DISEÑO DEL NUEVO LABORATORIO DE PATRONES NEUTRÓNICOS DEL LABORATORIO DE METROLOGÍA DE LAS RADIACIONES

IONIZANTES DEL CIEMAT R. Méndez Villafañe

Laboratorio de Metrología de las Radiaciones Ionizantes, CIEMAT Av. Complutense 22, 28040 – Madrid

INTRODUCCIÓN El proyecto de construcción del Laboratorio de Patrones Neutrónicos surge de la necesidad de contar con un laboratorio de referencia primaria que dé servicio a las instalaciones, cada vez más numerosas, que producen directa o indirectamente neutrones, tal es el caso de toda la industria nuclear pero también de aceleradores médicos(1,2) o ciclotrones de producción de radiofármacos (3,4). En la actualidad más del 70% de las instalaciones de radioterapia utilizan aceleradores lineales contabilizando en toda España cerca de 200 unidades. Además, desde el año 2000, ha comenzado a operar un Laboratorio de Medidas Neutrónicas (LMN) en el Dept. de Ingeniería Nuclear de la ETSII de la Universidad Politécnica de Madrid (5), pero teniendo que trazarse a laboratorios extranjeros, al no existir por el momento una referencia primaria en nuestro país. Por consiguiente, a la vista de las necesidades acumuladas en materia de calibraciones neutrónicas en los campos médicos, y en las instalaciones nucleares y del ciclo de combustible, se hace necesario que el LMRI, en su responsabilidad de Laboratorio de Patrones Nacionales (según R.D. 533/1996, BOE nº 77) establezca un Laboratorio de Patrones Neutrónicos que dé soporte a las actividades mencionadas a nivel nacional, así como a los proyectos emergentes en el propio CIEMAT y en otras instituciones nacionales. Para hacer frente a tal proyecto el CIEMAT cuenta con el apoyo del CSN, en virtud de un Acuerdo de Colaboración para el establecimiento de un Sistema de Metrología Neutrónica en España, y con la colaboración de la UPM a través de Acuerdo Específico entre el CIEMAT y la UPM de Madrid para la mejora del Laboratorio de Medidas Neutrónicas del Departamento de Ingeniería Nuclear y su operación como Laboratorio Secundario de Calibración Neutrónica.

El proyecto de diseño y construcción del nuevo LPN contempla además la reforma de uno de los edificios del CIEMAT para trasladar a su interior algunas de las instalaciones actuales del LMRI, además de las nuevas del Laboratorio de Patrones de Braquiterapia, y el nuevo Laboratorio de Medidas Neutrónicas perteneciente a la Unidad de Innovación Nuclear del CIEMAT y que contará con un generador compacto de neutrones de D-T capaz de producir tasas de hasta 1010 n/s.

CALIBRACIÓN DE FUENTES NEUTRÓNICAS

La calibración de fuentes neutrónicas tendrá lugar mediante la técnica del Baño de Manganeso (5). Para ello se contará con una sala de dimensiones 3m x 5m que albergará la esfera de 1m de diámetro con la solución de SO4Mn, así como el sistema de detección con el INa.

Fig. 1 Baño de Mn del Cech Metrolgy Institute.

Este método se basa en la inmersión de la fuente a calibrar en una solución de MnSO4 prácticamente saturada que activa el 55Mn:

55Mn + n → 56Mn → 56Fe + γ + β- La medida de la actividad específica en el equilibrio, Am, mediante un detector de INa(Tl) por ejemplo, permite determinar la tasa de emisión neutrónica de la fuente, B:

)1( δ−=

fMAB m

donde f representa la fracción de neutrones capturados por el Mn sobre aquellos capturados por otros nucleidos, M es la masa total, y δ es un factor de corrección que incluye las interacciones con otros elementos del baño de Mn. El diseño de baño de Mn se basará en el modelo estático del CMI, Fig. 1, que comprende una esfera de PMMA de 1m de diámetro y que permitirá calibrar fuentes neutrónicas de 241Am -Be de hasta 1.85·1011 Bq y de 252Cf de hasta 1mg. En la actualidad se trabaja en el diseño del baño, para lo cual se está simulando bajo diferentes condiciones de densidad, dimensiones y materiales para las fuentes de 252Cf y de 241Am-Be. El porcentaje de neutrones que escapan de la esfera de 1m de diámetro oscila entre el 0.1 y el 1% de los emitidos, dependiendo de la fuente considerada y la mayor parte de la dosis equivalente ambiental en el exterior de la esfera es debida a los gammas de captura. Se esta colaborando a nivel internacional dentro del grupo EURADOS en el Coordinated Network for Radiation Dosimetry, CONRAD, Work Package 4: Uncertainty Assessment in Computational Dosimetry, dentro del problema P5 que hace referencia al Baño de Mn.

CALIBRACIÓN DE MONITORES Y DOSÍMETROS NEUTRÓNICOS

La calibración de monitores neutrónicos tendrá lugar en el Laboratorio de Patrones Neutrónicos, una sala de dimensiones 8m x 8m x 8m con el fin de reducir el porcentaje de los neutrones retrodispersados. Para la calibración de monitores de área, la norma ISO-8529(8) establece que la magnitud a medir ha de ser la dosis equivalente ambiental. La distancia fuente-detector debe ser la suficiente para que el haz neutrónico sea razonablemente paralelo y el aumento en la lectura del instrumento debido a la contribución de los neutrones retrodispersados por las paredes, suelo y techo en ningún caso debe superar el 40% de

la lectura sin esta contribución. Es por esto que las dimensiones de la sala del LPN serán de 8m x 8m x 8m y se está estudiando igualmente el porcentaje de retrodispersos en diferentes puntos de medida. Una de las técnicas empleadas para determinar la contribución de neutrones retrodispersados se basa en el empleo de conos de sombra que, interpuestos entre la fuente y el detector, permiten apantallar la radiación directa para determinar exclusivamente la retrodispersada. En este sentido el LPN está diseñando tres conos de sombra de diferentes dimensiones constituidos por una parte de Fe y otra de polietileno.

