Nociones de Blindaje
En Protección Radiológica se entiende por “Blindaje” a todo objeto que se interpone entre una fuente radiactiva y un individuo con el fin de rebajar convenientemente las tasas de dosis absorbida recibidas por éste. El blindaje produce absorción y dispersión de las radiaciones y, por tanto, una atenuación de las mismas. Los procesos físicos involucrados en la interacción de la radiación con los blindajes son complejos y para abordar su cálculo no es posible aplicar una formulación analítica directa. Las radiaciones van perdiendo energía en los procesos de interacción y con ello su propia forma de actuar se va modificando.
Por otro lado, la dispersión hace que los cuantos de radiación cambien de dirección constantemente. En consecuencia, las formulaciones empleadas en los cálculos suelen ser empíricas o semiempíricas y muchos de los parámetros empleados proceden de determinaciones experimentales. Los especialistas en el cálculo de blindajes han desarrollado códigos de cálculo muy elaborados. Para ello han hecho uso de diferentes procedimientos físicos y matemáticos. Dos de los métodos más empleados son el de Monte Carlo y el de la Teoría del Transporte.
En el primero se simula a nivel microscópico el comportamiento individual de los cuantos de radiación con los átomos o con los núcleos del material de blindaje, interacción a interacción, teniendo en cuenta la aleatoriedad propia de estos procesos. Después de considerar muchos casos individuales se efectúan balances estadísticos y se obtienen resultados globales.
En el segundo se expresa el comportamiento del sistema mediante un sistema de ecuaciones diferenciales que tienen en cuenta todos los fenómenos atómicos y nucleares desencadenados al interaccionar las partículas y radiaciones con el material del blindaje. El margen total de energía se subdivide en grupos, se plantea una ecuación diferencial para cada grupo, se relacionan entre sí las ecuaciones y se establecen las condiciones temporales y de contorno correspondientes.
En ambos casos se emplean librerías de datos nucleares muy completas. Dependiendo del tipo de fuente radiactiva y de su forma de utilización existen blindajes con muchas formas geométricas, materiales constitutivos y tamaños. Desde un pequeño contenedor de mano para trasladar una ampolla con un radiofármaco, hasta un edificio completo para albergar un acelerador con todas sus dependencias, pasando por las paredes de una instalación de radiodiagnóstico. En todos los supuestos de cálculo, y con independencia de las formas y geometrías de los blindajes, siempre predomina en estos la dimensión medida en la dirección determinada por la fuente y el individuo objeto de la protección que es el espesor o grueso del blindaje.
Las radiaciones que intervienen en las aplicaciones sanitarias o industriales ordinarias son:
1) Partículas ionizantes del tipo alfa y beta
2) Radiaciones gamma y X
3) Neutrones.
Las partículas alfa y beta no suelen ofrecer problemas a la hora de ser blindadas, por la delgadez de los materiales necesaria para ello; en consecuencia no requieren de procesos de cálculo especiales. Los neutrones, a pesar de su gran poder de penetración en la materia, no aparecen ordinariamente en los procesos nucleares que se desarrollan en las aplicaciones médicas o técnicas, solo intervienen en casos muy especiales por lo que suelen encontrarse al margen de lo que se entiende por un procedimiento general de cálculo de blindajes. Cuando se habla genéricamente de Cálculo de Blindajes, por tanto, se suele hacer alusión a los blindajes frente a la radiación gamma y los rayos X [1].
Las exposiciones médicas son la fuente de exposición más significativa de radiación ionizante para la población en general y el campo de aplicación más importante es el diagnóstico con rayos X, que supera ampliamente el riesgo asociado por el beneficio obtenido (IAEA, 2007).
En la radiografía para diagnóstico no es común que se lleve un control dosimétrico del paciente debido que no es frecuente que se hagan muchas tomas y a que el beneficio obtenido es superior al riesgo. Los profesionales involucrados en las exposiciones médicas deben estar familiarizados con las dosis típicas de los diferentes exámenes y los métodos de reducción de dosis; su práctica debe regirse por el paradigma ALARA, para abatir los niveles de dosis del personal y el paciente a valores tan bajos como razonablemente sea posible.
Como ejemplo a continuación presentamos un trabajo sobre el cálculo de blindaje en el Hospital de Salud Mental de Calera en el estado de Zacatecas, México.
Se procedió a calcular la capacidad de cada muro para desempeñarse como barrera primaria o secundaria, tal y como se define en el NCRP 151 (NCRP, 2005). A partir de la ubicación y las condiciones en torno a la sala se definieron dos tipos de áreas, la controlada o restringida y la libre. También, por el tiempo en que cada área es ocupada por personas se les asignó un factor de ocupación. Los valores permisibles tras las barreras dependen del tipo de área, si se trata de un área controlada la tasa semanal de dosis equivalente, Hw, es de 1.0 mSv/semana, si el área es no controlada entonces sólo se permiten 0.1 mSv/semana.
Cálculo para la barrera primaria
La barrera primaria es aquella donde incide directamente el haz de rayos X. Para poder calcular el espesor de la barrera primaria, se evaluó la transmisión mediante la ec. 1
Donde, B es la Trasmisión, Hw es la Tasa semanal de la dosis equivalente, d es la distancia del blanco del tubo de rayos X al punto a proteger tras la barrera, W es la Carga de trabajo, U es el Factor de uso de la barrera y representa la fracción de tiempo en que el haz de rayos X estará sobre este muro y T es Factor de ocupación del área a proteger, representa la fracción de tiempo que en esa área habrá personas.
Cálculo de la barrera secundaria
La barrera secundaria es aquella donde llega la radiación dispersada y la radiación de fuga. La radiación de fuga es aquella que se escapa del cabezal del equipo de rayos X y la radiación dispersa es aquella que es dispersada por el paciente. Para calcular el espesor de la barrera secundaria se obtuvo, con la ec. 2, la transmisión de la barrera secundaria
B es la Trasmisión de la radiación dispersada, Hw es la Tasa semanal de la dosis equivalente, ds es la Distancia del blanco al paciente, dp es la Distancia del paciente al punto a proteger, W es la Carga de trabajo, T es el Factor de ocupación del área a proteger, a es el Factor de dispersión a un metro del paciente cuyo valor es 0.002 y F es el Área que ilumina al paciente.
Cálculo de la radiación de fuga
El factor de transmisión para la radiación de fuga se obtuvo con la ec. 3.
Donde el valor máximo de la carga, Q, depende de la diferencia de potencial del equipo, así para un equipo operando a 125 kVp la carga máxima es 200 mA-min/h. Una vez obtenidos los factores de transmisión para cada barrera, el número de capas hemireductoras necesarias para asegurar el factor de transmisión se obtiene mediante la ec. 4.
Cada material se caracteriza por el valor del espesor hemireductor, que depende de la energía de la radiación y la densidad del material, así conociendo la cantidad de capas hemireductoras y el material de los muros se obtiene el espesor necesario. En la figura 2 se muestra el factor de transmisión en función del espesor de concreto para rayos X producidos por equipos operados a diferentes voltajes.
A continuación en la tabla 1 se presentan los resultados obtenidos de los diferentes espesores tanto de la barrera primaria como de la barrera secundaria [2].
[1]htpps://csn.ciemat.es/MDCSN/recursos/ficheros_md/ /1799379897_1572009113343.pdf
[2] https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/43//009/43009445.pdf
