ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZOESCUELA DE FISICA Y MATEMTICA CARRERA DE BIOFISICA DOSIMETRIA DE RADIACIONES TEMA

CMARAS DE IONIZACION

POR: CRISTIAN VACACELA

RIOBAMBA-ECUADOR

INDICE1. INTRODUCCIN----------------------------------------------

-------------------------------2. CMARAS

DE IONIZACIN LIBRE----------------------------------------

DE

AIRE

3. CMARAS

DE IONIZACIN CAVIDAD------------------------------------------DE LA CARGA CORRIENTE----------------------------Y DE

DE

4. MEDICIONES

LA

5. SATURACIN DE LAS CMARAS DE IONIZACIN Y

RECOMBINACIN INICA-----------------------------------------------------------------------------------------6. IONIZACIN, EXCITACIN Y ENERGA PROMEDIO

REQUERIDA PARA GENERAR UN PAR INICO-------------------------------------------------------------

OBJETIVODescribir las principales caractersticas de los diferentes tipos de cmaras de ionizacin. Donde una cmara de ionizacin es un dispositivo usado en la deteccin o medicin de la radiacin ionizante (Rayos X, radiacin Gamma, partculas alfa y beta).

1. INTRODUCCINUna cmara de ionizacin es un instrumento construido para medir el nmero de iones dentro de una vasija lleno de gas entre dos placas de metal conductoras (o dos electrodos planos paralelos o cilndricos coaxiales) separadas por un hueco, pudiendo ser una la propia pared del recipiente. Se aplica un voltaje (llamado corriente de calibracin) entre ambas placas, lo que limpia los electrones de forma que el dispositivo no se sature. Cuando el gas entre los electrodos se ioniza por algn motivo, por ejemplo rayos X o emisiones radiactivas, los iones se mueven hacia los electrodos de signo opuesto, creando as una corriente de ionizacin, que puede ser medida por un galvanmetro o un electrmetro. Las cmaras de ionizacin se usan ampliamente en la industria nuclear, pues proporcionan un valor proporcional a la dosis recibida y tienen una vida til mayor que los tubos Geiger estndar. Las cmaras de ionizacin se usan en medicina nuclear para determinar la actividad exacta de los tratamientos radiactivos teraputicos. Un tubo detector de radiaciones Geiger-Muller est compuesto por un tubo metlico cilndrico, con un electrodo en forma de varilla en su centro y aislado de l, que sale fuera del mismo por un extremo. El otro extremo del cilindro est cerrado con el mismo material, o en algunos casos por una lmina de mica. El extremo de la varilla que queda dentro suele llevar una pequea bola de cristal, para evitar descargas en forma de corona cuando la

tensin a la que se le lleva para funcionar, es del orden de 500 Voltios. El conjunto est rellenado de una mezcla de gases a baja presin, que cuando llega una partcula radioactiva provoca una avalancha de electrones entre la varilla y el cuerpo (varilla + y cuerpo -). Este gas suele llevar un componente halgeno para que la descarga se autoextinga y el tubo est dispuesto a recibir otra partcula. Los tubos que son cerrados de metal detectan las partculas Gamma, y los que tienen la ventana de mica pueden detectar tambin las partculas alfa y beta que no pueden traspasar el metal.

FUNCIONAMIENTO Cuando la radiacin entra por la ventana delgada del detector el gas se ioniza y se empiezan a generar iones que se mueven hacia los electrodos del signo opuesto, creando as una corriente de ionizacin, que puede ser medida por un galvanmetro o un electrmetro.

2. CMARAS DE IONIZACIN DE AIRE LIBRELas de cmaras de ionizacin del aire libre, aunque rara vez se ven menos en los laboratorios de investigacin o medicin, sirven para experimental demostrar el concepto de la exposicin, CPE, y cmaras inicas absolutas. A. DISEOS CONVENCIONALES La cmara puede usarse para determinar la dosis absorbida en aire o la exposicin cuando se calibra frente a una cmara de ionizacin al aire libre. La ionizacin producida dentro de la cmara es esencialmente la misma que la que podra producirse en aire en el mismo punto, en ausencia de la cmara. Para la calibracin de haces de radioterapia de rayos X con energas media superiores a 80kV y HVL de 2mm de aluminio, radiacin gamma del Cobalto 60, haces de fotones de alta energa, haces de electrones con energas superiores a los 10 MeV aproximadamente y haces teraputicos de protones y de iones pesados, se puede utilizar una cmara de ionizacin de tipo cilndrica o plano-paralela. La construccin de la cmara debe ser lo mas homognea posible, pero hay que reconocer que, por razones de orden tcnico, lo mas probable es que el electrodo central sea de un material que puede desempear un papel importante en lo que respecta a asegurar que la repuesta energtica de la cmara no vari considerablemente. En primer lugar, se tendr en cuenta el plano-tipo en paralelo, como el utilizado en la Oficina Nacional de Estndares (NBS) ya que se utiliza en la

calibracin de cmaras de ionizacin de cavidad para tubos de rayos x con potenciales de 50 a 300 kV. Una de las principales ventajas de las cmaras plano-paralelas para la disimetra en haces de electrones es la posibilidad de minimizar los efectos de perturbaciones por dispersin. Las cmaras de ionizacin planoparalelas pueden disearse de forma que muestren la fluencia de electrones incidentes a travs de la ventana frontal, siendo despreciable la contribucin de los electrones que entran a travs de las paredes laterales. Se recomienda el uso de cmaras de ionizacin plano-paralelas para todas las energas de electrones, siendo su utilizacin obligatoria para emergas inferiores a 10 MeV. En haces de fotones, nicamente son adecuados para medidas disimtricas de referencia cuando se dispone de su calibracin en trminos de dosis absorbida en agua en la calidad del usuario. Tambin son apropiadas para la disimetra de referencia de haces de protones y de iones pesados. La cmara debera estar diseada preferiblemente para su empleo en agua y su estructura debera ser lo ms homognea y equivalente posible al agua.

