En este experimento queremos comprobar el comportamiento de la tasa de radiación emitida por un determinado material que se coloca cerca y lejos del detector, caracterizándose esta última posición como la tasa de radiación emitida en el ambiente. Finalmente, utilizando la ley de Beer-Lambert, con la ayuda de placas de plomo y aluminio como atenuadores de la tasa de radiación emitida, se espera obtener los valores de los coeficientes de atenuación de la radiación de aluminio y plomo.
Las radiaciones ionizantes están presentes en el ambiente hospitalario y en la industria en general. En el entorno residencial rara vez está presente, resumido en lámparas ultravioleta (UV) y radiación solar, que afecta a todos los entornos. La necesidad de protección solar en ambientes abiertos bajo la luz solar directa tiene la función de atenuar la radiación UV en la piel humana. En la industria, estas radiaciones destacan en la fabricación de lámparas UV y en el uso de fuentes de cobalto para la limpieza y esterilización de objetos. En el área hospitalaria/médica y asistencial destaca la radiación UV para la desinfección y en rayos X para la detección de fracturas óseas. En todas estas situaciones, es necesario utilizar elementos para que la radiación se atenúe en una dirección distinta a la del objetivo. La forma en que se atenúa la radiación en cada una de estas aplicaciones es diferente, básicamente, debido a la energía de cada fuente de radiación y a las particularidades de cada entorno. Se puede resumir que estos conceptos forman las bases de las normas de seguridad en entornos que contemplan su uso.
En este experimento, determinará el grosor más pequeño de una placa de material desconocido para atenuar el 99% de la radiación de un haz de rayos X. Deberá usar la ley de Beer-Lambert para determinar el coeficiente de atenuación para esta placa. Manteniendo la potencia de la fuente constante y la distancia entre la fuente y la placa fija, debe considerar al menos cinco espesores diferentes, comenzando con 0,5 cm y aumentando 0,5 cm en cada placa. En base a los valores obtenidos, podrá determinar el espesor óptimo para que el nivel de atenuación alcance el 99% como se esperaba.
Para este experimento es imprescindible el uso de equipos de protección personal (EPP) contra radiaciones ionizantes, quedando prohibida su ejecución sin uno de ellos. Antes de comenzar el experimento, debe asegurarse de que la luz de advertencia del experimento esté encendida y funcione correctamente. Nunca debe pararse en el lugar donde el objetivo está siendo bombardeado. Todas las herramientas necesarias para asegurar la placa deben retirarse del recinto. Pantalones largos y tenis son obligatorios.
El recinto contiene una fuente de rayos X con el interruptor de encendido/apagado en el exterior y un detector con dial para la identificación de las medidas, cinco láminas del grosor correcto, un soporte para estas láminas y el EPP para su correcta seguridad personal. La exhibición debe estar en un lugar donde el acceso visual sea posible, recordando que no debe estar en el mismo lugar donde se está bombardeando el objetivo.
1) El planeta Tierra tiene una fuente natural de radiación, tanto ionizante como no ionizante, que es el Sol. En un día nublado cuando realiza sus actividades cotidianas, incluido caminar en espacios abiertos, ¿qué le motiva a preocuparse por las radiaciones ionizantes?
a) La presencia de radiación ultravioleta, que es ionizante;
La intensidad de la radiación ultravioleta que llega a la superficie terrestre es una preocupación constante para las personas del sector de salud.
b) La presencia de radiación infrarroja, que es ionizante;
Este tipo de radiación, aunque preocupante, solo genera calentamiento global y, por lo tanto, no se comporta como ionizante.
c) La combinación de radiación infrarroja y calor que genera radiación ultravioleta.
La combinación de estos elementos solo intensifica el calor, no genera ningún otro tipo de radiación.
2) La radiación ionizante es un elemento natural muy presente en la vida cotidiana de todas las personas y en algunos objetos. En este sentido, ¿cuál es la principal consecuencia de la acción de esta radiación sobre los objetos afectados por ella?
a) La licuefacción del aire debido al efecto Joule;
La radiación ionizante puede incluso generar licuefacción, pero el efecto principal es generar iones.
b) El aumento de las dimensiones del cuerpo, como la dilatación térmica;
La radiación puede incluso aumentar las dimensiones, pero no es una dilatación térmica.
c) La producción de iones.
La principal consecuencia es la producción de iones, que son defectos generados en el medio material.
3) Una vez que conoce los riesgos de la exposición a la radiación ionizante, la ha estudiado y sus características. En este sentido, se puede decir que los factores ambientales que influyen directamente en la intensidad de esta radiación en un punto del espacio son:
a) La temperatura y la presión en la posición de medición;
Estas cantidades no generan dependencia directa de este valor.
b) La distancia entre el objetivo y la fuente, la composición del objetivo y la intensidad de emisión de la fuente;
Estos tres factores están directamente relacionados con la intensidad de la radiación en la posición de medición.
c) El peso y la composición química del objetivo.
El peso del objeto no influye en la intensidad proveniente de la fuente. La composición química influye en la intensidad absorbida, pero no influye en la intensidad de la fuente.
4) La ley de Beer-Lambert representa la relación entre la radiación que llega a un medio material y la potencia que emerge del otro lado de la sustancia, y está compuesta por un signo negativo en su exponencial. El significado físico de este signo:
a) Está asociada a la referencia matemática elegida;
Independientemente de la señal, esta intensidad disminuye con la distancia.
b) Se sigue de que el objetivo sea siempre un conductor;
La señal surge de la atenuación en el camino óptico, independientemente del tipo de medio.
c) Es demostrar que la intensidad disminuye con la distancia a la fuente emisora.
