metrología radiaciones ionizantes

7/25/2019 Metrologa Radiaciones Ionizantes

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Jornada Da de la Metrologa

20 de Mayo 2013

INTI

Margarita Sarav

C.N.E.A


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METROLOGA DE RADIACIONES IONIZANTES:

DOSIMETRA

Es bien conocido por todos las aplicaciones beneficiosas de las RI

en la medicina, industria, medioambiente, etcCalidad y seguridad son dos condiciones que deben cumplirsecuando se trabaja con RI.

Calidad: para que el uso de las radiaciones satisfaga el objetivo

propuestoSeguridad: debido a los efectos nocivos de las radiaciones se debetrabajar siguiendo normas especficas en cada caso.

Esto hace que deban medirse con la exactitud necesaria losdistintos tipos de radiaciones ionizantes en sus diversasaplicaciones. Por ello la metrologa de RI juega un papelfundamental en este campo.


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DOSIMETRA

La metrologa de RI resulta compleja por los

fenmenos que encierra y trata:diferentes tipos de radiacin (alfa, beta,

gamma, rayos X, neutrones, protones, etc)

la energa de cada tipo de radiacinlas interacciones con el medio

los tipos de deteccin

Esto que hace que los valores de incertidumbre que semanejan sean muy superiores a los de otras ramas dela metrologa


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Apl icaciones de las RI

Nivel procesos por radiacin (esterilizacin deproductos mdicos, tratamiento de alimentos, de

polmeros, etc)Nivel radioterapia (radioterapia con haces externos,braquiterapia)

Nivel diagnstico (convencional, mamografa, TC)Niveles radioproteccin (con haces externos,dosimetra personal, contaminacin superficial)

Nivel ambiental (ambiental gamma, sustanciasradiactivas en el medioambiente)

Nivel medicina nuclear (radionucledos usados enel diagnstico y en terapia)


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Apl icaciones de las RI

Dentro de cada aplicacin se pueden empleardiferentes tipos de radiaciones (partculas, rayos X,radiacin gamma,etc) y diferentes rangos de energapara cada tipo

Cada rea maneja distintas magnitudes:radiomtricas, dosimtricas, de radioproteccin, deactividad de un radionucleido y sus asociadas.


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DOSIMETRA: NIVEL RADIOTERAPIA

La magnitud que se usa es la Dosis absorbida, D (Gy)El cncer es un problema de cuidado de salud muy significativo;aproximadamente el 50% de los pacientes con cncer son tratdoscon radioterapia en alguna etapa del tratamiento.

La radioterapia usa tecnologa compleja que incluye radiacin demegavoltaje, la cual si no es tratada con cuidado puede conducir

a errores significatvos en el tratamiento del paceinte como astambin exposicin del personal

La Comisin Internacional de Unidades de Radiacin, ICRU, ensu Reporte 24, concluye que existe evidencia que para cierto tipo

de tumores es necesaria una exactitud de 5% en la dosis quese entrega al volumen blanco, si se piensa en la erradicacin deltumor primario. Algunos mdicos requieren lmites msestrictos, de 2%, pero en esos aos (1976) no era posible

alcanzarlos


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DOSIMETRA: NIVEL RADIOTERAPIA

An actualmente no se alcanzan esos valores en la dosisentregada al paciente de modo que se considera que el objeivo es5% para 1 desviacin estandar

El requerimiento de una exactitud 5% podra interpretarse comouna tolerancia en la desviacin entre la dosis prescriptaclnicamente y la dosis dada al volumen blanco.

Sea como fuere , en la radioterapia moderna es necesario conocercon gran exactitud la dosis entregada al volumen blanco


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DOSIMETRA

NIVEL RADIOTERAPIA EXTERNA

El medio de inters es el agua: Dw absorbida en aguaActualmente los patrones primarios desarrollados por

algunos NMI se basan en mediciones con cmara de

ionziacin o con calormetro

Cmara de IonizacinD

aire

= Q/m. (W/e)aireDw = Daire . (S/)w, aire


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DOSIMETRA

Cmara de ionizacin

El electrodo de polarizacin est conectado directamente a la fuente de tensin

El elecrodo de medicin est conectado a tierra

a travs de un electrmetro de baja impedancia

a fin de medir la corriente o carga producida en

el volumen sensitivo de la cmara.