En cambio para una cmara de ionizacin cilndrica el usuario deber prestar atencin a si se va usar como instrumento de referencia (calibrada en un laboratorio que emplea calibraciones de haces en la instalacin del usuario) o como un instrumento de campo (calibrada internamente respecto a una cmara de referencia y normalmente utilizada para medidas de rutina). Una cmara de ionizacin cilndrica con padres de grafito tiene normalmente mejor estabilidad a largo plazo y una respuesta mas uniforme que las cmaras con paredes de plstico, sin embargo, estas ltimas son ms robustas y por consiguiente ms adecuadas para las medidas de rutina. La humedad del aire, puede afectar la respuesta de la cmara especialmente para aquellas con paredes de Nylon. Debido a que una cmara de ionizacin es un instrumento de alta precisin.

A.1 PARTCULAS CARGADAS EQUILIBRIOEl equilibrio de partculas cargadas CPE, se puede analizar en el siguiente esquema;

El volumen V es el colector que es penetrado por el haz de rayos X pasa a travs de la abertura (Ao). El volumen V es comn a ambos lados de V el cual es el volumen colector. V es el volumen del origen de los electrones secundarios, cuya ionizacin es la que se desea medir. Las dimensiones laterales de la cmara son lo suficientemente grandes para dar cabida a los electrones como e1, que se mantienen en V y por tanto producen todos sus ionizacin en el que se recogern y medir. Los electrones como e2, que se originan dentro del volumen definido de origen V, puede tener caminos que llevan su energa cintica en fuera de V ', donde el resto de ionizacin que producen no llegan al colector, pero ir a la placa de proteccin a tierra en su lugar. Esta ionizacin debe ser reemplazada por otros electrones, como el e3 que se originan en el rayo fuera del volumen V. Para los potenciales de tubo de rayos X hasta 5 MeV los electrones tienen la tendencia casi igual a avanzar y retroceder en la cmara, debido a su distribucin angular inicial, predominando el lado a la direccin del haz, y el efecto de la dispersin en el aire. En resumen, se puede decir que la distancia entre el volumen de V origen a una obstruccin en cualquier direccin debe exceder el rango de electrones, para preservar la CPE en el volumen V

2.A.2 DEFINICIN DE LA MASA DE AIRE (M), DENTRO DE LA DEFINICIN DE LA EXPOSICIN La definicin de la masa de aire, es la carga medida, la cual se divide para obtener la exposicin, se puede simplificar al notar que cada fotn que pasa a travs de la apertura de la cmara por el volumen V, a excepcin de los fotones atenuados o dispersados por el aire. Si la fluencia es 0 (fotones/ m 2 ) en la apertura del rea Ao entrarn fotones. Haciendo caso omiso de los efectos del aire, el fluencia disminuye en proporcin a la inversa del cuadrado de la distancia de la fuente, ya que el rayo procede a travs de la cmara. La exposicin en un punto (P) est determinado por la medida, que deber corregirse al alza por la atenuacin del aire que ocurren en la distancia entre P y el punto medio en P en V, si Q (c) es la carga producida en V la exposicin en el punto P estar dada en C/kg y se define as:X =l Q xl Q e = e x m LAo

Donde x es la distancia desde P a P, es el coeficiente de atenuacin del aire.

A.3 DISPERSION DE RAYOS X EN LA CAMARA En el tema anterior se trata a el coeficiente de atenuacin como parte de una haz estrecho para los rayos x que pasa a travs de l aire, esto supone que la dispersin de fotones no hace posible medir la ionizacin en la cmara. Pero este caso no es del todo estricto, como se observa en la figura:

Donde los fotones dispersados con hv1y hv2 son rayos X que salen fuera del tubo, pero por interacciones con otros tomos de aire producen electrones cada uno respectivamente, los cuales producen un exceso de ionizacin en el volumen V en cambio otros fotones no dispersados producen desde so interaccin con el tubo electrones que producen ionizacin desde la exposicin.

Otro mtodo que determina la contribucin de la ionizacin debida a la dispersin de los rayos x fue descrita por Attix y De la Vergne (1945) donde: se utilizo un tubo de materia casi equivalente al aire como la lucita.

B NUEVOS DISEOS DE CAMARAS DE AIRE LIBREB.1 CAMARAS DE AIRE LIBRE DE LONGITUD VARIABLE Estas cmaras constan de 2 cilindros telescopicos con haz de rayos que pasan por una apertura (Ao) a lo largo de sus ejes por medio de agujeros por el centro de 2 planos.

