\u00e1s de conocer las posibles fuentes de radiaci\u00f3n gamma que mostramos en la ilustraci\u00f3n anterior, queremos mostraros los principales aspectos t\u00e9cnicos de estos dispositivos, para que pod\u00e1is conocer los fundamentos f\u00edsicos de la medici\u00f3n de la radiaci\u00f3n y as\u00ed valorar y obtener correctamente los resultados.<\/p>\n\n\n\n La medici\u00f3n de la radiaci\u00f3n ionizante es relevante frente a la protecci\u00f3n de sus efectos, as\u00ed como para las aplicaciones beneficiosas derivadas de su uso con el debido control. Dada la importancia de cuantificar las cantidades de radiaci\u00f3n, y sus efectos biol\u00f3gicos, la unidad de medida utilizada por la mayor\u00eda de los dispositivos es el Sievert<\/em> (Sv): \u201ces la unidad de dosis de radiaci\u00f3n del Sistema Internacional de Unidades (SI) que tiene en cuenta la eficacia biol\u00f3gica relativa de las diferentes formas de radiaci\u00f3n ionizante\u201d (3). Los dispositivos que miden la radiaci\u00f3n ionizante suelen cuantificar microSievert por hora (\u03bcSv\/h). A partir de estas medidas se pueden calcular las dosis absorbidas (Gray), las dosis equivalentes y las dosis efectivas, cada una de importancia para medir el efecto de determinados tipos de radiaci\u00f3n sobre diferentes \u00f3rganos en los seres vivos. <\/p>\n\n\n\n Existen multitud de soluciones para la medici\u00f3n y detecci\u00f3n de la radiaci\u00f3n ionizante. Desde un punto de vista enfocado a la protecci\u00f3n radiol\u00f3gica y teniendo en cuenta los costes econ\u00f3micos tenemos tres grandes grupos:<\/p>\n\n\n\n En Openred se ha trabajado en un estado del arte de estos dispositivos, el cual podr\u00e1s leer en futuros art\u00edculos en esta web. Dado el enfoque del proyecto, se han seleccionado dispositivos que ofrezcan la posibilidad de realizar mediciones en tiempo real as\u00ed como la funcionalidad de subir estas mediciones directamente sobre el mapa del proyecto. Basados en esto, vamos a explicaros las principales tecnolog\u00edas que usan los dispositivos de detecci\u00f3n de radiaci\u00f3n:<\/p>\n\n\n\n Sin duda, es la tecnolog\u00eda m\u00e1s utilizada y popular para realizar las mediciones de radiaci\u00f3n. En este caso se utiliza la propiedad que tienen ciertos gases al ser ionizados bajo la aplicaci\u00f3n de un voltaje entre sus l\u00edmites, de producir electrones de modo que se produzca una conducci\u00f3n a trav\u00e9s de los l\u00edmites del tubo entre el \u00e1nodo y el c\u00e1todo. Dentro de esta categor\u00eda de detectores de gas se podr\u00edan encontrar tambi\u00e9n las c\u00e1maras de ionizaci\u00f3n y los contadores proporcionales.\u00a0<\/p>\n\n\n\n El tubo de Geiger-M\u00fcller se caracteriza por estar bajo un campo el\u00e9ctrico suficientemente alto, esto hace que cualquier ionizaci\u00f3n producida por una radiaci\u00f3n desencadene una avalancha que alcanza el l\u00edmite de multiplicaci\u00f3n, produciendo un pulso de tensi\u00f3n suficientemente alto y similar ante cualquier radiaci\u00f3n. De este modo la radiaci\u00f3n absorbida es f\u00e1cilmente medible por electr\u00f3nica y su conteo conlleva (despu\u00e9s de una calibraci\u00f3n) al valor real de radiaci\u00f3n (ya sea en CPM o en \u03bcSv\/h si se aplica factor de conversi\u00f3n). El voltaje a aplicar entre \u00e1nodo y c\u00e1todo se encontrar\u00eda en la \u00faltima curva Voltaje-ionizaci\u00f3n. A partir de este voltaje se producir\u00eda conducci\u00f3n continuamente entre \u00e1nodo y c\u00e1todo.