Fundamentos de la Física Nuclear: Estructura, Radiación y Detección

Número másico A = N + Z; N = A - Z. Tres tipos de nucleidos:

• Isótopo: Mismo número de protones, distinto número de neutrones.
• Isóbaro: Mismo número másico A.
• Isótono: Mismo número de neutrones, distinta Z y A.

Equivalencia entre masa y energía: E = mc². La masa del núcleo es igual o menor que la masa de p + masa de e^-.

Radiación Electromagnética

Transferencia de energía de un campo eléctrico y otro magnético. Una forma de transportar radiación es mediante ondas. La energía que transporta un fotón es proporcional a la frecuencia de la onda asociada. A mayor longitud de onda, menor energía y menor frecuencia.

Núcleos Estables e Inestables

Núcleos estables: El número de protones y neutrones no varía con el tiempo.

Núcleos inestables: Tienden a modificar su composición mediante la emisión espontánea de algunas partículas, esto es la radioactividad. Los átomos que se comportan así son radionucleidos. La rapidez con la que se transforman es característica de cada radionucleido y viene expresada por la constante de desintegración.

Tipos de Radiaciones

Las radiaciones ionizantes constituidas por partículas cargadas (e^-, protones, partícula α) son radiaciones directamente ionizantes, ya que la ionización del medio está constituida por la propia materia. La radiación electromagnética (fotones) y la constituida por partículas neutras (neutrones) producen ionización por intermedio de otras partículas indirectamente ionizantes.

Colisiones

• Elástica: La partícula choca con el átomo cediendo parte de su energía en forma de energía cinética, no hay alteración.
• Inelástica: Ioniza o excita.
• Radiativa: La partícula se frena o se desvía cerca del núcleo sin modificar la estructura del átomo, radiación de frenado.

Interacción de la Radiación con la Materia

Efecto Fotoeléctrico

Energías bajas. Transferencia total de la energía del fotón a un electrón ligado de un átomo. El e^- sale con una energía que es la del fotón menos la de ligadura.

Efecto Compton

Energías medias. El fotón cede parte de su energía convirtiéndose en otro fotón de menor energía y desviándose de la trayectoria.

Creación de Pares

Energías altas. El fotón al acercarse a un núcleo atómico se materializa en un e^- y un positrón, solo cuando la energía es mayor de 1.022 MeV.

Detección y Medida de la Radiación

Detectores

Contadores de partículas.

Espectrómetros

Miden energía y radiación.

Cámara de Ionización

Planas o cilíndricas según electrodos. Eficiencia baja para detectar Rx y R gamma.

Contador Proporcional

Debida a la radiación externa y a la producida por la interacción de esta en su camino a los electrodos.

Contador Geiger

Hay una diferencia de potencial tan grande que llega una partícula y se produce un torrente de e^-, para niveles de radiación bajos, no suministra información sobre la radiación, y es lento (mucho tiempo muerto).

Detectores de Centelleo

Formados por una sustancia luminiscente y un fotomultiplicador.

Características de los Cristales

• El coeficiente de conversión debe ser lo más elevado posible.
• El cristal debe ser lo más transparente posible, para ajustar la longitud de onda emitida a esta banda espectral óptima. Los cristales contienen activadores.
• Espesor del cristal = al alcance máximo de las partículas.

Dosimetría

Dosímetros Personales

Para la vigilancia individual.

Dosímetros Operacionales

De lectura directa no personal.

Dosímetros de Termoluminiscencia (TLD)

Cuando el dosímetro ha sido irradiado se mide su termoluminiscencia calentándolo y registrando la luz que emite con un fotomultiplicador. No avisa en caso de irradiación, pueden ser borrados y usados de nuevo, no puede archivarse.

Dosímetros Fotográficos

Se puede registrar.

Dosímetros Operacionales de Lectura Instantánea

Se pueden configurar para que avisen.

Monitores de Exposición de Dosis

Ventana abierta = beta y gamma, ventana cerrada = solo gamma.