Los agujeros estn cubiertos por las ventanas de plstico para mantener a los electrones y proporcionar blindaje electrosttico para el interior del electrodo de recoleccin. El haz de rayos X pasa a travs de una abertura que se conoce como una zona de diafragma fijo, alineado con el eje de la cmara. Los iones formados en la cmara se recogen en una varilla telescpica fuera del centro de metal, segn sea necesario. La cubierta de la cmara funciona a un alto potencial y est encerrado en una caja de plomo forrado para impedir la entrada de rayos X dispersados. El dimetro de la varilla de la recoleccin se hace lo suficientemente pequeo, y su posicin lo suficientemente lejos del haz de rayos X, que slo es una prdida muy pequea de los resultados de ionizacin de electrones que se pierden.

L Si (Ao) es el area de apertura, m 2 , , es la variaciond e la longitud de la s la densidad del aire en (kg/ m 3 ), la expansion de la camara (m), y exposicin en la apertura viede definida as:

X =

Q2 Q1 xl e (1 f s + f e ) AO L

La cual viene en unidades de C/kg.

Donde x l es la distancia desde la apertura hasta el punto central fijo plano, es el coeficiente de atenuacin de haz estrecho para rayos x en aire, f(s) es la fraccin de Q2-Q1, los cuales producen dispersin en los rayos x, f(e) es la fraccin perdida debido a algunos electrones que han sido recogidos en un radio inadecuado de la cmara. LAS VENTAJAS DEL DISEO DE CMARA DE AIRE LIBRE

No dependen del CPE, ya que los electrones procedentes de V, no puede escapar del volumen de recoleccin, no hay necesidad de reemplazo de electrones.perdidos No hay necesidad de uniformidad de campo elctrico, la alineacin de la placa, o el mantenimiento del colector con respecto al potencial La masa de aire puede ser definida ms claramente, como la incertidumbre en la longitud del volumen en una cmara convencional. L se puede determinar mediante un tornillo de precisin, e incluso medir

3. CMARAS DE IONIZACIN DE CAVIDADCmaras de ionizacin de cavidad vienen en muchas variedades, pero bsicamente consiste en una envoltura slida que rodea una cavidad llena de gas en el que se establece un campo elctrico para recoger los iones formados por la radiacin. Las Cmaras de la cavidad ofrecen varias ventajas sobre las cmaras de aire libre:

Pueden ser muy compactos, incluso para el uso de alta energa, ya que el rango de los electrones secundarios en el material de la pared slida es tan grande como en la atmsfera Puede medir varios campos de radiacin direccional, mientras las cmaras de aire libre requieren haces casi monodireccionales alineados perpendicularmente al pasar a travs de la apertura Mediante la aplicacin de la teora de la cavidad, la dosis absorbida se puede determinar en cualquier material del que est hecha la pared de la cavidad Las cmaras de la cavidad son capaces de una gran variedad en diseo, para permitir mediciones de dosis de partculas cargadas y neutrones y los fotones. En cambio las cmaras de aire estn diseados exclusivamente para los rayos x, sobre todo por debajo de 300 KeV. Las cavidades de gas pueden ser diseados para ser delgada y plana para medir la dosis en la superficie de un fantoma y su variacin en funcin de la profundidad, o puede ser muy pequeo para funcionar como una sonda a la muestra de la dosis en varios puntos de un medio debido a la radiacin

La carga recogida se puede medir en tiempo real mediante la conexin de la cmara a un electrmetro, o la cmara se puede utilizar sin cables, si es un tipo de condensador cmara de cavidad

CAMARAS DE TIPO THIMBLE Pueden ser cmaras cilndricas o esfricas, tienen un volumen de 0.1 a 3 cm. cbicos, son las mas comunes. En especial las cmaras esfricas son de construccin isotpica para una mejor sensibilidad a la radiacin.

CAMARAS COMPLETAMENTE PROTEGIDAS Debido al alto voltaje usualmente que va desde 200 a 500 V, se necesario utilizar en el la pared de la cmara un aislante, ya que electrmetro esta cerca al potencial, pero este problema tambin observa en las cmaras de ionizacin de aire libre. Por lo tanto la principal funcin del aislante es proteger los componentes la cmara ante diferencia de potencial que puede daar a estos. FLUJO DE GAS El conector de gas permite que la cmara est llena de un gas distinto del aire, o con el aire puro y seco en lugar del aire presente en la atmsfera. Esta caracterstica no est presente en los primeros diseos, pero es importante para la dosimetra de neutrones, que son empleados en su forma equivalentes a tejido y otros gases especiales. ESPESOR DE PARDED DE LA CAMARA Se define as:Dg = Q w ( )g m e

ve el se de

Donde la ionizacin es producida por la carga Q en una masa m de gas, lo cual permite obtener la dosis absorbida en la cavidad, ( para el tipo de gas.w ) g son valores e

MATERIAL DE LA PARED DE LA CAMARA Est relacionado con el nmero atmico, donde la pared de la cmara debe tener una relacin con los fotones la cual es proporcionada al nmero atmico Z, que debe ser especfica para el tipo de interaccin del fotn. Para el efecto fotoelctrico la frmula de del nmero atmico Z tiene la forma:m Z = m a1 Z 1m + a 2 Z 2 + ....