La norma también establece que la instalación debe ser capaz de proporcionar una variación en la tasa de dosis de más de tres órdenes de magnitud (por ejemplo desde 1µSv/h hasta 10mSv/h). Como esta condición no se puede cumplir únicamente variando la distancia el LPN contará con varias fuentes neutrónicas de referencia con diferentes tasas de emisión. Así, el LPN dispondrá de fuentes neutrónicas de 241Am-Be (hasta 1,11·107 = 1.85·1011 Bq y Ē = 4,16 MeV) con una y 252Cf (hasta 2,3·109 n/s = 1mg y Ē = 2,13 MeV) calibradas mediante el método primario del baño de Mn(6). También contará con una fuente de 252Cf moderada por D2O (Ē = 0,55 MeV). Las fuentes neutrónicas se situarán a 4m de altura en el centro geométrico de la sala y los detectores a calibrar se situarán sobre una bancada. En esta instalación se contará con los siguientes equipos propios: • Monitor neutrónico del tipo contador proporcional

de 3He, modelo LB6411, calibrado en el PTB (Alemania).

• Monitor neutrónico del tipo contador proporcional de BF3, modelo Studsvik (aún por adquirir).

• Sistema de espectrometría mediante un conjunto de 12 esferas de Bonner con 2 detectores esféricos de 3He del tipo SP9. Modelo Centronic que serán calibradas en el PTB (Alemania).

• Progresivamente se irán incorporando nuevos detectores neutrónicos basados en protones de retroceso.

• Para la calibración de dosímetros personales se diseñará un maniquí ISO de agua con dimensiones

exteriores de 30cm x 30cm x 15cm y paredes de PMMA, siendo la frontal de 2,5mm de espesor y las restantes de 10mm. La magnitud a calibrar será la dosis equivalente personal Hp(10).

Actualmente se trabaja en el diseño de los blindajes apropiados para instalación(7).

SISTEMAS DE TRANSPORTE Y MANIPULACIÓN DE FUENTES NEUTRÓNICAS

Otro de los aspectos en los que se trabaja es en el diseño de un sistema de transporte y manipulación de las fuentes neutrónicas. Se han realizado diversas visitas a otros laboratorios de Metrologia Neutrónica

europeos, para aprovechar su experiencia y en la mayoría de los mismos se emplean sistemas manuales de manipulación de fuentes mediante celdas calientes y pinzas o sistemas de poleas. En el nuevo LPN se empleará un sistema automatizado para la manipulación de las fuentes mediante brazos y manipuladores robotizados, y un sistema de transporte subterráneo para desplazar la fuente desde su emplazamiento en el almacén de fuentes neutrónicas hasta los puntos de irradiación, en la sala del LPN o de calibración, en la sala del Baño de Mn.

(Este trabajo forma parte del desarrollo del Acuerdo CSN-CIEMAT para el establecimiento de un Sistema de Metrología Neutrónica en España)

Fig. 2 Distribución de las salas en la planta baja del edificio E20. De izquierda a derecha LPB,LPN, almacén de fuentes neutrónicas y LMN. Junto al LPN está el Baño de Mn y su sala de control, y junto al LMN su sala de control.

REFERENCIAS

1. Barquero, R., Méndez, R., Íñiguez, M.P., Vega-Carrillo

H.R., Edwards, T.M. Neutron spectra and dosimetric features around an 18MV linac accelerator. Health Phys. 2005 88(1): 48-58.

2. Méndez, R., Barquero, R., Iñiguez, M.P., Martí-Climent, J.M ., Vega-Carrillo, H.R. Study of the neutron field in the vicinity of an unshieldied PET cyclotron. Phys. in Medicine and Biol. 2005 50: 5141-5151.

3. Barquero, R., Méndez, R., Fernández, F., Martí-Climent, J.M., Quincoces, G. Monte Carlo neutron doses estimations inside a PET cyclotron vault room. NEUDOS 10 (2006) Uppsala, Sweden

4. Fernández, F., Amgarou,K., Martí-Climent, J.M Domingo, C., Quincoces,G., Méndez, R., Barquero, R. Neutron spectrometry in a PET cyclotron by means of Bonner sphere system, NEUDOS 10 (2006) Uppsala, Sweden.

5. Gallego, E., Lorente, A., Martín-Fuentes, F., Mínguez, E., Pérez, F., Sánchez, J., Töre, C. Diseño y caracterización de un Laboratorio para Dosimetría Neutrónica. Radioprot. 2002 32 (IX).

6. Méndez, R. Diseño de un baño de manganeso para la calibración de fuentes neutrónicas en el Laboratorio de Patrones Neutrónicos del LMRI del CIEMAT. XVI Congreso Nacional de Física Médica (2007) Granada, España.

7. Méndez, R. Estudio de blindajes para el nuevo Laboratorio de Patrones Neutrónicos del LMRI del CIEMAT. Contribución a este mismo congreso.

8. Axton, E. J., Cross, P., Robertson, J. C., Calibration of the NPL Standard Ra-Be Photoneutron Sources by Improved Manganese Sulphate Bath Technique. J. Nucl. Energy A/B, 1965 19: 409 - 422.

9. ISO 8529, 1989. Neutron reference radiations for calibrating neutron- measuring devices used for radiation protection purposes and for determining their response as a function of neutron energy, International Organization of Standardization, Geneva, Switzerland.

10. Briesmeister J. F., ed, MCNP – A General Monte Carlo N-Particle Transport Code, version 4B Los Alamos National Laboratory report LA-13709-M (2000).

11. Laurie, S., Waters, ed., MCNPX User's Manual, version 2.5.0 Los Alamos National Laboratory report LA- CP-05-0369 (2005).