El electrodo de guarda est a tierra y sirve

para 1) definir el volumen sensitivo de la

cmara; 2) previene la medicin de

corrientes de fuga de la cmara


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DOSIMETRA


Calorimetra: Dw

= cpT

i) calormetro de grafito: se mide el aumento detemperatura en un cuerpo trmicamente aislado deotros cuerpos que lo rodean (jackets) por medio de

gaps de vaco. Para pasar de dosis en grafito a dosisen agua deben haese correcionesii)calormetro de agua: se hace uso de la baja

difusividad trmica del agua, lo que permite medir el

aumento de temperatura diretamente en un punto enagua. La medicin es complicada debido a la prdidaconductiva de calor (o ganancia) y por el defecto decalor inducido por radilisis


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DOSIMETRA


Calorimetra:

ii)calormetro de agua:Dw = cpTPara Dw = 1 Gy T = 0,24 mK

Se hace uso de la baja difusividad trmica del agua, loque permite medir el aumento de temperaturadiretamente en un punto en agua. La medicin escomplicada debido a la prdida conductiva de calor

(o ganancia) y por el defecto de calor inducido porradilisis


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DOSIMETRA


Condiciones de calibracin de cmaras deionizacin (en cobalto 60)

Maniqu agua

Tamao del maniqu 30cmx30cmx30cmDistancia Fuente-Cmara 100 cm

Tempertura de referencia T0 200 C

Presin atmosfrica P0 101,325 kPa

Humedad relativa del aire 50%

Punto de referencia centro de la cavidad, sobre el eje


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DOSIMETRA


Cantidad de mquinas de megalvotaje en Argentina: 11780 Aceleradorles Lineales; 37 mquinas cobaltoterapiaDe los 80 AL slo 16 tienen MLC

En la figura se observa que entre los aos 2001 y 2011/2012 la

cantidad de AL instalados en el pas se ha duplicado, en tanto quela cantidad de mquinas de cobaltoterapia se ha reducido en un

43%


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DOSIMETRA RDIOTERAPIA EXTERNA

Equipo de telecobaltoterapia


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DOSIMETRA RDIOTERAPIA EXTERNA

Acelerador lineal


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Laborato rio de Calib rac in Dos imtr ica de CNEA

(CRRD). Capacidades de calibrac in

Calibracin en aire, cobalto 60


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(CRRD). Capacidades de calibracin

Calibracin en agua, cobalto 60


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NIVEL RADIOTERAPIA (externa)

ENERGA DEL COBALTO 60 (acreditado por el OAA, desdeel ao 2004)

Patrn secundario N.E. 2611 (0,6 cm3) trazable al BIPM

Se calibran aprox. 50 dosmetros por ao, en trminos dekerma en aire y de dosis en agua.

La incertidumbre de los coeficiente de calibracinobtenida en el CRRD para NKaire es 0,9% (k=2) y para Dwes 1,2% (k=2)


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(CRRD). Capacidades metrolgicas

NIVEL RADIOTERAPIA (externa)

Rayos X de energas medias (100 300 kV): terapiaconvencional

- Patrn secundario N.E. 2611 y cuatro calidades de

haces trazables al BIPM (85kV, 0.142mmCu; 130kV,0.487mmCu; 180kV,0.997mmCu; 250kV,2.495mmCu)

- Se calibran aproximadamente 5 dosmetros por

ao en trminos de kerma en aire

- La incertidumbre del coeficiente de calibracin entrminos de kerma en aire, N

Kaire

es 1,2% (k=2)


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DOSIMETRA

Radioterapia externa


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DOSIMETRA

Determinacin de la dosis en agua usando cmaras de

ionizacin calibradasa) Protocolo basado en el coeficiente de calibracin en

trminos de kerma en aire, NKaire, en un haz de60Co

Dw = MQ . NK,Co .(1-g) . km . katt . kcel . sw, air . pq

b) Protocolo basado en el coeficiente de calibracin entrminos de dosis en agua, ND,w, en un haz de

60Co

Dw = MQ . ND,w kQ, Q0

La incertidumbre de Dw es 0,9% en60Co y 1,5% para

rayos X altas energas


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(CRRD). Capacidades de calibracinNIVEL RADIOTERAPIA : BRAQUITERAPIA

