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ACUERDO REGIONAL DE COOPERACIÓN PARA LA PROMOCIÓN DE LA

CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA NUCLEARES EN AMÉRICA LATINA Y EL CARIBE.

INFORME TÉCNICO de la Reparación de Cámara de Ionización

REALIZADO POR:

Ing. Antonio Ben Hur Pacheco Calcagno.

Laboratorio de Electrónica TECNOGESTIÓN

MIEM

EN EL MARCO DEL PROYECTO RLA/04/019 (ARCAL LXXXI)

“MODERNIZACIÓN DE LOS LABORATORIOS DE INSTRUMENTACIÓN NUCLEAR”

Montevideo, Uruguay

Año 2007

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CONTENIDO PÁGINA 1. INTRODUCCIÓN Pag.4 2. DESARROLLO DE ACTIVIDADES

2.1. Génesis de la generación y conteo de los pulsos electrónicos Pag.4 nucleares.

2.1.1 Introducción. Pag.5 2.1.2 Practica de cámara, su conexionado y prueba de pulsos nucleares. Pag.5 2.2. Práctica de prueba de una cámara de ionización, conexionado Pag.7

en “borrad”, verificación de características técnicas según planillas de especificaciones

2.3. Necesidad de la medición de la radioactividad Pag.8 2.4 Cámara de ionización PTW-Freiburg , modelo 30004. Pag.8 3. BIBLIOGRAFÍA O REFERENCIAS. Pag.13 Agradecimientos. Deseo agradecer a mis profesores del ININ por los aportes recibidos, al Sr. Ing . Herbert Kauffman y la Sra. Q.F Rosario Odino por posibilitarme acrecentar mi acervo técnico.

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El presente trabajo aspira servir como complemento metodológico en el área de Instrumentación Nuclear. Pretende oficiar de recurso manual en las tareas de reparación de Cámaras de ionización con caperuzas de carbón. Como complemento teórico-practico al tema , se da parte del informe técnico realizado por el suscripto en la beca desarrollada en el ININ., México. La tarea fue desarrollada con aportes solicitados al Ing. Pedro Cruz (ININ) y al trabajo en el Laboratorio de Electrónica (Tecnogestión , MIEM).

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1. INTRODUCCIÓN. Dentro del proyecto ARCAL LXXXI “Modernización los laboratorios de instrumentación nuclear”, una de las actividades que destacan es el aumento de las capacidades de personal en los laboratorios instrumentación nuclear de la región, así como la gestión e implementación de la calidad basados en las normas ISO 9000 e ISO 17025. Como parte de dichas actividades se llevó a cabo el entrenamiento del Sr. Antonio Ben Hur Pacheco Calcagno, en los Centros Regionales del Departamento de Ingeniería Electrónica del Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares. , en México. El alcance de la beca fue “Entrenamiento en Instrumentación Nuclear y Electrónica Analógica, Dosímetros Clínicos y Herramientas para Control de Calidad”, con una duración de 160 horas. 2. DESARROLLO DE ACTIVIDADES. Detalles de los Tópicos abordados. El día 30 de Enero de 2006 comenzamos con una recorrida en las instalaciones de los Laboratorios de Ingeniería Electrónica, donde se desarrollan distintas actividades técnicas vinculadas con el desarrollo de los procesos electrónicos en el ININ.

Ellas fueron en el Laboratorio de Metrología Eléctrica (Laboratorio certificado bajo la norma ISO-17025), Taller de Electrónica, Laboratorio de Instrumentación Nuclear, Centro de Entrenamiento en Detectores de Radiación y Electrónica Analógica. Luego de la recorrida, conjuntamente con el Ing. Pedro Cruz Estrada y el Dr. Francisco Javier Ramírez Jiménez se visualizaron y ajustaron los alcances del Programa propuesto para el Aprendizaje. Previamente el contenido de la Capacitación había sido puesto en conocimiento del Oficial Técnico Ing. Hebert Kaufmann. La característica del curso se desarrolló en la modalidad de “ Hands on” . Luego de ver la teoría correspondiente, se realizaba la práctica, asumiéndose la responsabilidad sobre el trabajo realizado. Los profesionales que intervinieron en mi capacitación fueron; Ing. Pedro Cruz Estrada, Dr. Javier Francisco Ramírez Jiménez, Ing. Luis Mondragón Contreras y los Técnicos Electrónicos María Guadalupe Ángeles Parra, Guadalupe Hilario Sánchez Rojas, entre otros especialista de otras áreas.

