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Capitulo 14

Capitulo 14. M.Sc Alfonso Varela M Físico Médico Gestor de la Calidad. Dosimetría con TLD. Dosimetría Termoluminiscente. M.Sc Alfonso Varela M. Proceso Termoluminiscente. Fósforos.

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  1. Capitulo 14 M.Sc Alfonso Varela M Físico Médico Gestor de la Calidad

  2. Dosimetría con TLD • Dosimetría Termoluminiscente M.Sc Alfonso Varela M

  3. Proceso Termoluminiscente Fósforos El volumen sensitivo consiste en una pequeña masa (~1-100mg ) de material dieléctrico cristalino que contiene activadores apropiados que funcionan como fósforo termoluminiscentes. M.Sc Alfonso Varela M

  4. Proceso Termoluminiscente Activadores • Trampas para los electrones o huecos (portadores análogos a los iones positivos) que poden capturar y retener los portadores de carga en un poso de potencial por largos periodos de tiempo . • Centros de luminiscencia localizados en cualquiera de las trampas, que emiten luz cuando se da la recombinación de los electrones y huecos en estos centros. M.Sc Alfonso Varela M

  5. Banda de Condução Profundidade da armadilha para o elétron Liberação do elétron por aquecimento Migração do elétron Evento de ionização por radiação Abertura da banda ~10 eV Recombinação com emissão de luz hν Banda de Valencia Profundidade da armadilha para o furo Migração do furo A B • Proceso Termoluminiscente M.Sc Alfonso Varela M

  6. MODELO TÉORICO DE RANDALL-WILLKINS PARA A TERMOLUMINESCÊNCIA M.Sc Alfonso Varela M

  7. Modelo Teorico La curva de emisión TL típica esta caracterizada por la presencia de diversos picos, cuya posición esta relacionada con la temperatura y sualtura depende de diversos factores, tales como: • Profundidad E de las trampas • Tasa de calentamiento • Intensidad de la irradiación previa a la medición • Historia térmica de la muestra, etc M.Sc Alfonso Varela M

  8. Modelo Teorico • Randall e Wilkins en 1945 describe la cinética para los portadores de carga cuando se calienta la red cristalina mediante temperatura T(K) mediante: M.Sc Alfonso Varela M

  9. Modelo Teorico • Donde: • p se la probabilidad de escape por unidad de tempo (s-1) • τ es la media de tiempo de vida en la trampa • α es llamado factor frecüência • E es la energía que representa la profundidad de la trampa (eV) • k es la constante de Boltzman (k=1,.381x10-23J K-1 = 8.62x10-5 eV K-1) M.Sc Alfonso Varela M

  10. Modelo Teorico • Si consideramos constantes los valores de k, E, y α • entonces. • Al incrementar la temperatura T la probabilidad paumenta. • Si aumentamos T linealmente entonces se llega a un máximo denominado Tm M.Sc Alfonso Varela M

  11. Modelo Teorico • Asumiendo que la intensidad de emisión de luz es proporcional a la tasa de electrones que escapan de las trampas, entonces el pico de brillo termoluminiscente (TL) se obtiene en Tm. M.Sc Alfonso Varela M

  12. Modelo Teorico Supongamos que los picos están suficientemente separados. Además uno de estos picos puede ser la sobreposición de dos picos. M.Sc Alfonso Varela M

  13. Modelo Teorico Ahora: Tm esta sociada con la tasa linear de calentamiento q (K/s) por medio de la relación teórica de Randall-Wilkins. M.Sc Alfonso Varela M

  14. Modelo Teorico Asumiendo que α = 109/s yq = 1K/s Tm = (489 K/eV) M.Sc Alfonso Varela M

  15. Modelo Teorico El máximo de brillo es directamente proporcional a la tasa de calentamiento para una dosis contante, debe permanecer contante. M.Sc Alfonso Varela M

  16. Modelo Teorico M.Sc Alfonso Varela M

  17. Estabilidad de las trampas • La calidad de estas trampas depende de la estabilidad en el tiempo y la independencia a las condiciones ambientales M.Sc Alfonso Varela M