<\/p>\n\n\n\n En la gr\u00e1fica anterior podemos diferenciar tres regiones que conllevan las tres principales tecnolog\u00edas que usan gas para medir la radiaci\u00f3n. La caracter\u00edstica principal de la regi\u00f3n Geiger-M\u00fcller es que el ratio de conteo se mantiene constante, se usan tensiones suficientemente elevadas para producir reacci\u00f3n en avalancha pero sin superar el umbral de campo el\u00e9ctrico que provocar\u00eda la reacci\u00f3n continua con lo que se producir\u00edan continuamente los pulsos. La desventaja es que al ser un ratio de conteo constante no podremos conocer el espectro de energ\u00eda que produce cada radiaci\u00f3n. Dado que con el campo el\u00e9ctrico aplicado se produce la reacci\u00f3n en avalancha que produce el pulso de tensi\u00f3n indistintamente de la magnitud energ\u00e9tica de la radiaci\u00f3n. Sin embargo, la ventaja respecto de la regi\u00f3n proporcional es la facilidad del control de tensi\u00f3n, ya que se aplica una tensi\u00f3n constante elevada en la regi\u00f3n proporcional variable, con la consecuente dificultad para el dise\u00f1o del convertidor y conseguir esta tensi\u00f3n variable totalmente controlada.<\/p>\n\n\n\n Mientras que en la regi\u00f3n proporcional cada ionizaci\u00f3n genera un electr\u00f3n libre que conlleva la llamada avalancha de Townsend, en la regi\u00f3n Geiger-M\u00fcller el campo el\u00e9ctrico aplicado es suficientemente alto para que esta primera avalancha individual genere en cascada una segunda avalancha en una distinta regi\u00f3n del tubo. Esta segunda avalancha se produce a consecuencia de las ionizaciones secundarias producidas y genera mol\u00e9culas de gas excitadas que vuelven a su estado original mediante la emisi\u00f3n de fotones cuya longitud de onda puede estar en el rango visible o el ultravioleta. Este fot\u00f3n energizado puede ser absorbido en otra regi\u00f3n por otro electr\u00f3n d\u00e9bilmente unido que genere otro electr\u00f3n libre y en consecuencia produce otra avalancha de Townsend. Al ser esto una reacci\u00f3n en cadena en distintas regiones del tubo de gas se produce un pulso suficientemente alto de voltaje para ser medido sin dificultad, pero alcanzando siempre ese nivel de saturaci\u00f3n que no permite distinguir el nivel energ\u00e9tico de la ionizaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n Los gases utilizados en la mayor\u00eda de tubos Geiger-M\u00fcller son el Helio, el Ne\u00f3n o el Arg\u00f3n a baja presi\u00f3n. Estos dispositivos pueden medir radiaci\u00f3n alfa y beta adem\u00e1s de gamma. Para ello se les debe a\u00f1adir una fina y delicada pel\u00edcula, en la mayor\u00eda de casos de mica, en uno de sus extremos. De modo que permita el paso de estas part\u00edculas, de mayor rango radiactivo pero menor penetrabilidad que la radiaci\u00f3n gamma.<\/p>\n\n\n\n Con todo esto podemos resolver que las principales ventajas y desventajas de estos Tubos de Geiger-M\u00fcller son:<\/p>\n\n\n\n Se trata de otra de las principales tecnolog\u00edas utilizadas para la medici\u00f3n de la radiaci\u00f3n. En este caso se trata de cristales basados en materiales que al ser golpeados por radiaci\u00f3n emiten un haz de luz. Este comportamiento permite a trav\u00e9s de la correspondiente electr\u00f3nica medir este haz de luz de un rango muy d\u00e9bil. De modo que a partir de un pulso de luz que es le\u00eddo por un fotoc\u00e1todo el cual lo transforma en un pulso de corriente m\u00ednima que, mediante un tubo fotomultiplicador consigue convertirse en un pulso de corriente dependiente energ\u00e9ticamente de la radiaci\u00f3n recibida. Dadas sus caracter\u00edsticas y al ser un cristal en estado s\u00f3lido podemos entender que estos cristales medir\u00e1n la radiaci\u00f3n gamma, pero encontrar\u00e1n dificultades para la medici\u00f3n de radiaciones alfa y beta.