LA METROLOGÍA EN EL ÁMBITO DE LA MEDICINA NUCLEAR E. García-Toraño

Laboratorio de Metrología de Radiaciones Ionizantes, CIEMAT, Avenida Complutense 22, 28040 Madrid

INTRODUCCIÓN

La medicina nuclear es uno de los campos a los que la metrología de radiaciones ionizantes ha prestado una mayor atención durante los últimos años. El estudio de los modos óptimos de calibración de los nucleidos que forman parte de los radiofármacos más utilizados ha requerido un gran esfuerzo por parte de los laboratorios nacionales de metrología de todo el mundo y ha dado lugar a un número considerable de artículos y comunicaciones a congresos científicos. El instrumento básico que se utiliza en los servicios de medicina nuclear para medir la actividad de los radiofármacos es el activímetro, también conocido como calibrador de dosis o calibrador de radionucleidos. La calibración de este equipo implica la necesidad de disponer de patrones fiables, establecer procedimientos de medida claros y adaptados a las necesidades de los servicios de medicina nuclear y caracterizar la respuesta de los equipos a los tipos de radiofármacos y contenedores más utilizados. Las recomendaciones y requerimientos nacionales e internacionales que se refieren al control de calidad de estos equipos son bien conocidos(1,2).

PATRONES NACIONALES En España, el Patrón Nacional de Actividad del Becquerel, la unidad de Actividad, es conservado, mantenido y custodiado, bajo la supervisión y coordinación del Centro Español de Metrología, por el Laboratorio de Metrología de Radiaciones Ionizantes (LMRI) del Centro de Investigaciones Energéticas Ambientales y Tecnológicas (CIEMAT). En el campo de las medidas de Actividad, un patrón puede ser de dos tipos: a) Una realización física de la unidad

correspondiente, como por ejemplo una muestra radiactiva con actividad bien determinada.

b) Un instrumento de medida capaz de determinar el valor de una magnitud con incertidumbre suficiente.

El LMRI dispone de diversos patrones adecuados a los distintos modos de desintegración radiactiva existentes. Los nucleidos que se utilizan más habitualmente en radiofármacos son emisores beta, o beta-gamma en cualquiera de sus variantes: emisores de negatrones, emisores de positrones, emisores de captura electrónica y emisores beta puros, utilizándose estos últimos fundamentalmente en aplicaciones de terapia. Los patrones nacionales existentes en el LMRI cuyo campo de aplicación es adecuado a estos emisores son: 1) Un contador de coincidencia para radiación beta-

gamma y 2) Un contador de centelleo líquido para radiación

beta. 1.- El método de medida en coincidencia puede aplicarse siempre que la emisión beta a un nivel del nucleido hijo vaya seguida de emisión de fotones de desexcitación de ese nivel. Consiste en registrar en detectores separados la tasa de detección de partículas beta, y la de fotones. Un dispositivo electrónico permite registrar aquellos sucesos que dan lugar a la detección simultánea en ambos detectores. A partir de las tasas de recuento de los dos detectores y de la tasa de coincidencias puede determinarse la eficiencia de recuento y por lo tanto la actividad de la muestra. El patrón nacional del LMRI utiliza un contador proporcional de gas en la vía beta y una detector de centelleo de NaI en la vía gamma. El método es absoluto y permite obtener incertidumbres muy bajas, del orden del 0,1 a 0,3%. Este método puede utilizarse también para emisores de captura y de positrones. 2.- En las medidas por centelleo líquido, la muestra radiactiva se disuelve en una mezcla de disolvente y centelleador y se introduce en un vial de vidrio o plástico en el interior del contador de centelleo que dispone de dos tubos fotomultiplicadores que trabajan en coincidencia para minimizar el ruido electrónico. La eficiencia de recuento se calcula mediante el

procedimiento conocido como CIEMAT-NIST que incluye una combinación de cálculos teóricos (los espectros de Fermi de tritio y del nucleido considerado y sus eficiencias teóricas de detección) y medidas de una muestra calibrada de tritio y de la muestra problema. Está considerado en la actualidad como el método más preciso existente para la calibración de emisores beta puros. Por exigencias debidas a su carácter de Laboratorio Nacional y para mantener y mejorar sus capacidades de medida, el LMRI participa sistemáticamente en comparaciones con los laboratorios nacionales de otros países, sean éstas organizadas por organismos internacionales como el Buró Internacional de Pesas y Medidas (BIPM), por organizaciones regionales de metrología como EURAMET o bien por medio de comparaciones bilaterales. Durante los últimos años, el LMRI ha participado en comparaciones internacionales con medidas de 125I,131I, 192Ir, 67Ga, 89Sr, 90Y, 32P, 22Na y 18F, entre otros nucleidos, y los valores aportados han contribuído a la definición de los llamados “valores clave” de referencia internacional para la actividad de dichos nucleidos. Mediante los patrones mencionados, así como algunos otros patrones de transferencia existentes en el LMRI y que no se detallarán aquí, pueden prepararse muestras radiactivas certificadas que permitan calibrar los equipos de medida que son utilizados directamente por los usuarios, es decir los activímetros.

ACTIVÍMETROS: EL PROTOCOLO DE CALIBRACIÓN

El modelo básico de activímetro consiste en una cámara de ionización de tipo pozo con gas a alta presión, en cuyo interior se introduce la muestra radiactiva que hay que medir, contenida normalmente en un vial, una jeringa o una cápsula. Cuando se establece una diferencia de potencial entre los electrodos de la cámara, la corriente iónica producida al paso de la radiación es, en primera aproximación y para un nucleido determinado, proporcional a la actividad de la fuente radiactiva. Mediante un dispositivo electrónico puede conseguirse que la cámara indique directamente en el visor el valor de la actividad. La calibración inicial de los activímetros es realizada por el fabricante, el cual determina la respuesta del equipo para una serie de nucleidos tipo y aplica

