Achegándonos ao LHC

INICIO CERN LHC FÍSICA NO LHC DETECTORES MODELO ESTÁNDAR EDUCACIÓN LIGAZÓNS NOVAS E MÁIS GLOSARIO

NOVAS: Siga as novas...

 RADIACIÓNS IONIZANTES
 


A radiación nas áreas baixo terra e no túnel do LHC é producida pola interacción dos protóns co gas residual (beam gas interactions) ou cos núcleos dos átomos de calquera dos materiais que rodean aos feixes, tales como os colimadores, cables, criostatos, etc.
Cando os protóns circulan hai unha pequena pero continua perda de protóns ao longo do anel. Eses protóns perdidos interactúan co que estea preto da traxectoria dos feixes producíndose unha serie de partículas secundarias   como neutróns, pións, kaóns e outros protóns. Algunhas desas partículas secundarias teñen suficiente enerxía para interaccionar con máis materia e producir particulas de tercera xeración, e así sucesivamente. É o que se chama chuvieira hadrónica.
Os fragmentos nucleares resultados da chuvieira hadrónica son radioactivos e decaen nunha escala de tempo que vai duns segundos a varios días. É dicir,
o acelerador continúa a xerar radiactividade aínda que non estean circulando partículas por el.

Por tanto, todos os materiais (plásticos, aceites, cemento, aluminio, aceiro, ferro, cobre, etc) preto dos tubo por onde circulan os protóns, son radiactivos unha vez queo LHC entrou en funcionamento.

Os equipamentos electrónicos no túnel do acelerador e nas cavernas dos experimentos tamén resultan activados. O nivel desta activación radiactiva depende de varios factores: a cantidade de radiación recibida, a composición exacta do material, a posición na máquina e o tempo pasado desde a irradiación.
Polo tanto, non é doado predicir en cada un dos lugares, econ exactitude, os niveles de radiación remanente mentres o acelerador está parado.


Unidades Radiolóxicas.

O Gray [Gy]: Expresa a enerxía depositada pola radiación por kg de material irradiado: 1 Gray = 1 Joule/kg.
Esta é a unidade utilizada para expresar a cantidade de radiación recibida polo material no túnel durante a operación do LHC. A tolerancia do material do equipamento á radiación pode ser expresada en termos da cantidade de Grays que o material pode recibir sen entrar en fallo. Este límite coñecese como Dose de Inonización Total (TID-Total Ionising Dose) do material do equipamento.
Nalgúns casos, a vella unidade radiolóxica -rad- é aínda utilizada; 100 rad = 1 Gy.

Como xa se ten indicado, vanse producir unhas vinte interaccións en cada cruce de paquetes dando lugar a multiplicidades de aproximadamente 3000 partículas cada 25 ns. Por tanto, será moi alto o nivel de radiación ao que estarán sometidos os detectores.

Tomemos como exemplo o Central Barrel de 2000 toneladas do detector CMS. Cada segundo 600 millóns de colisións de 14 TeV ocorren no centro dese enorme cilindro, e imos considerar que a maior parte da enerxía desas colisións se deposita nesa parte do detector. Logo, a enerxía total depositada por ano (~300 días e 10 h/día) é:

(600·106 colisións/seg)x(14·1012 eV x 1,6·10-19 J/eV)x(300 días x 10 horas/día x 3600 seg/hora) ≈ 1,5 ·1010 J

Por tanto, a absorción de radiación por kilogramo de material no Central Barrel do CMS é en promedio:

Dose de Radiación Absorbida ≈ (1,5 ·1010 J) / (2000·103 kg)7500 Gray/ano

En realidade, o valor superará os 10 kGy/ano nas zonas máis expostas.

 O Sievert [Sv]: Expresa a dose recibida por un ser humano. A dose en Sieverts é igual a dose absorbida en Grays multiplicada por un factor de calidade chamado Q. Este factor -Q- depende do tipo de radiación e da enerxia da partícula para ter en conta os efectos biolóxicos. Os valores de Q varían entre 1 e 20 e teñen sido determinados pola International Commission for Radio Protection (ICRP).
Cando non hai feixes presentes no LHC, hai só radiación remanente causada por fotóns (R-X e gamma) e electróns (raios β de baixa intensidade). Neste caso é correcto tomar Q = 1, así que 1 Sv = 1 Gy.

Tamén se segue a usar a vella unidade rem: 100 rem = 1 Sv.  

O Becquerelio [Bq]: Unidade utilizada para definir a actividade dunha fonte radioactiva. 1 Bq corresponde a 1 desintegración por segundo. Material con actividade menor que 2 Bq/gramo é clasificada como non radiactiva.
Nalgúns casos, aínda se segue a usar o Curie: 1 Curie = 3·107 Bq.
Usualmente, a actividade nas zonas controladas do CERN exprésase en termos da velocidade da dose remanente en μSv/hr a 10 cm de distancia do obxecto.


Dose Límite.
O ICRP recomenda unha dose límite de 20 mSv/ano para traballadores en instalacións nucleares.
O CERN ten establecido unha dose límite de 15 mSv/ano para persoal específico, 6 mSv/ano para outros membros do staff e 1 mSv/ano para o resto de persoas.

É interesante comparar a dose adicional recibida polo persoal do CERN debido ao seu traballo, coa dose recibida por calquera persoa que viva no Pays de Gex (onde a maior parte do LHC está ubicado):


Dose Rate Límites.

As áreas controladas no CERN están clasificadas de acordo coa súa dose rate remanente. Na práctica será difícil obter autorización para realizar traballos nas áreas cunha dose rate por riba de 2 mSv/hr, mentres que en zonas con menos de 1 mSv/h é habitualmente admitido.

A dose rate remanente no Pays de Gex é aproximadamente de 0.1 μSv/hora ou 100 nano Sieverts/hora.




© Xabier Cid Vidal & Ramon Cid - rcid@lhc-closer.es  | SANTIAGO | Deseño orixinal de Gabriel Morales Rey