Laboratorio de metrología de radiaciones ionizantes

Paz Avilés, Néstor Cornejo, Cristina García, Xandra Campo, Natalia Chamorro, Miguel Embid, Mari Carmen Fernández, Francisco González, Eugenio Guantes, Marco Lombana, Milagros Mayoral, Marcos Mejuto, Roberto Méndez, Nuria Navarro, Oscar Oller, Virginia Peyrés, Milagros Pozuelo, Ana Isabel Sánchez-Cabezudo, Miguel Roteta
Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT)

1. Introducción

Desde el descubrimiento de los rayos X en 1895 por Wilhelm Conrad Röntgen, de la radiactividad natural por Antoine Henri Becquerel en 1896 y de la separación del radio por los esposos Curie, la humanidad se encontró con un nuevo fenómeno de la física que revolucionaría la ciencia y la sociedad en su conjunto.

La valoración cuantitativa de este fenómeno requería métodos experimentales y, por ende, se necesitaba disponer de magnitudes y unidades de medida bien establecidas para poder hacerlo. Ese campo estuvo plagado de sinuosas definiciones, hoy casi ininteligibles para nosotros. Así, la primera unidad de medida, utilizada hasta los años 30 del siglo XX, estaba ligada a la masa del ²²⁶Ra. A finales de los años 50 del mismo siglo, terminó por completarse la noción sobre el “número de transiciones nucleares espontáneas ocurridas en una sustancia por unidad de tiempo”, ligando la unidad definida como tal, el bequerelio, a la unidad de tiempo.

También en la definición de las magnitudes y unidades dosimétricas el camino fue complejo. Estas están descritas en función de la energía que la radiación ionizante transfiere a un medio dado por unidad de masa. Así, se definió la magnitud Exposición, con su unidad de medida, el roentgen (R), propuesta en 1928 por la “International Commission on Radiological Units and Measurements” (ICRU) para cuantificar la transferencia de energía de los fotones al aire, mediante la carga eléctrica liberada por unidad de masa, siendo 1 R (hoy fuera del Sistema Internacional de Unidades) = 2,58 × 10⁻⁴ C/kg.

Con el avance del conocimiento en dosimetría y protección radiológica, la magnitud exposición iba resultando insuficiente para cuantificar la energía depositada en la unidad de masa de cualquier material, incluyendo el tejido biológico. Esto llevó a la definición de nuevas magnitudes y unidades como la dosis absorbida, expresada en la unidad J/kg, que recibe el nombre especial de gray (Gy).

Por otro lado, las investigaciones en radiobiología condujeron a la conclusión de que la dosis absorbida no es suficiente para cuantificar el riesgo biológico producido por los diferentes tipos y energías de las radiaciones ionizantes, por lo que a partir de 1962, la ICRU y la “International Commission in Radiological Protection” (ICRP) han definido magnitudes específicas de protección radiológica, como el equivalente de dosis, la dosis equivalente en órganos y tejidos y la dosis efectiva, todas expresadas igualmente en la unidad J/kg, pero con el nombre especial de sievert (Sv), para dar cuenta de la diferencia con la unidad de la magnitud dosis absorbida. 

En el caso de la metrología neutrónica, su desarrollo estuvo inicialmente relacionado con su aplicación en el ámbito de la energía nuclear, tanto en las magnitudes físicas (o radiométricas), como en las dosimétricas o de protección radiológica. Posteriormente se puso de manifiesto la necesidad de medir adecuadamente también los neutrones producidos como partículas secundarias a partir de algunas interacciones de la radiación gamma o de los protones de alta energía, como ocurre en la radioterapia convencional o en la protonterapia, en el ámbito médico, o en la radiación de origen cósmico. Las mismas magnitudes aplicadas a las otras radiaciones se definen igualmente para el caso de los neutrones, con la particularidad de que se trata de partículas sin carga y su energía puede variar en muchos órdenes de magnitud. Además, el daño biológico también tiene una dependencia muy acusada de la energía de los neutrones incidentes. Todo esto hace que resulte difícil su medida.  