factores de corrección previamente determinados para estimar la respuesta para los demás. Si la calibración se realiza siguiendo un procedimiento aprobado y utilizando fuentes trazables a patrones de actividad adecuados, el activímetro puede entregarse con un certificado de calibración, aunque en todo caso es necesario proceder a su recalibración periódicamente. Hay que hacer notar que los factores de calibración corresponden a un conjunto de condiciones de medida que incluyen, entre otras varias, el nucleido y contenedor utilizados, ya que la respuesta de los activímetros depende del tipo del contenedor de la muestra, las dimensiones y el material de que está construido y su posición en el interior del activímetro. Especialmente para los emisores gamma de baja energía, pequeñas desviaciones en esas condiciones pueden dar lugar a grandes variaciones en la respuesta del activímetro para un mismo valor de la actividad, o lo que es lo mismo requerirán un factor de calibración propio. A finales del año 2001, el LMRI realizó una campaña de verificación de activímetros en el ámbito de la Comunidad Autónoma de Madrid(3), con la participación de 24 servicios de Medicina Nuclear. Se envió a los participantes un conjunto de 3 muestras de 99mTc y 131I previamente calibradas por el LMRI. Para la calibración se utilizó un activímetro del LMRI como patrón de transferencia. En la jornada de presentación y discusión de resultados, se identificó la necesidad de disponer de un protocolo para la calibración y uso de activímetros que sirviera de base para poder establecer la trazabilidad de los usuarios finales, empresas de distribución y posibles laboratorios acreditados. Por ello, en el año 2002 se constituyó un grupo de trabajo formado por representantes del Laboratorio Nacional de Metrología de Radiaciones Ionizantes del CIEMAT, la Sociedad Española de Medicina Nuclear, la Sociedad Española de Física Médica, la Sociedad Española de Protección Radiológica y la Sociedad Española de Radiofarmacia. Este grupo ha publicado un “Protocolo para la calibración y el uso de activímetros”(4) (en adelante, el Protocolo) que se distribuye a través de las sociedades antes mencionadas y que incluye una hoja de cálculo para facilitar su aplicación. El protocolo y la hoja pueden obtenerse también en el portal de radiaciones ionizantes del CIEMAT ( www.ionizantes.ciemat.es). El parámetro básico para caracterizar la respuesta de un activímetro es el factor de calibración, definido

como la relación entre el valor de referencia para una fuente cuya actividad se conoce y el valor indicado por el activímetro. Pequeños cambios en la configuración del equipo o la muestra pueden dar lugar a grandes variaciones en la respuesta del activímetro por lo que requerirán un factor de calibración propio. El Protocolo introduce el concepto de factor de geometría para un descripción completa de la respuesta de un equipo ante variaciones de la configuración en la medida de un radiofármaco determinado. A este respecto hay que hacer notar que, para algunos nucleidos como 123I, las diferencias en la respuesta de los equipos dependiendo del contenedor, pueden llegar en algunos casos al 70%. El Protocolo constituye una herramienta útil para el cumplimiento de los requisitos que establece el Anexo II del R.D de Criterios de Calidad en Medicina Nuclear2 y que son: la comprobación trimestral del equipo, comparando las lecturas correspondientes de una fuente patrón con el valor certificado de su actividad y la comprobación de la estabilidad mediante una prueba diaria con una fuente radiactiva.

CALIBRACIÓN DE LOS ACTIVÍMETROS

Aunque existen otras alternativas, en opinión del LMRI la forma óptima de calibrar un activímetro es hacerlo bajo las condiciones más cercanas que sea posible a las de utilización habitual. Esto significa utilizar fuentes calibradas de los radionucleidos más usados (ej: 99mTc, 131I) y en geometrías próximas a las reales (viales, jeringas, etc.). En general, no es posible el transporte de los equipos al LMRI para su calibración, por lo que el problema básico de la calibración de activímetros es hacer llegar a los usuarios, o personal que realiza las calibraciones, las muestras certificadas necesarias, de manera que siguiendo las instrucciones contendidas en el Protocolo pueda realizarse la calibración “in situ”. Mientras que el uso de muestras de radionucleidos de periodos relativamente largos, como por ejemplo 57Co, no plantea dificultades especiales, no es fácil disponer de fuentes certificadas de nucleidos de vida corta en la forma y el momento que el usuario necesita. Esto es particularmente cierto para los emisores de positrones como 18F, cuya producción está, por el momento, restringida a unos pocos lugares.

Hasta este momento no se han realizado campañas de calibración de activímetros en España, aunque sí se han calibrado por el LMRI algunos equipos, generalmente como parte de estudios piloto. Sin embargo, tanto la campaña de evaluación realizada en Madrid años atrás, como una mucho más reciente centrada en el estudio de la respuesta al nucleido 123I (puede encontrarse información actualizada en www.ionizantes.ciemat.es) permiten diseñar las posibles alternativas. Estas son las siguientes: 1) La calibración de los activímetros o equipos de

medida de los suministradores de radiofármacos y la participación por parte de los suministradores en programas de acreditación de trazabilidad frente al LMRI que les permitan la certificación de las fuentes radiactivas.

2) El traslado temporal de equipos del LMRI a las instalaciones de los suministradores de radiofármacos para campañas específicas de calibración de manera que pueda calibrarse un conjunto de muestras que serán enviadas a los usuarios.

3) En cualquiera de los casos anteriores, las muestras certificadas permitirían al usuario realizar la calibración de sus equipos, aunque para que el LMRI pueda emitir una certificación, la calibración realizada así debería comprobarse posteriormente mediante el envío de una muestra ciega.

4) Finalmente, el servicio completo de calibración podría realizarlo una empresa tras el acuerdo correspondiente con el LMRI para garantizar la trazabilidad de sus medidas.

REFERENCIAS

1. Real Decreto 1841/1997 de 5 de Diciembre por el que se

establecen los criterios de calidad en Medicina Nuclear. 2. International Atomic Energy, “Quality assurance for

radioactivity measurement in nuclear medicine”, Technical Reports Series nº 454, Viena, 2006.

3. García-Toraño, E., Roteta, M., Los Arcos, J.M. "Resultados de la I Campaña de Evaluación de la Trazabilidad de Activímetros de los Servicios de Medicina Nuclear en la Comunidad Autónoma de Madrid", Informe técnico CIEMAT nº 987, Madrid, 2002.

