A principios de abril subí a una torre de más de 60 metros de altura en una refinería ubicada en los alrededores de Cartagena. Mientras le explicaba, orgullosa, la gran proeza a mi madre, su pregunta interrumpió mi apasionante relato: “Hija mía, ¿qué hacías subida a una torre de 60 metros?”
Era una duda razonable puesto que no había fichado para Desafío Extremo, no se trataba de una zona de deportes de aventura y tengo un ligero pánico a las alturas. Por ello, pensé que la mejor manera de responderle era a través de un post, ya que me permitiría explicar en qué consiste una de las muchas aplicaciones industriales de las fuentes radiactivas: la medida de niveles.
El uso de las radiaciones ionizantes en la industria se remonta a principios del siglo XX y se generalizó en la segunda mitad del mismo. Las propiedades de estas radiaciones de excitar e ionizar la materia, las hacen muy útiles en una gran variedad de procesos industriales, lo que no significa que puedan emplearse de forma indiscriminada. Todo lo contrario, el beneficio que se deriva de su aplicación debe justificar los costes que conlleva y el impacto radiológico que puede causar.
La medida de nivel de líquidos o áridos en depósitos consiste en intercalar el recipiente que los contiene entre una fuente radiactiva y un detector. Ambos se alinean a la altura del nivel de interés, de manera que el detector mida el porcentaje de radiación por transmisión y pueda determinar si ha variado el material interpuesto. En el momento en el que el contenido alcance la cota prefijada, la intensidad de radiación bajará drásticamente ya que el líquido o árido absorberá parte de la misma. Si se conecta algún dispositivo que se active cuando se registra dicha disminución podrá detenerse el llenado del recipiente.
Esquema de un dispositivo pasivo detector de nivel. 1. Contenedor de la fuente; a- fuente; b- obturador. c- diafragma; 2. Sistema detector; 3. Señales de nivel de llenado: Para h < l se activa a y para h≥ l se activa b; 4. Depósito lleno hasta h
En el esquema anterior puede verse que cuando la altura del material h llega al nivel predeterminado l, la dosis de radiación medida disminuye y se activa el obturador que impide que la fuente siga emitiendo, puesto que sólo debe estar con el obturador abierto mientras determina el momento en el que se alcanza el nivel.
En este tipo de práctica se acostumbra a contar con dos sistemas: uno para detectar el máximo nivel de llenado y otro para el mínimo. En general, basta con colocar un dispositivo análogo al descrito en las diferentes alturas en las que interese medir. En cambio, si lo que se desea es localizar el nivel en un momento dado, es necesario que el conjunto detector-fuente explore verticalmente el recipiente sin perder su alineación contrapuesta. En depósitos de tamaño moderado esto se consigue fácilmente montándolos en un mismo soporte a modo de horquilla o anillo que se desliza por el exterior.
Un sencillo detector activo de nivel 1. Botella de gas licuado; 2. Medidor; 3. Nivel de fase líquida; a. Fuente; b. Detector; c. Indicador (óptico o acústico); d. Mango
En recipientes mayores, tal disposición puede entrañar una excesiva dificultad, teniendo que recurrirse a dispositivos de desplazamiento independiente, regulados por un sistema electromecánico común que los mantenga alineados. Otra opción es que el movimiento sea regulado automáticamente por la propia posición del nivel, con lo que puede conseguirse una medida continua.
Un método que, a priori, parece atractivo, pero suele acarrear serios problemas, reside en ubicar la fuente o el detector, en un flotador dentro del depósito. En el interior, la fuente no se revisa con facilidad y existe el riesgo de que el flotador se deteriore. Por lo que respecta al detector, no es conveniente encerrarlo en un medio posiblemente agresivo donde la reparación de cualquier avería sería demasiado compleja.
En el caso de los áridos, su “nivel” no acostumbra a ser “horizontal” como en los líquidos. Así pues, cuando el depósito está lleno, el material puede presentarse como un montón cónico y las medidas son menos precisas. Para paliar este efecto al máximo, se disponen varios detectores a distintas alturas que reciben la emisión de una única fuente.
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Este sistema se destina a un gran número de aplicaciones. En la figura anterior aparecen algunas de las más destacadas: a) medida de nivel de un depósito esférico; b) depósito con servomecanismo para controlar la válvula de salida y determinar su nivel de fluido; c) control del llenado en productos de envasado. A este último suele incorporarse un actuador que rechaza los envases fuera de especificaciones en cuanto a demasiado llenos o demasiado vacíos.
En concreto, esta clase de control puede emplearse, entre otras cosas, para medir el nivel de los líquidos contenidos en depósitos de geometrías muy diversas, del arrabio fundido en altos hornos, de la carga contenida en vagonetas o carretillas, de sólidos granulares en tolvas y silos (cereales), de productos envasados, de capas de nieve, de carburantes en los depósitos de los aviones, de gases licuados en bombonas y líquidos de extintores, etc.