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2.1. Génesis de la generación y conteo de los pulsos electrónicos nucleares. 2.1.1 Introducción. Los cinco sentidos de que está dotado normalmente el ser humano no son suficientes para percibir directamente todos los agentes del ambiente que lo rodea. Los seres humanos carecemos de órganos sensores que nos permiten percibir las radiaciones procedentes del núcleo atómico. Desde que nacemos hasta que morimos dichas radiaciones atraviesan nuestro cuerpo. Es necesario valerse de instrumentos apropiados para detectar su presencia, nos interesa conocer su intensidad, su energía, o cualquier otra propiedad que nos ayude a evaluar sus efectos. Se han desarrollado muchos tipos de detectores de radiación, cada clase de detector es sensible a cierto tipo de radiación y acierto intervalo de energía. El diseño de los detectores está basado en el conocimiento de la interacción de las radiaciones con la materia. Todos las sustancias están formadas por átomos, estos comprenden una región central, el núcleo y alrededor de ella otra región periférica constituida por una nube de electrones. Las radiaciones emitidas por los núcleos atómicos pueden atravesar un cierto espesor de materia antes de perder totalmente su energía inicial. El orden de magnitud es en metros para los neutrones, centímetros para los rayos gamma, milímetros para los rayos beta y centésimas de milímetro para los rayos alfa y protones. En el Laboratorio de Electrónica del ININ, se desarrolló y practicó sobre una cámara de ionización de pequeño volumen. Debido a la baja densidad de un gas (comparada con un sólido), los detectores gaseosos tienen baja eficiencia para detectar rayos X o gamma pero detectan prácticamente todas las alfa o betas que logran traspasar las paredes del recipiente La cámara está convenientemente constituida por un recinto lleno de un gas conveniente a presión adecuada a su función (el gas puede ser aire, normalmente se usa un gas inerte (argón) con un gas orgánico; el primero ayuda a impedir la degradación y el segundo cede fácilmente electrones para recuperar las condiciones iniciales después de una descarga. En ese recinto se encuentran dos electrodos aislados entre sí, a los que aplicamos una tensión eléctrica continua, ( ánodo y cátodo). Varias consideraciones necesarias a) el gas de la cámara es aislante, b) los electrodos están aislados y se conectan a diferentes polaridades eléctricas. La presencia de una radiación nuclear atravesando la cámara, provocará una ionización de dicho gas. La tensión eléctrica crea un campo eléctrico E y pondrá en movimiento las cargas liberadas de cada signo hacia el electrodo de signo contrario. De esta forma se origina en el detector corrientes o impulsos eléctricos que pueden ser medidos exteriormente denunciando la presencia de las radiaciones incidentes. Dicho de otra manera, para poder comenzar a cuantificar; los primeros pares iónicos son producto de la radiación nuclear y son proporcionales a la actividad A, luego aparecen como consecuencia del campo eléctrico E pares de iones producidos por el choque de los electrones del gas, a los cuales llamaremos radiaciones secundarias. Tenemos entonces que en la cámara las radiaciones ionizantes ceden su energía a la materia o medio con el cual interaccionan mediante el fenómeno de “ionización.”.

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Al incidir radiaciones alfa, beta o electromagnética (gamma y X), sobre la materia, arranca electrones de los átomos que la componen, a este fenómeno se le denomina “ionización”. Si este fenómeno se produce en un medio gaseoso genera pares iónicos. Cada par iónico (ión positivo y ión negativo), son los portadores de cargas eléctricas, constituyéndose de esta forma en los responsables de hacer conductor al medio gaseoso.