  18. Estabilidad de las trampas • Si no son estables a temperatura ambiente: • Migración de cargas a través del cristal • Recombinación de cargas • Implicando en la sensibilidad y el formato de la curva esperada M.Sc Alfonso Varela M

  19. Estabilidad de las trampas Em el caso de (TLD-100) de LiF, el fósforo requiere de tratamiento térmico especial antes de ser utilizado para la dosimetría : 400ºC por una hora, rápidamente refrigerado, o 80ºC por 24 horas Lo que minimiza las fluctuaciones de la sensibilidad M.Sc Alfonso Varela M

  20. Estabilidad de las trampas Las trampas que requieren temperaturas entre 200-225ºC son mas estables si embargo presentan dos fenómenos. Señal infrarroja (plancha de calentamiento) Contaminación de la señal (humedad, suciedad) M.Sc Alfonso Varela M

  21. Estabilidad de las trampas Por eso se utilizan gases inertes para llenar la cámara de calentamiento (N2 y Ar) lo que permite que la energía sea liberada sin emisión de luz. M.Sc Alfonso Varela M

  22. Eficiencia intrínseca de los fósforos TLD • energia emitida como luz del TL por unidad de massa)/(dosis absorvida) medido por Lucke (1970) 0,039% para LiF (TLD-100), 0,44% para Ca2F:Mn 1,2% para CaSO4:Mn. M.Sc Alfonso Varela M

  23. Eficiencia intrínseca de los fósforos TLD Attix terminó que para LiF (TLD-100) hay una perdida de 99.96% de la energía depositada por la radiación. Por eso la importancia de la reproductibilidad en la medición para poder obtener resultados consistentes. M.Sc Alfonso Varela M

  24. Lectoras de TLD M.Sc Alfonso Varela M

  25. Lectoras de TLD M.Sc Alfonso Varela M

  26. Fósforos TLD M.Sc Alfonso Varela M

  27. Fósforos TLD • Curvas de emisión vs Tiempo M.Sc Alfonso Varela M

  28. Fósforos TLD • Área de respuesta del pico de emisión vs exposición de R – gamma de Cobalto 60 M.Sc Alfonso Varela M

  29. Formato Físico de los TLDs • Formato granulado, con granos de 75-150 μm, usualmente distribuidos volumétricamente en una capsula para la irradiación. M.Sc Alfonso Varela M

  30. Formato Físico de los TLDs • “Chips” con dimensiones de 3.2 mm por 0.9 mm (o 0.4 mm). Donde, para una mejor exactitud se debe hacer una calibración individual de los chips, utilizando para esto radiación gamma de Co-60. M.Sc Alfonso Varela M

  31. Formato Físico de los TLDs • Matrices de teflón que contienen 5% o 30% por peso de granos de TLD con tamaño <40µm. Normalmente hechos en formato de discos de 6 o 12mm de diámetro por 0.1 o 0.3mm de espesor. M.Sc Alfonso Varela M

  32. Calibración de los TLDs • La forma • Su formato va depender del tipo de aplicación. • La calibración y la identificación puede ser individual • Los TLDs no deben estar contaminados • Analizar la dependencia energética del TLD a la orientación del mismo en relación al haz de radiación. M.Sc Alfonso Varela M

  33. Calibración de los TLDs • Bases de la Calibración • La mayoría de los fósforos TL tienen algún nivel de dosis en le cual la salida de luz por unidad de masa es proporcional a la dosis absorbida en el fosforo, por tales motivos: • LET de la radiación permanece constante o prácticamente constante. • La sensibilidad del fósforo es mantenida constante para la linealidad que se requiere. M.Sc Alfonso Varela M

  34. Calibración de los TLDs Bases de la Calibración Si se asumen que la medición del TL es constante y que el escape de luz del fosforo por atenuación es insignificante durante el calentamiento Entonces se puede decir que la medición para el mismo TL resultará del promedio de la dosis en el dosímetro TL. M.Sc Alfonso Varela M