- Magnitud de inters: tasa de kerma en aire de referencia,que es la tasa de kerma en aire a 1 metro de la fuenteradiactiva

- Patrn Secundario Standard Imaging modelo 1000,trazable al NIST para fuentes de 137Cs, y de 192Ir

- Capacidades de calibracin:cmara de pozo-electrmetro en energa del 137Cs,

aprox. 3 cmaras/ao

fuentes selladas (tubos) de137

Cs de baja tasa dedosis. aprox. 9 servicios totalizando 60 fuentes/aofuentes selladas de altas tasa de dosis, de 192Ir: aprox: 3

servicios/ao . SLO 6 EQUIPOS DE ALTA TASA EN ELPAS


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NIVEL RADIOTERAPIA : BRAQUITERAPIA

Cmara de pozo Patrn Secundario Standard Imagin g


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(CRRD). Capacidades de calibrac in

Nivel Radiop rotecc in: el objet ivo es contro lar losvalo res de dosis a los q ue estn expuestos lo spacientes, los trabajado res ocupacionalmenteexpuestos y el pblic o en general.

Magnitudes de inters:

Kerma en aire, Kaire , en Gy

Dosis equivalente ambiental H*, en Sv

Dosis equivalente personal HP(10), en Sv


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Nivel Radioprotecc in:

Patrn Secundario N.E. 2575 (600 cm3)

Trazable al BIPM para H*, en 137Cs y 60Co

Trazable al PTB para Kaire en137Cs , 60Co y rayos X

energas medias Serie ISO 4037


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NIVEL RADIOPROTECCINSala de cali lb racin

Irradiado r gamma dual

Hopewel l Design s137Cs y 60Co


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Laborato rio de Calib rac in Dos imtr ica de

CNEA (CRRD)

Nivel Radiopro teccin

i) Detectores de radiacin para control de reas en trminos de H*- 137Cs (662 keV) y 60Co (aprox. 1,2 MeV):150 detectores/ao, totalizando 2250 puntos de calibracin (5

puntos x 3 escalas)

Incertidumbre:

6% y

7% (k=2), respectivamenteii)Detectores de radiacin para control de reas en trminos deKaire:

37Cs y 60CoIncertidumbre 6% (k= 2)


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CNEA (CRRD). Capacidades metro lg icas

ii) Dosmetros personales de pelcula o TLD, en trminos deHP(10)137Cs (662 keV) y 60Co (aprox. 1,2 MeV)rayos X de energas medias definidas en Norma ISO 4037,Espectros de la Serie ancha (W): 45 , 57, 79, 137, y 173 keV

Aprox. 20 lotes de dosmetros pesonales/ao,totalizando 200 puntos de calibracin en unaenerga: 1000 puntos de calibracin en total (3nergas W + las 2 gammas)

Incertidumbre 5% para 137Cs y 60CoIncertidumbre 7% para rayos X Serie W


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ii) Dosmetros personales electrnicos, en trminos de HP(10)

137Cs (662 keV) y 60Co (aprox. 1,2 MeV)rayos X de energas medias definidas en Norma ISO 4037,

Espectros de la Serie ancha (W): 45 , 57, 79, 137, y 173 keV

Aprox. 20 lotes de dosmetros pesonales/ao, totalizando 200puntos de calibracin en una energa: 1000 puntos decalibracin en total (3 nergas W + las 2 gammas)

Incertidumbre 5% para 137Cs y 60CoIncertidumbre

7% para rayos X Serie W


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ii) Irradiacin calibrada dosmetros personales en trminos deKaire

137Cs (662 keV) y 60Co (aprox. 1,2 MeV)rayos X de energas medias definidas en Norma ISO 4037,

Espectros de la Serie ancha (W): 45 , 57, 79, 137, y 173 keV

Incertidumbre

5% para 137Cs y 60CoIncertidumbre

7% para rayos X Serie W


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Radiacin beta

Calibracin de dosmeros pesonalespara energas de

90

Sr +90

Y, en trminos de HP (0,07) :en ensayo

Irradiador beta Patrn SecundarioTrazable al PTB


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NIVEL RADIODIAGNSTICO

El ob jetivo es la ob tenc in de imgenes de buena calidaddism inuyendo la dos is en el paciente y trabajado res expuestos

Convencional y TC (35 - 150 kV)

Equipo de rayos X convencional Philips y Siemens 300

Diagnstico en mamografa

(20 a 50 kV)

Equipo de rayos X para

mamografa, blanco de .........