Donde a1 = ( f1 Z 1 / A1 ) / ( f i Z i / Ai ) y es la fraccin de losa electrones presentes en la mezcla, Z(1) es el nuecero atmico y f(1) es la fraccin de los elementos presentes, m tiene un valor cerca de 3.5. AISLADORES Pueden ser de Polister, polietileno, y tefln los cuales son los ms excelentes aisladores elctricos para una cmara de ionizacin. Otros menos comunes puede ser de platico, lucita, Nylon. El tefln en particular es el que mas fcil se daa por la radiacin que otros, y no se puede utilizar con dosis superiores a 10^4 Gy. Tambin se utilizan aisladores orgnicos pero por la radiacin estos tienden a daarse con facilidad como el tefln, lo que puede producir dao del quipo en su mecanismo integrado.

CAMARAS DE CAVIDAD PLANA, CAMARAS DE EXTRAPOLACION Presentan grandes ventajas Pueden ser construidas con laminas delgadas o membranas de plstico por un o los 2 lados del la pared de la cmara, proporcionando una mnima atenuacin o dispersin de los electrones incidentes o los rayos X. Las capas de gas se pueden hacer muy delgadas aproximadamente de 0.5 mm. En algunos diseos el espesor de las capas de gas puede ser variables, y ajustarlos ante la necesidad. Lo que permite la extrapolacin de la ionizacin por unidad del espesor de la capa de gas. La dosis en la superficie extrapolacin. del fantoma se puede medir por

MONITOREO DE LAS CMARAS DE IONIZACIN Cuando los generadores de radiacin no son constantes con el tiempo, debido a las fluctuaciones de la lnea elctrica, se ve necesario una de cmara de monitoreo de ionizacin que puede ser empleado para permitir la normalizacin de los resultados al dividir todos las medidas de la radiacin por las correspondientes lecturas obtenidas en el monitor.

4. MEDICIONES DE LA CARGA Y DE LA CORRIENTEA. Consideraciones Generales El orden tpico de magnitud de carga o corriente para ser medido desde la cmara de ionizacin puede ser estimada desde el hecho que una exposicin de de 1 R genera una carga de 3 x 10-10 c un 1cm3 en un cuarto a una temperatura de aire y 1 atm de presin. En la mayora de casos, la corriente de iones cae en el rango de 10-6 hasta 10-14 A.

En la figura se muestra un diseo simple para una transmisin de la cmara de ionizacin. El tamao es opcional, pero el electrodo de alto voltaje debe ser ms largo en dimetro que el colector de iones, el cual al estar encendido debe cubrir el rea del haz a ser monitoreada. 1. Electrmetro: Los electrmetros pueden ser simplemente voltmetros de ultra energa. El electroscopio de hoja de oro, los que son equipados con una escala cuantitativa, lo que lo califica como un electrmetro anticipado. Los electrmetros de fibra de cuarzo son todava usados con los metros de Victoreen y en la propia lectura de las cmaras de ionizacin de bolsillo. La gran sensibilidad y la conveniencia de los contadores elctricos fueron proporcionadas por el tubo al vacio del electrmetro, muchos de los cuales estn todava en uso.

Lo ltimo en sensibilidad de electrmetros para mediciones de pequeas corrientes y cargas es logrado con un electrmetro de red de vibracin, como el modelo CAREY 31. La mayora de electrmetros modernos, sin embargo, son de tipo de amplificacin operacional de estado slido, el cual es enteramente satisfactorio para prcticamente todas las aplicaciones de las cmaras de ionizacin. Algunos como los modelos Keithley 602, tienen un contador anlogo fuera con el cual pueden ser ledos simultneamente. Como los electrmetros proporcionan una variedad de rangos de carga medida mediante varios capacitores integrados y varios rangos de corriente medidos con resistores integrados. Para una flexibilidad mxima de aplicacin esto podra ser una ventaja si los electrmetros son diseados con un chasis interno que puede ser fundamentado en un alto voltaje. Con se muestra en el esquema:

El parte frontal del panel puede ser equipado con: Una terminacin coaxial o triaxial. Una terminal triaxial Un adaptador coaxial Algunos electrmetros tienen para abastecerse una batera de poder incorporada en el chasis interno, pero esta ventaja proporciona un sobre peso. 2. Suministrador de alto voltaje: EL suministrador de poder de alto voltaje para polarizar la cmara de ionizacin deber ser capaz de proveer, con el control de panel frontal, un potencial desde 0 hasta 500 V para cmaras de cavidad,

