Dosímetro de fibra de cuarzo

Un dosímetro de fibra de cuarzo , también conocido como dosímetro de bolsillo autoindicador ( SIPD ), dosímetro de bolsillo autolector ( SRPD ) o electrómetro de fibra de cuarzo ( QFE ), es un tipo de dosímetro de radiación . Se trata de un dispositivo con forma de bolígrafo que mide la dosis acumulada de radiación ionizante recibida, generalmente durante una jornada laboral. Se sujeta a la ropa, normalmente al bolsillo del pecho para medir la exposición corporal total, con el fin de medir la exposición del usuario a la radiación.

Actualmente está siendo reemplazado por dosímetros más modernos, como el dosímetro personal electrónico (EPD).

Al igual que otros tipos de dosímetros de radiación personales , lo usan los trabajadores expuestos a la radiación en su trabajo para que sus empleadores puedan llevar un registro de su exposición y verificar que se encuentra por debajo de los límites legalmente establecidos. Funciona midiendo la disminución de la carga electrostática en un conductor metálico dentro de una cámara de ionización , debido a la ionización del aire en la cámara por la radiación. Fue inventado en 1937 por Charles Lauritsen . ^{[ 2 ]}

El dosímetro debe recargarse periódicamente para restablecer la lectura a cero tras la exposición a la radiación. Normalmente, se lee inmediatamente después de su uso y se registra la dosis para documentar la exposición del usuario. En algunas organizaciones, el acceso al dispositivo de recarga está restringido a los físicos de la salud para garantizar un registro preciso de las exposiciones. Contiene un microscopio de baja potencia y una lente de iluminación que permiten la lectura directa de la exposición en cualquier momento, simplemente apuntando la lente de iluminación a una fuente de luz y observando a través del microscopio.

El dispositivo es principalmente sensible a los rayos gamma y X , pero también detecta la radiación beta por encima de 1 MeV . Se han fabricado versiones sensibles a los neutrones . ^{[ 1 ]} 

Los dosímetros de fibra de cuarzo se fabrican en diferentes rangos. Los rangos de exposición ocupacional en tiempos de paz suelen medir hasta 500 mrem (5 mSv), lo que supera la dosis anual normal en EE. UU. de 360 ​​mrem (3,6 mSv). Los medidores de lluvia radiactiva en tiempos de guerra miden hasta 500 rem (5 Sv), aproximadamente la dosis letal.      

El dispositivo de fibra de cuarzo es un diseño de dosímetro antiguo. Presenta las siguientes desventajas: ^{[ 3 ]}

• Baja precisión: Debido a su diseño mecánico analógico, la precisión ronda el 15%, inferior a la de otros dosímetros.
• Errores de lectura: Dado que solo se puede leer manualmente, es propenso a errores de lectura humanos.
• Rango dinámico reducido : El alcance del dispositivo está limitado por la carga del electrodo. Una vez agotada la carga, el dispositivo deja de registrar la exposición. Esto significa que dosis de radiación inesperadamente altas pueden saturar rápidamente los dispositivos diseñados para monitorizar las exposiciones de bajo nivel más habituales.

La susceptibilidad a la humedad se soluciona separando el pin de carga de la cámara de ionización mediante un pequeño espacio. El dispositivo se presiona firmemente sobre el cargador, cerrando el espacio y permitiendo que el dosímetro se reinicie. Al soltar el dosímetro, el pin del cargador se desconecta de la cámara de ionización, pero se produce una pequeña variación en el cero, que resulta relativamente impredecible.

El dosímetro de fibra de cuarzo es una versión robusta de un dispositivo llamado electroscopio de Lauritsen . ^{[ 3 ] [ 4 ]} Consiste en un cilindro sellado lleno de aire llamado cámara de ionización . En su interior hay una tira de electrodo metálico que se conecta a un terminal en el extremo del lápiz para su recarga. El otro extremo del electrodo tiene una delicada fibra de cuarzo chapada en oro , que en reposo se encuentra paralela al electrodo. Los extremos de la cámara son transparentes y el microscopio se enfoca en la fibra.

Durante la recarga, el cargador aplica un alto voltaje de CC , generalmente entre 150 y 200  voltios, ^{[ 1 ]} al electrodo, cargándolo electrostáticamente. La fibra de cuarzo, al tener la misma carga, es repelida por la superficie del electrodo debido a la fuerza de Coulomb y se desvía alejándose de él. Tras la carga, esta permanece en el electrodo debido a su aislamiento.

Cuando una partícula de radiación ionizante atraviesa la cámara, colisiona con las moléculas de aire, desprendiéndoles electrones y creando átomos ( iones ) con carga positiva y negativa en el aire. Los iones de carga opuesta son atraídos por el electrodo y neutralizan parte de su carga. La carga reducida en el electrodo disminuye la fuerza sobre la fibra, provocando que esta se mueva de vuelta hacia el electrodo. La posición de la fibra se puede observar a través del microscopio. Detrás de la fibra hay una escala graduada en unidades de radiación, con el punto cero en la posición de la fibra cuando está completamente cargada.

Dado que cada partícula de radiación permite que una cierta cantidad de carga se escape del electrodo, la posición de la fibra en cualquier momento representa la radiación acumulada que ha atravesado la cámara desde la última recarga. La recarga restaura la carga perdida y devuelve la fibra a su posición original desviada.

El cargador es una pequeña caja, generalmente alimentada por una batería. Contiene un circuito electrónico que eleva el voltaje de la batería hasta el nivel necesario para la carga. La caja cuenta con un dispositivo que requiere presionar el extremo del dosímetro sobre el electrodo de carga . Algunos cargadores incluyen una luz para iluminar el electrodo de medición, de modo que la medición, el registro y la recarga se puedan realizar con un solo movimiento.

Las unidades con mayor alcance se fabrican añadiendo un condensador entre el electrodo y la carcasa. El condensador almacena una mayor cantidad de carga en el dispositivo para un voltaje determinado en el electrodo. Dado que cada partícula de radiación permite que escape una cantidad fija de carga, se requiere un mayor número de partículas de radiación para desplazar la fibra una distancia determinada.

Una versión del dosímetro anterior, sin capacidad de autolectura, denominada cámara de ionización de bolsillo o simplemente cámara de bolsillo , se utilizó ampliamente en proyectos gubernamentales y militares durante la Segunda Guerra Mundial y la posguerra, en particular en el Proyecto Manhattan . ^{[ 1 ]} Consistía en una sencilla cámara de ionización con un electrodo en el centro, pero sin electroscopio para la lectura. En su lugar, la exposición se leía conectando el dispositivo a un electrómetro /cargador de precisión independiente, que medía la disminución de carga en el electrodo y la mostraba en un medidor antes de recargarlo. Estos dispositivos tenían la ventaja de ser más sencillos, robustos y económicos que los de tipo electrómetro, pero presentaban la desventaja (considerada deseable en algunas aplicaciones militares) de que el usuario no podía leer la exposición sin el electrómetro/cargador. Ya no se utilizan.

Un dispositivo similar, que se utiliza con el mismo cargador, es un medidor de tasa de radiación . Este es un método económico para que el personal de defensa civil mida las tasas de radiación. Se mide la tasa de cambio del medidor de tasa de radiación durante una exposición cronometrada después de cargarlo. Generalmente, se mide la lluvia radiactiva intensa durante un período de treinta segundos y la lluvia radiactiva ligera durante un período de diez minutos. El medidor de tasa de radiación tiene dos escalas internas que leen el flujo de radiación directamente en rems para cada período.

• contador Geiger
• Contador de centelleo

• Listado fotográfico de dosímetros de radiación