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NIVEL RADIODIAGNSTICO

El ob jetivo es la ob tenc in de imgenes de buena calidaddism inuyendo la dos is en el paciente y trabajado res expuestos

Convencional y TC (35 - 150 kV)

Equipo de rayos X convencional Philips y Siemens 300

Diagnstico en mamografa

(20 a 50 kV)

Equipo de rayos X para

mamografa, blanco de Molibdeno

L b t i d C lib i D i t i d CNEA


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(CRRD). Calidades de radiacin en radiodiagnstico

CALIDAD ORIGEN FILTRO ADICIONAL APLICACIONES

RQR Haz emergente del

equipo

Radiografa

general, dental,

fluoroscopa,mediciones en aire

RQA Haz con filtro

adicional

Al Mediciones detrs

del paciente (sobre

intensif de imagen)

RQT Haz con filtro

adicional

Cu TC, mediciones en

aire libre

RQR-M Haz emergente del

equipo

Mamografa,

mediciones en aire

libre

RQA-M Haz con filtro

adicional

Al Estudios

mamografa


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In tercomparac iones dos imtr icas1. OIEA

Dosis en agua 1 vez/ao

Coeficientes de calibracin de dosmetros para RT encobalto 60 : cada 3 aos

Kerma en aire nivel RP (137Cs y 60Co) : cada 2 aos

2. SIM

Coeficientes de calibracin de dosmetros para RT,rayos X de energas medias (2008)

3. EURAMET

Coeficientes de calibracin de dosmetros para RT encobalto 60


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(CRRD): Veri f icacin de dos is en radioterapia po r TLD

D = M * N * klineal * kfading * kenerga * ksoporteM lectura TLD

N (Gy/u de lectura) coeficiente de calibracin del sistema de TLD

klin -correccin por respuesta no lineal

kfad

correccin por fading

kengy - correccin por respuesta a energa (rayos X y electrones dealtas energas)

khold - correcin por presencia del soporte de TLD

0.97

0.98

0.99

1.00

1.01

1.02

1.03

1.04

1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 2.200 2.400 2.600

Dose /Gy

Lineal (Serie1)

Fading

y = 0.9559 + (1-.9559) * exp[-ln(2)*(t-7)/18.3]

0,92

0,94

0,96

0,98

1,00

1,02

1,04

0 50 100 150

Time (d)

R

elative

R

ead

in

g

LCtrl1

LCtrl2

Lseg

Serie4

0.995

1.000

1.005

1.010

1.015

1.020

1.025

1.030

0.450 0.500 0.550 0.600 0.650 0.700

D2010

fe

n

g

y


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(CRRD): Veri f icacin de dos is en radio terapia por TLD


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PASO 1: fotones de alta energacondiciones de referencia

10 cm

Campo: 10 x 10 cm2

SSD o SAD

TLD a 10 cm

PASO 2a: condiciones de referenciay no referencia sobre el eje

10 cm 10 cm

1. 7 x 7 cm2, 20 x 20 cm2, 7 x 20 cm2

2. cua: 10 x 10 cm2, 7 x 20 cm2

3. 10 x 10 cm2 , normal SSD


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RESULTS OF TLD AUDITS FOR RADIOTHERAPY YEAR 2010

-10,0%

-8,0%

-6,0%

-4,0%

-2,0%

0,0%

2,0%

4,0%

6,0%

8,0%

10,0%

0 10 20 30 40 50 60

PARTICIPANT

DOSEDEV

%

REF 10x10

7X7

20X20

7X20

10X10 WITH WEDGE

Lineal (Sup lim)

Lineal (Inf lim)

Resu ltado s de la veri f icacin de dosis en 50 centro s

de rad io terap ia (ao 2010)


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PASO 2b: Haces de electrones adrefsobre el eje (6-9 MeV, 10-15MeV)

dref

1. 6 x 6 cm2, normal SSD2. 10 x 10 cm2, normal SSD3. 10 x 10 cm2, diferente SSD

PASO 3: Haces de fotones en condiciones de referencia y no referencia


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PASO 3: Haces de fotones en condiciones de referencia y no referenciafuera del eje