  35. Calibración de los TLDs Bases de la Calibración La consecuencia práctica de esto es: Que para una calibración hecha con rayos gamma de 60Co, en términos del promedio de la dosis en el fosforo del dosímetro TL, esta puede ser utilizada como una buena calibración para todas las radiaciones de bajo LET, esto incluye rayos-X, rayos-gamma, y haces de electrones con energía por encima de ≈10keV. M.Sc Alfonso Varela M

  36. Calibración de los TLDs Bases de la Calibración Si se lee la dosis en el fosforo como la dosis en una masa similar de tejido que hipotéticamente ha sustituido entonces, se puede usar la teoría la cavidad. La teoría de Bragg-Gray, con TLD muy fino y electrones muy penetrantes, a tasa de dosis se puede expresar como: M.Sc Alfonso Varela M

  37. Calibración de los TLDs Bases de la Calibración Que es proporcional al poder de frenado másico de colisión: Donde: T = energía cinética ρ= densidad dx = longitud recorrida M.Sc Alfonso Varela M

  38. Calibración de los TLDs Bases de la Calibración Si el haz de radiación incidente es frenado por el TLD, entonces la fluencia de energía puede ser derivada. La calibración con 60Co (bajo condiciones de TCPE (equilibrio de partículas cargadas transitorios)) proporciona la lectura del TL por unidad de dosis promedio en el fosforo. M.Sc Alfonso Varela M

  39. Calibración de los TLDs Bases de la Calibración El hecho de multiplicar la dosis por la masa del chip de TLD permite relacionar la lectura del TL con la dosis integral, o energía consumida en el chip. Ahora: A(m2) es el área del chip m(kg) es la masa del chip kCo = factor de calibración para rayos gamma M.Sc Alfonso Varela M

  40. Calibración de los TLDs Bases de la Calibración Donde: r = lectura del TLD (Gy/escala de división) M.Sc Alfonso Varela M

  41. Calibración de los TLDs Bases de la Calibración Entonces la fluencia es: (J/m2) M.Sc Alfonso Varela M

  42. Calibración de los TLDs Calibración con rayos gamma de Co - 60 Para un espacio libre, la exposición X(C/kg) de rayos-γ de 60Co en un punto ocupado por le centro del TLD en su capsula, el promedio de la dosis absorbida en el TLD, en Gy, bajo condiciones de TCPE es representada por: M.Sc Alfonso Varela M

  43. Calibración de los TLDs Calibración con rayos gamma de Co - 60 Donde: a = corrección por atenuación del haz de rayos-γ en la pared de la capsula. M.Sc Alfonso Varela M

  44. Calibración de los TLDs Calibración con rayos gamma de Co - 60 Para TLDs de LiF en formato de chips, en una cápsula de Teflon de espesor 2.8mm, (para TCPE) el promedio de la dosis absorbida calculada con: Es aproximadamente: (Gy) M.Sc Alfonso Varela M

  45. Calibración de los TLDs Calibración con rayos gamma de Co - 60 Si la lectura resultante del TLD es r Entonces el factor de calibración es este factor es aplicable en el calculo del valor de dosis durante la calibración y toda la respuesta lineal vs escala de dosis. M.Sc Alfonso Varela M

  46. Calibración de los TLDs Calibración con rayos gamma de Co - 60 Para todas las radiaciones de bajo LET, el promedio de la dosis absorbida en el TLD puede ser obtenida del promedio de lectura r del TLD y representado mediante la siguiente ecuación: M.Sc Alfonso Varela M

  47. Calibración de los TLDs Mas próximo a un comportamiento lineal Tendencia a aumentar un poco la eficiencia conforme aumenta el LET en la región que va desde aproximadamente 0.25keV/μm ahasta1 keV/μm. M.Sc Alfonso Varela M

  48. Calibración de los TLDs Dependencia del LiF a la energía del fotón Respuesta del TL por unidad de exposición Ecuación 11.23 Respuesta del TL por unidad de dosis absorbida en el fosforo M.Sc Alfonso Varela M

  49. Calibración de los TLDs Dependencia del Li2B4O7 a la energía del fotón Respuesta del TL por unidad de exposición Respuesta del TL por unidad de dosis absorbida en el fosforo Ecuación 11.23 M.Sc Alfonso Varela M

  50. M.Sc Alfonso Varela M

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