4. CIEMAT, SEFM, SEMN, SEPR, SERFA,“Protocolo para la Calibración y el Uso de Activímetros”, Editorial Ciemat, Madrid (2003).

LABORATORIO DE METROLOGÍA DE RADIACIONES IONIZANTES DEL CENTRO NACIONAL DE DOSIMETRÍA: PRESENTE Y FUTURO

F. Roig, A. Gómez, N. Llorca, V. Mestre, J. Alabau, A. Gallego, A. Soriano Centro Nacional de Dosimetría. Avda. de Campanar, 21. 46009 Valencia

ACTIVIDADES DEL LABORATORIO

El laboratorio realiza la calibración de instrumentos de medida de radiaciones ionizantes, así como la irradiación de detectores pasivos (DTL, semiconductor, etc) a dosis determinadas, en los niveles de protección y diagnóstico.

MAGNITUDES RADIOLOGICAS

a) Calibración de instrumentos El laboratorio puede calibrar los instrumentos para las siguientes magnitudes :

• Exposición • Kerma en aire en el seno del aire • Dosis absorbida en aire en el seno del aire • Dosis absorbida en agua en el seno del aire • Dosis absorbida en tejido ICRU en el seno del

aire • Dosis Equivalente Ambiental a una

profundidad de 10 mm, H*(10) • Dosis Equivalente Direccional a una

profundidad de 0,07 mm, H’(0,07) • Dosis Equivalente Personal Profunda, Hp(10) y

Superficial Hp(0,07)

y sus correspondientes tasas. b) Irradiación de detectores pasivos El laboratorio puede impartir dosis determinadas a los siguientes tipos de dosímetros personales

• Dosímetros de tronco, para la determinación de las magnitudes o Dosis Equivalente Personal Profunda,

Hp(10) o Dosis Equivalente Personal Superficial,

Hp(0,07) • Dosímetros de extremidades, para la

determinación de la magnitud o Dosis Equivalente Personal Superficial,

Hp(0,07)

• Dosímetros de dedos, para la determinación de la magnitud o Dosis Equivalente Personal Superficial,

Hp(0,07)

RADIACIONES DISPONIBLES EN LA ACTUALIDAD

El laboratorio dispone de un equipo de rayos-X marca Philips, de potencial constante, con una tensión máxima de 320 kV y una potencia de 1,6 kW. En las Tablas 1a a 1d se especifican las calidades de radiación disponibles en el laboratorio. Las calidades de las Tablas 1a y 1b corresponden respectivamente a las Series de Espectro Estrecho y de Espectro Ancho, definidas en la norma ISO 4037(1) y las de las Tablas 1c y 1d han sido definidas en el laboratorio PTB (Physikalisch Technische Bundesanstalt), que es el laboratorio primario en el que se calibran nuestras cámaras de referencia.

Tabla 1a. Serie ISO/4037 Espectro Estrecho

Código

Calidad

Tens.

(kV)

Emedia

(keV)

1ª CHR

(mm Cu)

2ª CHR

(mm Cu)

N- 40 40 33 0,0866 0,0897

N- 60 60 48 0,2345 0,2596

N- 80 80 65 0,5776 0,619

N-100 100 83 1,114 1,178

N-120 120 100 1,734 1,769

N-150 150 118 2,412 2,541

N-200 200 164 4,106 4,189

N-250 250 208 5,335 5,367

N-300 300 250 6,28 6,29

Tabla 1b. Serie ISO/4037 Espectro Ancho Código

Calidad

Tens.

(KV)

Emedia

(keV)

1ª CHR

(mm Cu)

2ª CHR

(mm Cu)

W- 60 60 45 0,1830 0,2130

W- 80 80 57 0,3488 0,4331

W-110 110 79 0,946 1,102

W-150 150 104 1,882 2,141

W-200 200 137 3,156 3,408

W-250 250 173 4,339 4,529

W-300 300 208 5,270 5,395

Tabla 1c. Serie Baja Energía Código

Calidad

Tens.

(KV)

Emedia

(keV)

1ª CHR

(mm Al)

2ª CHR

(mm Al)

N- 30 30 24 1,141 1,257

B- 30 30 23 0,853 1,002

B- 40 40 30 1,775 2,082

Tabla 1d. Serie Diagnóstico

Código

Calidad

Tens.

(KV)

Emedia

(keV)

1ª CHR

(mm Al)

2ª CHR

(mm Al)

D- 40 40 28 1,465 1,795

D- 50 50 32 1,846 2,417

D- 60 60 36 2,179 3,015

D- 70 70 39 2,381 3,467

D- 80 80 43 2,811 4,203

D- 90 90 46 3,084 4,777

D-100 100 49 3,468 5,466

D-120 120 54 4,337 6,89

D-150 148 65 5,143 8,28

TRAZABILIDAD

El equipo de referencia del laboratorio para la medida de radiaciones ionizantes es un electrómetro Ionex Dosemaster 2590, con una cámara de ionización NE 2530/1C. Este equipo se calibra periódicamente en el PTB donde se encuentra el laboratorio primario alemán para la medida de radiaciones ionizantes. Los instrumentos de medida de presión y temperatura, utilizados para la corrección de las medidas de radiación, se calibran en laboratorios españoles debidamente acreditados por ENAC (Entidad Nacional de Acreditación).

ACREDITACIÓN

El laboratorio está acreditado por ENAC de forma ininterrumpida desde Junio de 1996, con acreditación n0 58/LC085, según criterios recogidos en la norma UNE-EN ISO/IEC 17025(2). El laboratorio es auditado periódicamente por ENAC para mantener la acreditación. Además está sometido a un régimen de auditorías internas, según se recoge en su Manual de Calidad(3).