Regiones de operación de un detector gaseoso. La energía necesaria para generar un par iónico en este medio, es de 33 eV. Región I, la tensión ( 0-V1) entre los electrodos es baja, la velocidad que adquieren los iones y electrones es pequeña, dando lugar a reconversión. Por el peligro de perder información esta zona no se usa. Región II, la tensión (V1-V2) se incrementa, pero el número de iones colectados no cambia si se aumenta el voltaje. No hay ni recombinación ni ionización secundaría. En general las corrientes generadas en estas cámaras son tan pequeña que se necesita de un circuito electrónico amplificador. Región III, la tensión (V2-V3) se incrementa y la carga colectada aumenta al incrementarse el voltaje. Si se sube el voltaje, la producción cada vez mayor de ionización secundaria da lugar a un efecto de multiplicación. Región IV, (V3-V4) aumentando aún mas el voltaje llegamos a una zona de inestabilidad, es poco útil en la practica. Región V, ( V4-V5) se continua aumentando el voltaje , en esta zona la ionización secundaria y la multiplicación son tan intensas que se logra una verdadera avalancha de cargas en cada pulso, esta zona se llama Geiger-Müller. Región VI, (V6) se continua aumentando el voltaje se obtiene una descarga continua, no útil para el conteo. Por la forma de sus electrodos, las cámaras se clasifican en planas y cilíndricas. Por su forma de operar se dividen también en cámaras de corriente continua y cámaras de impulsos. Las primeras están proyectadas para poder medir la intensidad media de corriente I que atraviesa la cámara, que es proporcional a la intensidad de radiación que recibe. En las cámaras de impulsos se procura detectar por separado los impulsos eléctricos individuales a que dan lugar, en uno de los dos electrodos llamados electrodos colector. La actividad A es el número de desintegraciones por segundo. Las actividades A pequeñas son medidas con cámaras de volumen grande y viceversa. 2.1.2 Practica de cámara, su conexionado y prueba de pulsos nucleares. Se muestra el circuito bajo prueba.

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Esquema eléctrico Desde el osciloscopio observamos que la luz del trigger “indica algo”, pero no llega a deflexionar las placas verticales. Acercamos la fuente radioactiva y podemos observar un pulso de 0.15ms. La relación factor de atenuación de la punta de prueba y la amplificación del osciloscopio mide en forma directa. La lectura en el canal horizontal es de 1.6 ms, siendo su amplitud de 30 volts. 2.2. Práctica de prueba de una cámara de ionización, conexionado en board, verificación de características técnicas según planillas de especificaciones. Uso de las planillas de especificaciones de los elementos intervinientes en el circuito. Fuente ORTEC 456 (0- 3kV.Verificación con multímetro y punta de Alta Tensión (AT). Verificación del circuito con el osciloscopio, y significado del factor de atenuación de la punta de prueba del osciloscopio: Revisión del manejo osciloscopio con prácticas de lecturas sobre el reticulado de la pantalla.

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2.3. Necesidad de la medición de la radioactividad. Detectores de gases, Detectores de centelleo, Detectores semiconductores y Detectores de centelleo líquido. Curva característica Nº de electrones vs Nº de electrones colectados. Propiedades de las fuentes radioactivas; Actividad, Energía y tipos de radiación. Conceptos de Amplitud, Tiempo muerto y Tiempo de recuperación de los pulsos nucleares de la actividad con el osciloscopio. Experiencia con el Geiger, manejo y uso de la punta de AT en el seguimiento del circuito interno del instrumento Detector, empleando el multímetro Fluke 77. Uso del osciloscopio en la medición de las pulsaciones nucleares de la Actividad de la fuente, con el osciloscopio. Detector de centelleo, Cristal de Yoduro de Sodio activado con Talio (Na I (TI)), emisión de fotones, Tubo foto multiplicador, Energía y su relación con el tamaño del pulso, Tiempo muerto. Instrumenta bajo prueba SCINTILLATION, Type 656/15, Detector serial K1 267. 2.4 Reparación de la cámara de ionización PTW-Freiburg, modelo 30001 ó 4. Procedimientos para desarmarla.

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Para comenzar el cambio de la caperuza , esta tuerca tiene que ser desatornillada con una llave especial, en caso de que no la tengas, tendrás que ingeniártelas. Esta llave nos la dio el OIEA en curso realizado en Brasil, la misma en el extremo de la curvatura tiene una saliente (interno a la curvatura) , que se vincula con el orificio de la tuerca.

