Radiación ionizante

Achegándonos ao LHC

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 departículas 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 CMSCada 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) / (2000·10kg) ≈ 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 humanoA dose en Sieverts é igual a dose absorbida en Grays multiplicada por un factor de calidade chamado QEste 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.

AUTORES


Xabier Cid Vidal, Doutor en Física de Partículas (experimental) pola USC. Research Fellow in experimental Particle Physics no CERN, desde xaneiro de 2013 a decembro de 2015. Actualmente está no Depto de Física de Partículas da USC  ("Ramon y Cajal", Spanish Postdoctoral Senior Grants).

Ramon Cid Manzano, profesor de Física e Química no IES de SAR de Santiago de Compostela, e Profesor Asociado no Departamento de Didáctica das Ciencias Experimentais da USC. É licenciado en Física e en Química, e é Doutor pola Universidade de Santiago (USC).

CERN


CERN WEBSITE

CERN Directory

CERN Experimental Program

Theoretical physics (TH)

CERN Physics Department

CERN Scientific Committees

CERN Structure

CERN and the Environment

LHC


LHC

Detector CMS

Detector ATLAS

Detector ALICE

Detector LHCb

Detector TOTEM

Detector LHCf

Detector MoEDAL

 


NOTA IMPORTANTE

Toda a Bibliografía que foi consultada para esta Sección está indicada na Sección de Referencias

 


© Xabier Cid Vidal & Ramon Cid - rcid@lhc-closer.es  | SANTIAGO |

···