o de 0 hasta 5000 V para cmaras de aire libre. Una buena regularizacin en contra de las fluctuaciones de lnea de voltaje es esencial, las fluctuaciones de alto voltaje inducen que la corriente fluya en el circuito interno del electrmetro 3. Precauciones Generales de operacin: 1. Rutinariamente se debe mantener cerrado el interruptor de corto circuito del electrmetro, excepto cuando se est llevando a cabo la medida, para garantizar esto no se debera dejar abierto durante cualquier accin que pueda crear transiciones electrnicas, tales como: encender el electrmetro, conectar el alto voltaje, o cargar las conexiones de cable internos. Dejar el interruptor abierto tambin es un riesgo ya que los electrones corren fuera de la escala debido a exceso de la coleccin de carga. La inestabilidad o tambin un dao pueden resultar en ambos casos. 2. Todas las partes del circuito elctrico conectados a la entrada del electrmetro deben ser bien aisladas y electrnicamente protegidas. Por ejemplo por el uso de cables coaxiales o triaxiles. La inadecuada aislacin resulta en una fuga de carga elctrica dentro o fuera del sistema, que se observa como una corriente de fondo positiva o negativa cuando la radiacin est ausente. Una inadecuada proteccin electrnica resulta en una aparente sensibilidad de los sistemas de movimiento de objetos lejanos, como por ejemplo una mano movindose alrededor de la cmara o el cable. Se este problema es observado, el cable de entrada debe ser desconectado del electrmetro y la capa de metal fundamental debe ser colocada fuera de la terminal, para verificar que el electrmetro por si mismo se estabilice con su propio interruptor de cortocircuito abierto. 3. Todos los cables del circuito de entrada deben ser de un tipo no microfnico, y no deben ser doblados, torcidos o flexionados. La manipulacin spera puede causar un gran dao y la variabilidad de corriente fondo puede persistir por horas. Los cables conectores aislados no deben ser tocados, ni soplados con el aliento ni permitir que se humedezca o ensucie. 4. Un cable a tierra de ver ser conectado en todos los casos al equipo y cables protegidos. B: Medidas de la Carga. El circuito clsico de los electrmetros para una medida de carga por un mtodo nulo, es mostrado en la siguiente figura:

a) Clsico Mtodo Nulo para medir la carga con un electrmetro (E). El potencial P is sustituido por un potencimetro estndar, S es el interruptor de cortocircuito de entrada, y C el condensador conocido sobre el cual la carga Q es colectada por el potencial P, donde Q=PC cuando E es nulo. b) Clsico Mtodo Nulo para medir la corriente con un electrmetro. Conociendo que la resisten de alto ohm R por el condensador C en el circuito. La corriente de ionizacin I pasa a travs de R, as que genera un potencial IR que es igual in magnitud al potencial P cuando E es nulo. Un lector anlogo es requerido para este mtodo de ajustes manuales. 1. Condensadores: El condensador C, sobre el cual la carga ionizante es colectada deber ser de un tipo de poliestireno dielctrico de 3 terminales de alta calidad. Para cubrir los rangos de carga usuales es muy conveniente tener por lo menos 4 condensadores (10-11, 10-9, 10-7y 10-5 F). Estos deben ser superpuestos dentro de una caja metlica con los cables de salida a travs de los conectores NBC separados. Los valores absolutos de los condensadores pueden ser calibrados alrededor de un 0.1 % mediante de puente de condensador AC de una precisin de 1000 Hz, como por ejemplo modelo 1615 General Radio, la calibracin de este est trazado bajo los estndares de un laboratorio. 2. Potencimetros estndar: La carga medida por el mtodo nulo no solo se debe conocer el valor de la capacitancia C, tambin el potencial P aplicado. Un potencimetro estndar como por ejemplo el Rubicon Model 2704 puede entregar potenciales conocidos en los rangos de 0 a 0.2 V, internamente calibrados en contra de las clulas estndar. La exactitud de los valores de marcacin y debe ser verificados en un laboratorio de normas, pero se encuentran generalmente cerca del 0,1% para el verdadero potencial. 3. Procedimiento de funcionamiento

La secuencia de pasos involucrados en la medicin de carga por el circuito mostrado, es el siguiente: 1. Seleccione el valor de C y el rango del potencimetro para dar cabida a la carga medida. Por ejemplo, si la corriente de iones estimada es de 3 x 10-10 A y un tiempo de irradiacin deseado de 1 minuto, Q 2 x l0-8 C. Esto puede ser recogida en un condensador 10-7 F de P = 0.2 V, o en 10-9 F de 20 V. 2. Hacer una irradiacin de prueba para seleccionar el ms apropiado electrmetro de sensibilidad de voltaje de escala, es decir, donde la aguja se toma por lo menos unos segundos para llegar al tope de la escala, y el potencimetro puede ajustarse manualmente para mantener la aguja cerca de la posicin nula (para las mediciones convencionales de la cmara de aire libre) o por lo menos continuamente en la escala. Este tipo operacin visual-manual no es factible con una pantalla electrmetro digital. 3. Con el interruptor S cerrado, se debe ajustar el electrmetro en cero. El circuito de entrada est ahora en un potencial fundamental, y estar de nuevo y cada vez que el electrmetro indique en una lectura nula. Fijar P en cero. 4. Con el obturador de la radiacin cerrada, el interruptor S abierto, aislando el circuito de entrada. Un ligero desplazamiento del electrmetro nulo puede ser observado debido a la separacin de las carga de los potenciales de contacto. Si esto sucede, se debe reajustar el electrmetro en cero, para cuando se vuelva a leer nulo con S abierto. La entrada se encuentra ahora en el potencial basal, aunque aislado del suelo. 5. Abierto el obturador para comenzar una irradiacin por tiempo de la cmara de ionizacin. Ajustando P continuamente para mantener la aguja sobre la escala. 6. Inmediatamente despus de que el obturador se cierra, el ajuste fino de P da una lectura exactamente nula en el electrmetro. Si la carga recogida es positiva, esto requerir aplicar un potencial P negativo para reducir la parte de C. Desde la parte superior de C debe estar en un potencial fundamental, el voltaje a travs de C, es por lo tanto igual a P, y la carga positiva almacenada en C es Q = CP (coulombs). Tenga en cuenta que desde el circuito de entrada es el mismo potencial (fundamental) al final del la exposicin como al principio, no puede haber una carga almacenada en el condensador distribuidor del circuito de entrada. En consecuencia Q debe ser toda la carga recogida en la cmara. 7. La carga de fondo debe ser medida de la misma manera por aproximadamente el mismo tiempo transcurrido con la fuente de radiacin apagada. 4. Circuito sincronizado: La siguiente variacin del mtodo anterior permite la medicin de la carga recogida en un intervalo de tiempo medido sin el uso de un