INTERCOMPARACIONES Con el fin de garantizar la calidad de sus medidas, además de las verificaciones y calibraciones externas e internas de sus instrumentos, el laboratorio se somete con periodicidad anual a un proceso de intercomparación con otros laboratorios europeos de características similares. Dicho proceso consiste en la calibración de uno o varios instrumentos, para distintas calidades de radiación, por los laboratorios participantes con el fin de averiguar si sus resultados son compatibles (iguales dentro del margen de las incertidumbres). En la Tabla 2 se resumen las intercomparaciones realizadas durante los últimos años. En todas ellas los resultados han sido satisfactorios.

Tabla 2. Intercomparaciones Año Laboratoios(*) Instrumentos Calidades

2006 DRMS SCK

Mk2.3 ISO Estrecho

2005 SIT 20X5-180 Eurisys

ISO Estrecho ISO Ancho

2004 CIEMATIRSN INTE

20X5-180 ISO Estrecho Diagnóstico

2002 PTW 20X5-180 ISO Estrecho

1999 SIT 20X5-180 ISO Estrecho ISO Ancho

1999 INTE 20X5-180 ISO Estrecho Diagnóstico

1997 INTE 20X5-180 ISO Estrecho Diagnóstico

(*)DRMS: Dosimetry and Radiological Metrology Service. Aldermaston (Inglaterra)

SCK: Studiecentrum voor Kernenergie. Mol (Bélgica)

SIT: Centro Taratura. Politénico Milano (Italia).

CIEMAT: Centro Investigaciones Energéticas y Medioambientales. Madrid (España)

IRSN: Institut de Radioprotection et de Sureté Nucleauire. Fantenay-aux_Roses (Francia).

INTE : Institututo de Técnicas Energéticas. Universidad Politécnica de Cataluña. Barcelona (España).

PTW: Physikalisch-Technische Werkstäten. Freiburg (Alemania).

HISTORIAL DE ACTIVIDADES

Para dar una idea del volumen de acitividad de nuestro laboratorio, en la Tabla 3 se resumen los trabajos de calibración de instrumentos e irradiaciones de dosímetros que se han llevado a cabo en los últimos años.

Tabla 3. Historial de actividades

Año Calibraciones (Factores)

Irradiaciones

2006 196 (393) 392

2005 198 (407) 465

2004 186 (406) 388

2003 126 (351) 376

2002 91 (239) 372

2001 83 (234) 255

2000 57 (147) 334

PROYECTO: CALIBRACIÓN PARA MAMOGRAFÍA

En el laboratorio va a instalarse un nuevo banco de calibración destinado a calibrar instrumentos utilizados para medir la radiación emitida por equipos de mamografía. Se usará como fuente de radiación un equipo de rayos X con un generador Yxlon MG103 de 100 kV de tensión máxima y una potencia de 4,5 kW y un tubo con ánodo de Mo PANalytical PW2185/100. Mediante la elección de la tensión del tubo y la interposición de un filtro de Mo se reproducirá la serie de calidades de radiación MV definida por el PTB, que se muestra en las Tabla 4.

Tabla 4. Calidades MV (PTB)

Tensión Filtración total

1ª CHR Nombre PTB

kV mm Mo mm Al

MV 20 20 0,03 0,224

MV 25 25 0,03 0,282

MV 28 28 0,03 0,317

MV 30 30 0,03 0,337

MV 35 35 0,03 0,374

MV 40 40 0,03 0,403

MV 50 50 0,03 0,440

REFERENCIAS

1. ISO: International Standard ISO 4037-1; X and γ reference radiations for calibrating dosemeters and dose ratemeters and for determining their response as a function of photon energy. ISO 4037-1:1996. Primera edición 1996-12-15.

2. UNE: Evaluación de la conformidad. Requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y de calibración. UNE-EN ISO/IEC 17025 : 2005. 2005-06-15.

3. Llorca, N., Roig, F. Manual de Calidad. Centro Nacional de Dosimetría. Revisión n0 16. Noviembre 2006.

ACTIVIDADES METROLÓGICAS DEL LABORATORIO DE CALIBRACIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA

DE CATALUNYA M. Ginjaume, X. Ortega, M. Roig, A.Toll

Instituto de Técnicas Energéticas, Universidad Politécnica de Catalunya (UPC), Barcelona, merce.ginjaume@upc.edu

INTRODUCCIÓN

El Instituto de Técnicas Energéticas (INTE) es un Instituto Universitario de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) cuyas actividades han estado centradas principalmente en el ámbito de la utilización de las radiaciones ionizantes, el estudio de sus riesgos y el impacto ambiental de las mismas. Desde 1985 ha impulsado la puesta a punto y desarrollo de diversos laboratorios de calibración y ensayo en el área de las radiaciones ionizantes, en los que se han ido implantado las correspondientes políticas de calidad. En el campo de la metrología de las radiaciones ionizantes en 1985, se inicia el montaje y puesta a punto del, actualmente denominado, Laboratorio de Calibración y Dosimetría, LCD. En el año 1987, se califica y clasifica como Laboratorio de Calibración nº 23, del Sistema de Calibración Industrial (SCI), obteniendo así su primer reconocimiento oficial. Más tarde, en 1992, con la aplicación de la norma EN 45001(1), el INTE elabora un primer Manual de Calidad y consiguiente Manual de procedimientos técnicos y administrativos del Laboratorio de calibración y dosimetría (LCD). La creación de la Entidad Nacional de Acreditación (ENAC) significó un paso cualitativo notable en el aseguramiento de la calidad y en particular en el régimen de Acreditación de los Laboratorios de calibración y de ensayos. Así, en 1998, el LCD obtiene la acreditación de ENAC como Laboratorio de calibración. En el año 2001 se renueva la acreditación, en ese caso en base a la norma ISO 17025(2), que además de garantizar la competencia técnica del laboratorio como ya establecía la norma EN45001 asegura la implantación de un sistema de gestión de la calidad, equivalente a los requisitos contemplados en la norma ISO 9001(3). A lo largo de estos 20 años, el laboratorio ha ampliado sus capacidades de calibración para poder

cubrir las distintas necesidades que han surgido a los usuarios de las radiaciones. En este trabajo se presenta en primer lugar la relación de calidades de radiación disponibles y la correspondiente capacidad optima de medida para las mismas. Seguidamente se presenta un resumen de las principales actividades que se llevan a cabo en el laboratorio de calibración y la evolución del número de solicitudes y de los tipos de calibración efectuadas y finalmente se resaltan los retos que se pretende abordar en los próximos cuatro años.