Posteriormente la pieza de aluminio marcada en la figura, la tienes que girar en el sentido contrario a las manecillas del reloj, para que salga.

tuerca

Pieza de aluminio que soporta la cámara de grafito.

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Vistas de la remoción de la caperuza luego de quitado el protector.

Como se podrá ver, no es necesario desamar la parte donde va el cable triaxial. Una vez que se retire esta pieza, se podrá quitar la cámara de grafito dañada.. Esto se tiene que hacer con cuidado porque está el electrodo central, es cual no debe ser maltratado porque al ser de aluminio es muy frágil.

Electrodo de aluminio

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Aquí se puede observar la llave que se necesita.

ELECTRODO CENTRAL

TERMINAL DE GUARDA

En esta parte es donde asienta y hace contacto la cámara de grafito. Se requiere tinta de grafito para volverla a armar y debes remover este grafito que ya está seco. Ya que si no lo quita puedes llegar a romper la cámara cuando la metas. TERMINAL DE TIERRA

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Caperuza de carbón nueva. Antes de colocar la cámara de grafito, se debe chequear la continuidad del cable triaxial. Esto lo puedes hacer con el multímetro. Coloca una punta del multímetro en la terminal de tierra (de acuerdo a la figura) y la otra punta en el cuerpo del conector triaxial. Esto debe marcarte continuidad. Repite lo mismo con la Terminal de guarda y el arillo central del conector triaxial. Nuevamente con electrodo central y el pin central del conector triaxial. En los tres casos debe haber continuidad. También antes de colocar la caperuza de grafito, deberá asegurarse que el electrodo de aluminio este completamente recto, ya que si no es así la colección de cargas no será buena y la sensitividad se verá modificada. En una de las figuras se puede ver que la Terminal de tierra tiene grafito, este se debe retirar, ya que al momento de colocar la cámara nueva se puede romper. Es necesario que utilices coloide de grafito, de no ser así no habrá contacto entre este punto y la cámara. En el proceso de preparación para la instalación de la nueva caperuza de carbón , se deberá observar especial cuidado en no dañar el terminal de guarda en la periferia y en el sector frontal por donde sale el electrodo de aluminio. Se deberá prestar especial atención cuando se distribuya el coloide de grafito en la parte de asentamiento de la caperuza de grafito , donde descansará y se conectará eléctricamente. La pieza de aluminio (caño con rosca) , en uno de sus extremos por donde pasará la caperuza , es cónico . Esta conicidad dará la sujeción necesaria a la caperuza en su fijación y el núcleo central , donde quedará fijada. La caperuza de grafito es cilíndrica , en forma de punta en uno de sus extremos (cerrada) y de mayor diámetro externo en el otro extremo. Será en este sector donde con sumo cuidado se deberá desgastar lo más cilíndricamente posible , usando por ejemplo una lija , tomando sumo cuidado , tanto en el devaste como en la presión que se ejerza sobre ella. Se deberá ir probando hasta que se permita el roscado del protector de aluminio y observar que los hilos de rosca sean los suficientes para su roscado. Se deberá limpiar todo el sector donde se ubicará la caperuza con alcohol isopropílico Previo al apretado final de poner el coloide de grafito en el cuerpo central , se deberá prever que el mismo no llegue a la Terminal de guarda , removiendo al final el sobrante de la parte exterior de la caperuza-aluminio.

SECTOR DE MAYOR DIÁMETRO EXTERNO

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Se recomienda que el coloide se ponga con el cuerpo central de la cámara hacia arriba . Fijada la caperuza sobre el cuerpo , se coloca el protector de aluminio , el mismo se rosca , observándose su fijación al cuerpo de la cámara. Acto seguido se fijara la contra tuerca , asegurando el protector de aluminio.

Vistas finales de la Cámara.

3. BIBLIOGRAFÍA O REFERENCIAS. Acheson colloids Company , Aquadag. Informe Técnico a la OIEA , año 2006 por Ing. Antonio Pacheco . ININ ,México .