obturador. Los pasos 1 y 2 en la anterior seccin no se han modificado. 3. Con S cerrado, ajuste el electrmetro en cero para establecer la aguja algo por debajo del punto de media escala. La escala media se toma como el punto cero. Se ajusta P a cero. 4. Con el haz de radiacin ya encendida, se abre S. A medida que la aguja atraviesa la escala media, se inicia el cronmetro. Ajuste P para mantener la aguja sobre la escala. 5. Cuando la irradiacin es lo suficientemente grande lograr la precisin de tiempo deseada, el exceso de ajuste P para mover la aguja del electrmetro debajo del punto medio. Luego se detiene el cronmetro cuando la aguja vuelve a pasar el punto medio. Al igual que en el mtodo anterior, Q = CP. Aunque el circuito de entrada est ligeramente desplazado hacia el potencial fundamental cuando la aguja est en la posicin nula del punto medio, el desplazamiento es el mismo al inicio y al final, as Q es todava la carga total recogida durante el intervalo de tiempo, ninguno de ellos est atrapado en el condensador distribuidor. 5. Operacin automtica de retroalimentacin: Es evidente que sera ms conveniente, y, probablemente, ms preciso, organizar el potencimetro de manera que se ajuste automticamente para que el electrmetro de una lectura permanente y constantemente nula. Con los electrmetros modernos de alta ganancia esto se puede hacer muy fcilmente por medio de un bucle de retroalimentacin negativo que tambin elimina la necesidad de que el potencimetro externo en el circuito, como se muestra en la figura. El lazo de ganancia abierto G del amplificador operacional se puede tomar tpicamente como 105, esto quiere decir que si el potencial Pi es aplicado a la terminal negativa, un potencial positivo P0 = 105, puede aparecer simultneamente a la salida de la terminal. As que el potencial a travs del condensador C, es Pi +Po, cuando el interruptor de cortocircuito est abierto. C. Medicin de la corriente 1. Resistencias de alto mega ohmniaje: La resistencia R debe por supuesto ser grande en comparacin con la resistencia interna del potencimetro en serie, y pequeo en comparacin con la resistencia de entrada del electrmetro. Dado que estos dos lmites son generalmente por lo menos diez rdenes de magnitud de diferencia, que permiten R se selecciona simplemente para generar una cada de IR conveniente a travs de ella, cuando la corriente de entrada I pasa a travs de ella. Por ejemplo, para obtener la cada de los valores de IR entre 0,1 y 2 V a todas las corrientes que

van desde 106 hasta 1014 A se requieren los valores R desde 106 hasta 1013 . Resistencias convencionales de carbn estn disponibles en valores de hasta 108 , con valores ms altos se debe usar las resistencias llamadas "alto megaohmiaje". Estos son generalmente cerrados en vidrio o en sobres de plstico para protegerlos, y recubiertas con barniz de silicona para resistir humedad inducida por las fugas superficiales. La silicona se debe mantener limpia, y slo el metal conduce puede ser manejado. 2. Procedimiento de funcionamiento La secuencia de pasos necesarios para una medicin de la corriente son los siguientes: 1. Seleccionar el valor de R y el rango de P para dar cabida a la corriente que ha sido medida. 2. Seleccionar la escala voltaje de sensibilidad del electrmetro que proveer la ms grande escala posible leda cuando la corriente est fluyendo a travs de R y P es ajustada a cero. 3. Con el haz de radiacin apagado y P ajustado en cero, el interruptor de entrada del cortocircuito S abierto y el electrmetro ajustado en cero para dar una lectura de cero, lo que ser tomado como el punto nullo. Esto compensa cualquier corriente de fondo. 4. Encender la fuente de radiacin. Para una constante de ionizacin de corriente I, se desarrollar a travs de R, lo que resulta en una lectura del electrmetro constante. (un poco de ruido al azar pueden estar presentes en la seal, probablemente debido a la inestabilidad de la resistencia de alto megaohmio.) Ahora bien, el potencimetro se ajusta a un valor P =-IR, que trae el voltmetro de lectura de nuevo a su posicin nula de nuevo, ya que el circuito de entrada es, pues, restaurar en el mismo potencial que tena justo antes de la radiacin fue encendido. En presencia de una seal con ruido este ajuste nulo debe ser la mejor estimacin a ojo, lo que disminuye la precisin posible. 3. Operacin Automtica de Retroalimentacin: Como en el caso de la medicin de carga con una medida de condensador, la corriente con una resistencia se puede hacer automticamente a travs de un circuito de retroalimentacin. Con la corriente negativa que fluye desde la cmara de iones y por medio de R, la cada de IR es igual a Pi + Po. Debido a que R es generalmente una resistencia incorporada en el electrmetro, se requiere de calibracin in situ. Por lo general hay varias resistencias de los diferentes rdenes de magnitud que puede ser cambiado en el circuito para cambiar los intervalos y las necesidades de cada calibracin. La salida voltmetro es por lo general directamente legible en una escala calibrada en amperios en