INSTALACIÓN Y EQUIPOS El ámbito de aplicación del laboratorio ha sido fundamentalmente el de la protección radiológica. Para este campo, el laboratorio dispone de haces gamma de 137Cs y 60Co caracterizados en términos de kerma en aire. Dichos haces se calibran mediante la cámara patrón secundaria NE 2575 y el electrómetro NE 2590 y para los haces menos intensos mediante la cámara patrón LS-10 y el electrómetro Keithley 640. Así mismo se dispone de un equipo generador de rayos X de potencial constante, de la marca Rich-Seifert, con tensión máxima de 320 kV, mediante el cual se reproducen los haces correspondientes a la serie ISO de espectro estrecho(4).

Para las calibraciones con haces beta se utiliza un patrón secundario formado por un irradiador marca STS modelo BS 1.1 con fuentes beta puntuales, marca Amersham Buchler, de 204Tl y dos de 90Sr/90Y y los correspondientes filtros según las características detalladas en la norma ISO 6980(5) para la Serie 1. Para la calibración de monitores de contaminación superficial se emplean fuentes beta, beta-gamma y alfa-gamma de superficie extensa de 10 cm ·10 cm calibradas en unidades de actividad y, para los emisores beta puros, en número de partículas emitidas por unidad de tiempo.

En la Tabla 1 se resume la trazabilidad de los distintos haces de radiación y fuentes radiactivas utilizados en las calibraciones en niveles de protección, indicando el tipo de equipos que se

calibran, el rango de medida y la incertidumbre de medida correspondiente a la capacidad óptima de medida del laboratorio.

Calidad de radiación4,5

Equipo patrón y trazabilidad

Tipo de equipo calibrado Rango de medida Incertidumbre

I (k=2) 60Co NE2575

trazable PTB Patrones terciarios Kerma en aire 1 mGy/h 1.8 %

Patrones terciarios Kerma en aire 1 mGy/h – 50 mGy/h 1.8 %

Dosímetros personales

Hp(10) 10 µSv/h –16 mSv/h 5.2 % 137Cs NE 2575

trazable PTB Monitores portátiles

y de área H*(10)

10 µSv/h – 50 mSv/h 4.7 %

90Sr/90Y 14C

60Co 241Am

204Tl

Fuentes extensas Trazables DKD

Monitores portátiles de contaminación

superficial

(Actividades nominales) 90Sr/90Y (5250 Bq)

14C (3200 Bq) 60Co (785 Bq)

241Am (2860 Bq) 204Tl (290 Bq)

5.4 %

Patrones terciarios Kerma en aire 1 mGy/h – 50 mGy/h 2.1 %

Dosímetros personales

Hp(10) 0.7 mSv/h - 30 mSv/h 5.5 %

Serie ISO espectro estrecho:

N-40 a N-300

NE 2575 trazable PTB

Monitores portátiles y de área

H*(10) 0.2 mSv/h – 0.3 Sv/h 5.0 %

90Sr+90Y con filtro

Fuente Trazable NIST

Dt(0.07) 6 mGy/h 5.2 %

90Sr+90Y sin filtro

Fuente Trazable NIST

Dt(0.07) 90 mGy/h – 2 Gy/h 7.4 %

204Tl con filtro

Fuente Trazable NIST

Dosímetros personales y

monitores portátiles Dt(0.07)

0.2 mGy/h 5.2 %

Tabla 1: Capacidad óptima de medida para niveles de protección

En el año 1997, con el fin de dar respuesta a las necesidades de los usuarios de equipos de control de calidad de diagnóstico, el laboratorio lleva a cabo la puesta a punto de un conjunto de haces de rayos X de acuerdo con las calidades establecidas por el laboratorio nacional de metrología de Alemania, PTB, para haces de diagnóstico con tensiones comprendidas entre 40 kV y 120 kV. Para esas calidades se utiliza el mismo sistema generador de rayos X que el utilizado para los haces de rayos X de la serie ISO de espectro estrecho, es decir un tubo de tungsteno (Tabla 1). El equipo patrón es la cámara de ionización NE 2530 conectada al electrómetro IONEX. Así mismo se desarrolló un protocolo de

calibración de medidores indirectos de la tensión de polarización aplicada a los tubos de rayos X, a través de la caracterización eléctrica y espectrométrica de los haces generados. Recientemente, se ha instalado un equipo de rayos X de baja energía, típico del rango de mamografía, con tubo y filtro de molibdeno, marca SIEMENS modelo Mammomat 1000, con el que se han puesto a punto las calidades de diagnóstico de mamografía descritas en la norma ISO 61267(6). En la Tabla 2 se resume la capacidad optima de medida del laboratorio para niveles de diagnóstico.

Calidad de radiación6 Equipo patrón y trazabilidad

Tipo de equipo calibrado Rango de medida Incertidumbre

U(k=2)

Patrones terciarios Tasa de kerma en aire 0.02 – 180 mGy/min 2.4 % Serie Diagnóstico PTB:

D-40 a D-120

NE 2530 trazable PTB Equipos de campo Tasa de kerma en aire

0.02 – 180 mGy/min 3.2 %

Tubo W, filtro Al Divisor de tensión-

Multímetro trazable LGAI

Medidores no invasivos de tensión 25 kV – 300 kV 2.1 %

Series de mamografía RQR M1, M2, M3, M4 RQA M1, M2, M3, M4

PTW TM 77334 trazable a PTW Equipos de campo

Kerma en aire 0.4- 100 mGy 0.004-1 mGy

5.3 %

Tubo Mo, filtro Mo Divisor de tensión-

Multímetro trazable LGAI

Medidores no invasivos de tensión 25 kV – 35 kV 2.4 %

Tabla 2: Capacidad óptima de medida para niveles de diagnóstico

PRINCIPALES ACTIVIDADES Entre las principales actividades del Laboratorio de Calibración y Dosimetría puede destacarse la prestación de un servicio eficaz y de calidad de calibración de instrumentos de medida de radiaciones ionizantes y la irradiación de dosímetros pasivos. Dicho servicio cubre la demanda metrológica de nuestro entorno, no satisfecha por otras instituciones de carácter privado o público. En la figura 1, se muestra un resumen del número de calibraciones efectuadas en los últimos 5 años, distinguiendo entre calibraciones con fuentes gamma, con haces de rayos X, con fuentes extensas para el control de contaminación y las irradiaciones de dosímetros. Puede observarse que el número total de calibraciones está bastante estabilizado entorno a 500 equipos por año y unas 80 irradiaciones de dosímetros pasivos. En relación a las calibraciones con fuentes beta en promedio se lleva a cabo, únicamente, una o dos irradiaciones al año. En el caso del año 2006, el número de irradiaciones es significativamente mayor porque se ha colaborado en la intercomparación de servicios de dosimetría personal externa organizado por el Consejo de Seguridad Nuclear(6). Las figuras 2 y 3 resumen la procedencia geográfica de los usuarios del laboratorio así como su distribución por sector de actividad.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

2002 2003 2004 2005 2006

Núm

ero

de c

alib

raci

ones

o ir

radi

acio

n¡es

Cs

RX

TLD

Cont

Figura 1: Número de calibraciones de 2002 a 2006

AndalucíaAragónCataluñaComunidad de MadridComunidad ValencianaPaís VascoOtros

Figura 2: Procedencia geográfica de los usuarios

administración

industria

instrumentación

investigación

medicina

servicios

Figura 3: Distribución por sectores de los usuarios

Sin embargo, como Instituto Universitario, el LCD compatibiliza sus actividades de servicio con proyectos de investigación y desarrollo en el ámbito de la metrología de las radiaciones y la dosimetría, así como en tareas de formación y docencia especializadas para las que las instalaciones disponibles resultan de gran interés. En este ámbito puede destacarse la participación en el desarrollo y difusión de nuevos procedimientos de calibración, la caracterización de nuevos materiales dosimétricos y de sistemas de dosimetría electrónica para dosimetría personal legal(7,8). Así mismo, desde su puesta en marcha, el laboratorio se ha utilizado para la realización de clases prácticas de los cursos de supervisores y operadores de instalaciones radiactivas organizados por el INTE, en el programa de doctorado de ingeniería nuclear de la UPC y en otras asignaturas de grado de la titulación de ingeniería industrial de la UPC(9). Asimismo, representantes del laboratorio, colaboran de manera regular en grupos de trabajo internacionales, fundamentalmente en el marco de la Organización Europea para la acreditación, EA, y la organización de laboratorios europeos de dosimetría EURADOS(10).

PRÓXIMOS RETOS

De manera general, puede considerarse que el laboratorio está cumpliendo con las funciones previstas en su origen, compaginando sus obligaciones de servicio público junto con las tareas de investigación y desarrollo, propias del marco universitario. Estas tareas tienen resonancia y reconocimiento en el ámbito nacional y europeo. Sin embargo, un entorno cada vez más competitivo exige seguir trabajando y mejorando los procedimientos técnicos y de gestión para garantizar la calidad de los servicios prestados a nuestros clientes. En este sentido y desde un punto de vista de la competencia técnica, puede resaltarse la voluntad de continuar ampliando el campo de actuación en función de las nuevas necesidades y de participar en ejercicios de intercomparación que permiten contrastar los procedimientos del laboratorio, en su globalidad, respecto a instalaciones análogas. En lo que respecta a la eficacia y mejora del proceso de gestión, puede señalarse la realización periódica de encuestas de satisfacción de los clientes y la

implantación de un sistema de gestión orientado a la mejora de las necesidades de los mismos.

REFERENCIAS 1. EN 45001:1989- UNE 66-501-91. Criterios generales

para el funcionamiento de los laboratorios de ensayo. 2. UNE-EN ISO/IEC 17025:2000 Requisitos generales

relativos a la competencia de los laboratorios de ensayo y calibración

3. UNE-EN ISO 9001:2000 Requisitos para un sistema de gestión de la calidad.

4. ISO 4037-1. X and gamma reference radiation for calibrating dosemeters and doserate meters and for determining their response as a function of photon energy. Part 1: Radiation characteristics and production methods. (International Organization for Standardization, Geneva, 1996).

5. ISO 6980. Reference beta radiations for calibrating dosemeters and doserate meters and for determining their response as a function of beta-radiation energy. (International Organization for Standardization, Geneva, 1996).

6. IEC61267 ed 2. International Electrotechnical Commission. Medical diagnostic x-ray equipment – Radiation conditions for use in the determination of characteristics. (International Electrotechnical Commission, Geneva, 2001).

7. M. Ginjaume, X. Ortega, M. A. Duch. Implementing new recommendatinos for calibrating personal dosemeters. Radiat. Prot. Dosim. 96, 1-3, 93-97, 2001.

8. M. Ginjaume, S. Pérez, X. Ortega, and M. A. Duch. Comparison of two extremity dosemeters based on LiF:Mg,Cu,P thin detectors for mixed beta-gamma fields. Radiat. Prot. Dosim. 120, 316-320, 2006.

9. X. Ortega. Formación en protección radiológica desde el ámbito universitario. Experiencia desde la UPC. Radioprotección, 51, XIV, 47-52, 2007.

10. V. Kamenopoulou, J.W.E. van Dijk, P. Ambrosi, T. Bolognese-Milsztajn, C.M. Castellani, L. Currivan, R. Falk, E. Fantuzzi, M. Figel, J.Garcia Alves, M. Ginjaume et al. Aspects of harmonisation of individual monitoring for external radiation in Europe: Conclusions of a EURADOS action. Radiat. Prot. Dosim. 118, 139-143, 2006.