Parte 1. Campos simtricos: chequeo de perfiles de haz usandoTLD

10 cm

5 cm5 cm

3 TLDs 1. 1 TLD: 10 x 10 cm2 sobre eje, abierto

2. 3 TLDs: 20 x 20 cm2 perfil X, abierto

3. 3 TLDs: 20 x 20 cm2 perfil Y, abierto

4. 3 TLDs: 20 x 20 cm2

perfil Y, con cua5. 1 TLD: 10 x 10 cm2 sobre eje, abierto

SSD/SAD setup 11 TLDs por haz

PASO 3: Haces de fotones en condiciones de referencia y de no referencia


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PASO 3: Haces de fotones en condiciones de referencia y de no referenciafuera del eje

Parte 2: Campos asimtricos

10 cm

5 cm5 cm

2 TLDs

1. 1 TLD: 10 x 10 cm2 sobre eje, abierto

2. 2 TLDs: asimtrico 10 x 10 cm2 corrido2.5 cm abierto

3. 2 TLDs: asimtrico 10 x 10 cm2 corrido2.5 cm con cua

4. 1 TLD: semi-bloqueado, 10 x 10 cm2abierto

5. 1 TLD: semi-bloqueado, 10 x 10 cm2con cua

6. 1 TLD: 10 x 10 cm2 sobre el eje, abierto

8 TLDs por hazSSD/SAD setup


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Campo1: Referencia Campo 2: MLC campo pequeo Campo 3: MLC Y Invertida

Campo 6: MLC Irregular

con cua

5 cm

5cm

10 cm10cm

5 cm

15cm

10cm

10 cm

5.6 cm5 cm

10 cm5cm

2.5cm

5 cm

10 cm

5cm

2.5cm

2cm

5 cm

Campo 7: Pequeo

rectangular

Campo 4: MLC Circular Campo 5: MLC Irregular

field

Verificacin dosimtrica paracampos irregulares con MLC

Paso 5 Verif icacin dos im tr ica en presenc ia de


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Paso 5: Verif icacin dos imtr ica en presenc ia deheterogeneidades u sando fantoma sl ido

15 cm

15cm 1

0cm

2 cm

2 cm

5 cm

2 cm

2 cm

2 cm

15 cm

15cm 1

0cm

2 cm

2 cm

5 cm

2 cm

2 cm

2 cm

Lung

15 cm

15cm 1

0

cm

5 cm

2 cm

2 cm

2 cm

2 cm

2 cm

Bone

Paso 6: Veri f ic acin Dos imtr ica 2D para campos


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Paso 6: Veri f ic acin Dos imtr ica 2D para campospequeos con MLC

Radiochromic film irradiation TLD irradiation

Direction of leaf

movement

Gantry

5cm

2 cm

Direction of leaf

movement

Gantry

5cm

2 cm 5cm

2 cm

Direction of leaf

movement

Gantry

5cm

2 cm

Direction of leaf

movement

Gantry

5cm

2 cm


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Tomoterapia

Acelerador lineal de 6 MV montado en unanillo que rota alrededor del pacienteque es continuamente trasladado atravs de este anillo, resultando en una

entrega helicoidal del haz de radiacin.Utiliza un colimador de 64 lminas parala realizacin de radioterapia conintensidad modulada (IMRT).

Los detectores de la tomografacomputarizada (CT) del gantry opuestoal acelerador lineal permite la obtencinde imgenes de megavoltage para larealizacin de radioterapia guiada porimgenes (IGRT). La planificacin detratamiento se consigue con un sistemade planificacin inversa (TomoTherapyInc., Madison, WI).


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Equipode telecobaltoterapia


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Gamma Kn i fe


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Tendencias actuales

- En el nivel RT los Laboratorios Primarios de los NMI

han comenzado a brindar los coeficientes decalibracin de los patrones secundarios en hacesde fotones y electrones de altas energas

- Sera conveniente que los Laboratorios Secundarios

se equipen con AL para brindar a los usuarios lacalibracin de dosmetros para RT en un rangoconveniente de altas energas

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