\u00a0<\/p>\n\n\n\n A continuaci\u00f3n vamos a mostraros la estructura de un detector de centelleo usando tecnolog\u00eda centelleador+tubo fotomultiplicador (PMT):<\/p>\n\n\n\n En el cristal centelleador se produce un destello de luz al recibir una radiaci\u00f3n gamma. Este haz de luz es transformado por un fotoc\u00e1todo en un haz de electrones, el cual tiene una amplitud muy d\u00e9bil. A trav\u00e9s de los dinodos, los cuales est\u00e1n bajo una diferencia de voltaje que permite la amplificaci\u00f3n del pulso de electrones, se amplifica esta se\u00f1al llegando al \u00e1nodo un pulso de corriente suficiente para realizar la medici\u00f3n de la radiaci\u00f3n y resolver su espectro energ\u00e9tico. Actualmente y gracias al continuo desarrollo de la electr\u00f3nica, podemos encontrar fotodiodos de suficiente calidad que nos permiten sustituir estos fotomultiplicadores. Obteniendo dispositivos compactos y ligeros sin necesidad de fuentes tan estables y precisas como las necesarias en un PMT. Por lo tanto, las dos partes fundamentales del detector centelleador ser\u00edan:<\/p>\n\n\n\n El propio fundamento f\u00edsico del detector centelleador+fotomultiplicador nos lleva a comprender sus principales ventajas y desventajas:<\/p>\n\n\n\n Como en cualquier otro campo de medici\u00f3n, la electr\u00f3nica y el uso de semiconductores aportan una soluci\u00f3n que abre multitud de posibilidades a partir del desarrollo continuo de los semiconductores. Existen diferentes semiconductores ya sean diodos, fotodiodos, transistores que, a partir del diferente dopaje del semiconductor en cada una de sus capas, consiguen detectar la radiaci\u00f3n y convertirla en un pulso el\u00e9ctrico medible. Dos de los materiales m\u00e1s ampliamente utilizados en estos semiconductores son el silicio y el germanio, pero existen multitud de materiales y arquitecturas para la detecci\u00f3n de la radiaci\u00f3n a trav\u00e9s de semiconductores. Como ejemplo de las posibilidades que nos ofrecen los semiconductores en este campo tenemos el desarrollo que ha llevado el CERN durante m\u00e1s de dos d\u00e9cadas de los llamados Detectores de Pixel H\u00edbridos que usan tecnolog\u00eda CMOS pero de modo que, la electr\u00f3nica que permite leer la radiaci\u00f3n recogida por cada p\u00edxel, ya est\u00e1 integrada en un semiconductor. Por esto, no realiza la medici\u00f3n a trav\u00e9s de la captura de im\u00e1genes, sino pixel a pixel, permitiendo infinidad de posibilidades seg\u00fan el sensor utilizado. A continuaci\u00f3n os dejamos el enlace de Amsterdam Scientific Instruments<\/a> (10) que utiliza esta tecnolog\u00eda y nos explica su funcionamiento.<\/p>\n\n\n\n Dentro de Openred hemos estudiado el sensor detector semiconductor de c\u00e1maras CMOS de dispositivos m\u00f3viles. Es una de las \u00faltimas tecnolog\u00edas implementadas para la detecci\u00f3n de radiaci\u00f3n. Las c\u00e1maras con tecnolog\u00eda CMOS, las cuales son las m\u00e1s extendidas en los m\u00f3viles actuales, permiten captar la radiaci\u00f3n a trav\u00e9s del tratamiento de las im\u00e1genes capturadas. La tecnolog\u00eda CMOS (complementary-metal-oxide-semiconductor) lleva en el mismo sensor los transistores que permiten obtener una se\u00f1al digital, de forma contraria a los antiguos