lugar de voltios cuando se mide la corriente. Por lo tanto un mtodo conveniente de calibracin es el flujo de una corriente conocida en la entrada del electrmetro y compararlo con la lectura de corriente resultante del electrmetro. Esto requiere un fuente de corriente constante con una impedancia de salida que es muy grande comparada con R. D. Correccin Atmosfrica 1. La densidad del aire La carga o corriente recogidos de una cmara de iones en un campo determinado de la radiacin depende de la masa y el tipo de gas en la cmara. Si, como es el caso ms frecuente, el volumen de la cmara est abierto a la atmsfera ambiental y se deja que alcance la temperatura de equilibrio con su entorno, en el interior la densidad del aire se puede calcular con la siguiente ecuacin:

donde .760 es la densidad del aire seco a menos de O C y 760 torr (1 atm), con un valor de 1,2929 kg/m3 o 0.0012929 g/cm3 (note que 22 C en cuenta que torr y 760 son comnmente se utilizan como condiciones de referencia para la calibracin de las cmaras de ionizacin), T es la temperatura del agua en Celsius, p es la presin atmosfrica (torr) y P0 es la presin parcial de el vapor de agua en el aire (torr). 2. Efecto de la humedad en Para el aire seco expuesto a los rayos X u otra radiacin de baja LET, ser tomado como el siguiente valor:

La dosis absorbida en el aire seco es:

Donde

es el sttoping power colisional con respecto al flujo de electrones

carga de cualquier signo que se produce en la cavidad de aire, Densidad del aire,

V es el volumen constante de la cmara.

es la energa media pas por unidad de carga producida en el aire seco.

La ecuacin correspondiente a la dosis absorbida por el aire hmedo es idntica a esta ecuacin pero se substituye el subndice a por h. 3. Correccin atmosfrica de una exposicin calibrada en una cmara de ionizacin La calibracin de cmaras de ionizacin en trminos de exposicin de rayos X y rayos es un servicio prestado por los laboratorios de normalizacin, tales como la Oficina Nacional de Normas y los acreditados laboratorios de dosimetra de calibracin en los Estados Unidos. El factor de calibracin de la exposicin de una cmara de una calidad determinada de rayos X o rayos dado es: Donde X es el espacio libre de exposicin en el punto ocupado por el centro de la cmara, y M es la carga colectada desde la cmara como resultado de dicha exposicin, normalizada a 22 y 760 torr. 4. Relacin de la ionizacin con la dosis absorbida en una cmara de ionizacin La ionizacin Q producido en un gas est relacionada con la dosis absorbida D en el gas por:

Donde cada cantidad se refiere a un gas bajo las condiciones medidas.

5. SATURACIN DE LAS CMARAS DE IONIZACIN Y RECOMBINACIN INICAA. Carga producida vs carga recogida La dosis absorbida depositada en un gas por la radiacin ionizante es proporcional a la carga Q producida en el gas, de acuerdo con la ecuacin:

En cualquier caso prctico la carga Q 'que es recogida por el electrodo polarizado en la cmara y es medida por el circuito del electrmetro es menor que Q, debido a la recombinacin de algunos positivos y negativos iones en el gas. Una cmara de iones se dice que est saturado en la medida en que dicha recombinacin inica est ausente. Aumentar el potencial de

iones de recoleccin para aplicar a la cmara en general, disminuye la recombinacin y la aproxima asintticamente a la saturacin. No es posible aumentar el potencial aplicado de manera indefinida para eliminar la recombinacin al mismo tiempo, a consecuencia de: a) Averas elctricas de los aisladores, o b) Multiplicacin de gas, en el que los electrones libres obtener suficiente energa cintica del campo elctrico dentro de su camino libre medio de los gases para ionizar el tomo prximo que se encuentran. En consecuencia, es necesario estimar la magnitud de la deficiencia de carga Q- Q ', o de la eficiencia colectada: f = Q'/Q, y hacer una correccin para obtener la carga Q producido en una cmara de iones. Afortunadamente esto se puede hacer simplemente en la prctica en mayora de los casos, suponiendo que el volumen de la cmara d iones no contiene campos bajos de bolsillo o recombinaciones pobre como resultado de geometras pobres. B. Tipos de recombinacin 1. RECOMBINACIN INICIAL Este proceso ocurre cuando los iones formados en la misma de partculas cargadas se recombinan por lo tanto, es independiente de la dosis o la tasa de dosis, ya que el nmero de pistas que ocurren por unidad de volumen de gas no influye en la recombinacin dentro de una pista dada, a menos que la densidad de carga espacial es tan grande que la intensidad de campo elctrico se debilita, o las pistas comienzan a superponerse. La recombinacin inicial es ms probable que ocurra en zonas densamente pistas ionizado, es decir, de alto LET temas como los de las partculas. Tambin puede ser importante para las pistas de electrones en alta presin de los gases, pero es insignificante para los electrones a 1 atm o menos con la recoleccin de campos de > 100 V / cm. 2. RECOMBINACIONES GENERALES O DE VOLUMEN Esto ocurre cuando los iones de diferentes pistas encuentro uno del otro en su camino hacia los electrodos colectores. As, la cantidad de este tipo de recombinacin que se produce depende de cuntos iones se crean por unidad de volumen y por unidad de tiempo. Por consiguiente recombinacin general es dosis-dependiente de la frecuencia, ya que una mayor densidad de iones de ambos signos en movimiento ms all de uno aumenta la probabilidad de que se se recombinan.