En la medida de niveles se emplean fuentes radiactivas encapsuladas, es decir, material radiactivo confinado en una cápsula inactiva de suficiente resistencia mecánica para impedir el contacto o la dispersión de dicho material. Existen, también, encapsulamientos especiales, diseñados y fabricados para resistir las pruebas más extremas: fuerzas de impacto, fuerzas de aplastamiento, inmersión en líquidos y tensión térmica.
Tras su fabricación y antes de ser suministradas, se someten a la prueba de hermeticidad para comprobar la ausencia de fugas. Este control debe repetirse de forma periódica durante la vida útil de la fuente. El frotis, o toma de muestra, puede hacerse sobre la superficie directa de la misma o sobre una superficie equivalente si la directa no es accesible. El contaje de las muestras se realiza con equipos de bajo ruido de fondo, calibrados con patrones. La periodicidad de las pruebas viene establecida por el C.S.N. en la autorización de instalación radiactiva.
En la elección del tipo de emisor más adecuado para llevar a cabo el proceso, hay que tener en cuenta su energía y penetrabilidad. A diferencia de la radiación gamma (de naturaleza electromagnética), las radiaciones alfa (núcleo de helio-4) y beta (electrón/positrón), cuentan con un alcance en el aire limitado que depende de su energía inicial. Así, las partículas alfa más energéticas no atraviesan más de unos pocos centímetros en el aire y solamente una porción de las partículas beta consiguen recorrer una distancia superior a 3 metros. Por tanto, a parte de algunas betas energéticas, las gamma son las candidatas idóneas para el proceso que nos interesa.
Como consecuencia de los riesgos asociados al manejo de fuentes radiactivas, es necesario introducir, en la construcción de las instalaciones, características especiales que no se requieren en áreas de trabajo convencionales. A tal fin, el diseño del sistema de vigilancia y protección radiológica aplicará los principios de limitación de dosis y optimización basados en el criterio ALARA: Toda exposición a la radiación debe mantenerse “tan baja como sea razonablemente posible” (“As Low As Reasonably Achivable”). Es decir, que el valor ALARA es el nivel de dosis efectiva colectiva por debajo del cual el coste de las medidas adicionales de Protección Radiológica sería mayor que el valor del beneficio conseguido.
En la técnica de medición de niveles, el riesgo radiológico al que están expuestos los trabajadores en condiciones de funcionamiento normal de la instalación, es el de irradiación externa. Las fuentes son encapsuladas y, salvo en caso de accidente, el origen de la radiación es exterior al organismo. Para disminuir este riesgo existen tres factores clave: el tiempo de permanencia, la distancia entre la fuente y el trabajador y el blindaje.
Cuanto menos tiempo se está expuesto a una fuente radiactiva, menos dosis se recibe. En consecuencia, es importante que no haya personal innecesario y que las tareas que deban hacerse en una zona cercana a la fuente, se ejecuten con la máxima rapidez. Para ello es básica la planificación de tareas, el conocimiento del trabajo a desarrollar, así como la práctica de simulacros en zonas de libre acceso.
Respecto a la distancia, hay que recordar que la irradiación producida por una fuente gamma puntual (o de pequeñas dimensiones) decrece con el cuadrado de la distancia. Es decir, que siempre se debe realizar la tarea encomendada lo más alejado de la fuente que sea posible. Con este objetivo se tienen que señalizar las fuentes, acotar y clasificar las zonas en función de los niveles de radiación registrados, e incorporar dispositivos de control remoto y herramientas de manejo a distancia.
Finalmente, tal y cómo se ha explicado al principio, la interposición de un espesor de material entre la fuente de radiación y el punto receptor hace que se atenúe la intensidad de radiación, siguiendo un comportamiento exponencial. En consecuencia, dicho material constituye un blindaje. La elección del mismo depende del tipo y energía de la radiación considerada. Los átomos pesados de alta densidad, como los del plomo, son ideales para la radiación gamma, ya que, por efecto fotoeléctrico, un gran número de fotones son absorbidos por los electrones más ligados de los átomos del blindaje. En cambio, la interacción electromagnética de las partículas beta con el núcleo de los átomos pesado produce radiación (de frenado) en el intervalo de frecuencias de los rayos X. Así pues los blindajes más eficaces para la radiación beta son materiales ligeros como el metacrilato o el aluminio.
Por lo que se refiere a su localización, los medidores de nivel que emplean fuentes de alta actividad deben colocarse en un edificio separado del resto de puestos de trabajo y, en caso de que la actividad no sea tan elevada, en un lugar poco frecuentado del propio recinto. El titular de la práctica clasifica y señaliza los lugares de trabajo, en función del riesgo de exposición y teniendo en cuenta la probabilidad y magnitud de las exposiciones potenciales.
En conclusión, la implementación de medidas de protección radiológica permite que puedan aprovecharse las características de las radiaciones ionizantes en el control de niveles industrial sin que ello suponga una exposición indebida para los trabajadores, que están sujetos a control dosimétrico y médico, para el resto de personal de la instalación y para el público en general.
Por la tarde, lejos de la torre.
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