Esta señal se debe a la reducción de la intensidad con la distancia. Surge de la pérdida de energía debido a la propagación.
5) En sus estudios sobre las radiaciones ionizantes, ha notado que produce consecuencias debido a la producción de iones, que son cargas eléctricas inducidas. En el caso del vacío absoluto, ¿qué producirá?
a) Ionizará este medio material;
En el vacío no hay material para ionizar.
b) No tendrá ningún efecto, porque en el vacío no habrá materia con la que interactuar;
Debido a la ausencia de materia no habrá ionización.
c) Aumentará su temperatura.
La temperatura representa la agitación de los constituyentes del medio material, que no existe en el vacío.
1) Cuando la radiación alcance la materia, produce iones, pero hay una parte de esta radiación que simplemente es dispersada por el medio material. Esta fracción es importante ya que actúa como un mecanismo de atenuación. Entonces, ¿esta radiación dispersada durante un procedimiento de atenuación de radiación ionizante puede ser dañina de alguna manera?
a) No, siempre es beneficiosa ya que siempre ayuda en la protección;
El proceso de dispersión genera rayos en varias direcciones, lo que permite la ionización de otros objetos.
b) No, porque cuando se esparce ya no tiene efecto ionizante;
La radiación ionizante, ya sea dispersada, incidente o transmitida, siempre será ionizante.
c) Sí, porque como es ionizante, al chocar con otros objetos, los ionizará.
La radiación dispersa es tan ionizante como la radiación incidente.
2) Durante el experimento de radiación ionizante, se utilizaron placas de diferentes espesores de material. ¿Existe una influencia de esta magnitud en el proceso de atenuación de las radiaciones ionizantes?
a) No, los niveles de atenuación no cambian con el grosor del material;
Cuanto mayor sea el espesor, mayor será la atenuación.
b) Sí, aumentar el grosor de la placa aumenta el nivel de atenuación al tener más materia para interactuar con la onda;
El aumento de espesor requiere que la onda participe de un mayor proceso de interacción, generando mayor atenuación.
c) Sí, porque el espesor modifica la frecuencia de la radiación incidente, aumentando la atenuación.
El espesor es una propiedad de la placa y no influye en la fuente de radiación.
3) En cuanto a las cremas, como los protectores solares, que se utilizan para proteger la piel, se enfocan en la protección contra la radiación ultravioleta. Sabemos por nuestra vida cotidiana que los rayos X también son radiación ionizante y se utilizan para detectar fracturas en huesos humanos. En el examen de rayos X, la región afectada por la radiación es más grande que el objetivo deseado, por lo que se necesita protección para estas otras regiones. ¿Es posible utilizar las cremas que se utilizan para proteger la piel también en estos exámenes de rayos X como complemento a las placas?
a) No, porque en el caso del examen la energía involucrada es mayor y necesita un medio material más resistente a la acción de las radiaciones ionizantes;
Los rayos X tienen más energía y, así, es probable que produzcan defectos en el medio material.
b) Sí, la atenuación no depende de la energía de la radiación incidente;
Cuanto más enérgica es la radiación, más fácilmente produce defectos en el medio material. Por lo tanto, el atenuador debe producirse en función de esta energía. Esta información está en el coeficiente de atenuación.
c) Sí, porque la radiografía no es ionizante.
Los rayos X son radiaciones altamente ionizantes.
4) Tanto para las radiaciones ionizantes como para las no ionizantes, la frecuencia y la potencia son características fundamentales relacionadas con las ondas. En un experimento sobre radiación ionizante, si la frecuencia de la fuente de radiación cambia, el procedimiento correcto a seguir es:
a) Nada, ya que estas fuentes son estables hasta el punto de que nunca cambian de frecuencia;
Como esta fuente de radiación es una onda, puede cambiar su frecuencia, como cualquier otro dispositivo que funciona emitiendo ondas, también puede estar sujeto a interferencias. Como resultado, ella necesita cuidados especiales.
b) Es necesario realizar el procedimiento para fijar la frecuencia de la fuente y medir nuevamente el coeficiente de atenuación;
Si la frecuencia cambia durante el experimento, debe volver a hacerse con la garantía de que la frecuencia permanece fija.
c) Nada, ya que la atenuación no depende de la frecuencia.
La atenuación depende de la energía, que a su vez depende de la frecuencia de la radiación.
5) Sabiendo que la frecuencia y la potencia de las olas son muy importantes y están definidas por la fuente de radiación, ¿sería necesario tomar alguna medida para asegurar que los datos se interpreten correctamente?
a) Sí, hacer un sistema eléctrico que controle la frecuencia y la intensidad de la fuente durante el examen;
Este resultado debe ser verificado para validar la medida de intensidad en el punto deseado.
b) No lo sería, ya que las medidas en el punto en cuestión consideran el cambio de intensidad, y esto es suficiente para validar la medida de intensidad;
El coeficiente de atenuación será diferente para cada intensidad.
c) No lo sería, ya que las medidas en el punto en cuestión consideran el cambio de frecuencia, y esto es suficiente para validar la medida de intensidad.
El coeficiente de atenuación será diferente para cada frecuencia.