C. Tipos de gases Un electrn libre producido en un evento ionizante puede adherirse a un gas de tomo neutro , lo que hace un in negativo. Es probable que esto suceda en los gases electronegativos , para ejemplo, 02, aire, SF6, y otros gases que contienen incluso en pequeas cantidades de O2 H2O, NH3, HCl, o halgenos. Es difcil en la prctica para tener la certeza de que el gas es suficientemente libre de impurezas no deseadas para permitir un comportamiento no electronegativo (No adjunto de electrones). Sin embargo, en forma pura, N2, C02, H2, Ar, He, el metano, etileno, BT3 y el butano son no electronegativos. En general, es mucho ms fcil para saturar una cmara de iones que contiene una gases no electronegativos . Esto se debe a la velocidad de desplazamiento de un electrn libre en condiciones normales las condiciones ambientales es 103 cm / s por V / cm, mientras que la de un ion negativo es de slo 1 cm / s por V / cm. As, los electrones libres se pueden borrar de la cmara de iones tan rpidamente que tienen pocas posibilidades de recombinarse con los iones positivos. D. Intensidad de campo elctrico vs geometra de la cmara 1. Las cmaras de Plano paralelo tienen una fuerza del campo uniforme X = P/d en todo el volumen de la cmara (despreciando los efectos de borde, que puede ser controlado por medio de electrodos de guardia). 2. Geometra de la cmara cilndrica puede ser caracterizada en trminos de a, el radio del electrodo exterior; b, el radio del electrodo interno; X (r), la intensidad del campo en el radio d r, y el P potencial aplicado, X (r) se relaciona a los dems parmetros dado por:( r ) =P r ln( a / b)

3. Cmaras de geometra esfrica: en este caso el campo de radiacin r viene dado por: P (r ) = 2 ab r ( a b)

En la figura se muestra una comparacin entre una cmara de ionizacin de plano paralelo, cilndrico y esfrico E. Tratamiento de la teora de Mie en general o de volumen recombinacin de tasa de dosis constante de un gas electronegativo como es el aire La ecuacin general para la eficiencia de carga de recoleccin de f = Q '/ Q para una tasa de dosis en un campo de radiacin continuo es: 1 f = 1 2 1+ 6 En cualquier cmara de ionizacin que contenga gas electronegativo.

=

2 d2 q a d q =m eK1 K 2 P P

m= constante del gas d= separacin de los platos q= Q/vt P= potencial aplicado = recombinacin de coeficientes e = carga de los electrones k1= movilidad de los iones positivos k2= movilidad de los iones negativos v= volumen de la cmara t= duracin de la irradiacin F. Extrapolacin para la recombinacin inicial En el caso de recombinacin volumen es insignificante y slo queda la

recombinacin inicial, la teora de Jaffe-Zanstra predice para un gas electronegativo que:1 1 c = + Q Q P

Donde c es una constante y P es el potencial aplicado G. La radiacin pulsada Boag y Current (1980) han actualizado recientemente a principios de Boag (1966), el tratamiento de la recombinacin inica para la radiacin pulsada de los gases electronegativos. Los pulsos sesupone que es corto en comparacin con el tiempo de trnsito de iones (l0-3s), y la repeticin la tasa debe ser lo suficientemente lento como para los iones pueden limpiar entre los pulsos. Boag (1986) ha discutido los problemas de superposicin de pulsos y pulsos largos. Para el caso en muchos pulsos se producen durante el tiempo de trnsito de iones, se puede aproximar mediante la continua teora de la radiacin de recombinacin inic. Si los pulsos son muy largos en comparacin con el tiempo de trnsito, la teora de la radiacin continua se aplica, obviamente, donde q es el valor actual el pulso o pulsos. En el tratamiento de Boag los pulsos cortos estn dados por:f = 1 ln(1 + u ) u

Dondeu=

/ e d 2 k1 + k 2 P Donde es la densidad de carga inicial, d es el espacio electrnico.BIBLIOGRAFIA

ATTIX HERBERT FRANK, Introduction to radiological physics radiation dosimetry. http://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1mara_de_ionizaci%C3%B3n

and

http://portalbiomedico.com/equipamiento-fisico-medico/camaras-deionizacion/camaras-de ionizacion-conceptos.html