sensores CCD que convert\u00edan la luz en un voltaje que era posteriormente transformado a se\u00f1al digital. En este caso, el sensor CMOS es un fotodiodo que captura la luz con la electr\u00f3nica integrada suficiente para dar una se\u00f1al digital. <\/p>\n\n\n\n En realidad se trabajar\u00e1 siempre con matrices de sensores CMOS que permitir\u00e1n obtener las im\u00e1genes de modo que cada sensor CMOS lo podemos asimilar como un p\u00edxel (aunque en realidad esto no es as\u00ed porque algunos de los sensores pueden ser utilizados para enfocar, para tratamientos de luz, etc.). El caso es que estas c\u00e1maras CMOS al captar imagen en localizaciones con radiaci\u00f3n logran capturar esa radiaci\u00f3n en modo de imagen, apareciendo en la fotograf\u00eda o v\u00eddeo capturado peque\u00f1os destellos provocados por la radiaci\u00f3n. Existen fabricantes de dispositivos de medici\u00f3n en entornos radiactivos que utilizan esa tecnolog\u00eda para su medici\u00f3n. <\/p>\n\n\n\n En la playstore de google podemos encontrar diferentes apps enfocadas a medir la radiaci\u00f3n usando esta tecnolog\u00eda. Esta resulta una manera econ\u00f3mica de medir la radiaci\u00f3n ya que mediante el uso de nuestro dispositivo m\u00f3vil y software se consigue realizar la medici\u00f3n. La c\u00e1mara deber\u00e1 estar cubierta dado que en este caso no tiene la sensibilidad de las c\u00e1maras usadas profesionalmente para medir la radiaci\u00f3n. De este modo permitir\u00e1 obtener mayor sensibilidad de detecci\u00f3n de la radiaci\u00f3n por el software utilizado.<\/p>\n\n\n\n Valoraci\u00f3n sobre las tecnolog\u00edas estudiadas en Openred.<\/strong><\/p>\n\n\n\n Tabla comparativa entre los diferentes detectores:<\/p>\n\n\n\n![\"Fuentes](\"https:\/\/open-red.es\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/unnamed.png\")
Tecnolog\u00edas existentes para medir la radiaci\u00f3n<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
\n
![\"Tarjeta](\"https:\/\/open-red.es\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/unnamed-1-rotated.jpg\")
\n
Tecnolog\u00edas de detecci\u00f3n de radiaci\u00f3n gamma estudiadas en Openred<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
1. Tubo Geiger-M\u00fcller<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
![\"Estructura](\"https:\/\/open-red.es\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/unnamed2.png\")
![\"Curva](\"https:\/\/open-red.es\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/unnamed3.png\")
![\"\"](\"https:\/\/open-red.es\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/4.png\")
\n
\n
\n
2. Cristal centelleador (Scintillator):<\/strong> <\/h3>\n\n\n\n
![\"Esquema](\"https:\/\/open-red.es\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/5.png\")
\n
\n
![\"\"](\"https:\/\/open-red.es\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/6.png\")
\n
\n
\n
3. Detectores semiconductores o detectores de estado s\u00f3lido:<\/strong> <\/h3>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/open-red.es\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/7.png\")
\n
\n
\n
![Telescopio Fermi de la NASA<\/a><\/p>\n\n\n\nTema 6 Detecci\u00f3n y dosimetr\u00eda de la radiaci\u00f3n. Portal educativo de protecci\u00f3n radiol\u00f3gica CSN-Ciemat, https:\/\/csn.ciemat.es\/<\/a><\/p>\n\n\n\n<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Una de las herramientas m\u00e1s importantes de Openred son los dispositivos de medici\u00f3n de la radiaci\u00f3n gamma ambiental. 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