La aparición de estas nuevas magnitudes asociadas a las radiaciones ionizantes hizo necesario que los Institutos Nacionales de Metrología incluyeran los nuevos patrones asociados a estas, y es en este contexto en el que surge el Laboratorio de Metrología de Radiaciones Ionizantes (LMRI) del CIEMAT como laboratorio asociado al Centro Español de Metrología (CEM) en el campo de la radiactividad y las radiaciones ionizantes. El LMRI es el depositario de los Patrones Nacionales de las unidades derivadas de actividad (de un radionucleido), kerma, dosis absorbida y fluencia de neutrones, según el Real Decreto 533/1996, de 15 de marzo [6.1], la Orden ITC/2581/2006, de 28 de julio [6.2], la Orden ICT/149/2020, de 7 de febrero [6.3] y la Orden ICT/953/2022, de 3 de octubre [6.4].

El LMRI del CIEMAT es el responsable, en nombre del Estado y bajo la supervisión del CEM, de la custodia, conservación, mantenimiento y diseminación de los patrones nacionales de dichas unidades derivadas. Su sistema de gestión de la calidad se basa en la norma UNE-EN ISO/IEC 17025 [6.5] y está aprobado por el Comité Técnico de la Calidad de la Asociación Europea de Institutos Nacionales de Metrología (EURAMET) y por el Comité Conjunto de los Organismos Regionales de Metrología (JCRB) y la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM). Las capacidades de calibración y medición del laboratorio (CMCs) están reconocidas en el marco del Acuerdo de Reconocimiento Mutuo (MRA) del Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) y publicadas en el Apéndice C del acuerdo CIPM-MRA [6.6]. 

El LMRI comprende tres áreas de trabajo, coincidentes con las secciones del Comité Consultivo para las Radiaciones Ionizantes (CCRI) del CIPM. Estas secciones son: Sección I: Rayos X, radiación gamma y partículas cargadas, Sección II: Mediciones de Radionucleidos, Sección III: Mediciones de neutrones. A continuación, se describen los laboratorios del LMRI que corresponden a las diferentes áreas de trabajo.

2. Laboratorios de rayos X, radiación gamma y partículas cargadas

Los laboratorios de esta sección tienen la misión de proporcionar el soporte metrológico para garantizar la trazabilidad de las mediciones de las dosis de radiación ionizante. Estas mediciones son esenciales para la protección de las personas profesionalmente expuestas, los pacientes sujetos a tratamientos o a exámenes de diagnóstico médico con radiaciones ionizantes, así como la población en general, expuesta a la radiación ionizante de origen natural o a aquella producida por las diferentes aplicaciones pacíficas y militares de la energía nuclear.

A continuación, se describen brevemente los laboratorios correspondientes a esta sección.

2.1. Laboratorio de referencia para la radiación gamma en niveles de protección

En este laboratorio se utilizan fuentes de ¹³⁷Cs y ⁶⁰Co en irradiadores de fabricación nacional, que proporcionan un amplio rango de niveles de radiación, desde los que están cercanos al fondo natural hasta aquellos valores elevados, como los encontrados en situaciones de emergencia radiológica. El laboratorio trabaja en base a procedimientos de medida de referencia conformes con la norma UNE-EN ISO 4037 [6.7]. La trazabilidad de las mediciones se obtiene mediante un patrón de medida primario propio, basado en cámaras de ionización de cavidad, de paredes de grafito (Figura 1) y con grado de equivalencia metrológica establecido respecto al patrón internacional mantenido por el BIPM [6.8].

2.2. Laboratorio de referencia para los rayos X

El laboratorio proporciona la referencia nacional para las calibraciones de monitores de radiación y dosímetros personales en haces de rayos X, con fines tanto de protección radiológica como de control de las exposiciones de los pacientes y el personal sanitario en radiodiagnóstico. Los haces de rayos X de referencia se logran mediante un generador de potencial constante, con un sistema de filtros ajustable a la salida del foco para obtener los diferentes espectros de energía según la calidad requerida (Figura 2). El laboratorio trabaja en base a procedimientos de medida de referencia conformes con las normas internacionales, como la norma UNE-EN ISO 4037 [6.7]. La trazabilidad metrológica se establece actualmente a partir de cámaras de ionización calibradas frente al patrón primario del Laboratorio Nacional Alemán “Physikalisch-Technische Bundesanstalt” (PTB). Además, este laboratorio dispone de un espectrómetro HPGe de alta resolución, utilizado para la caracterización espectrométrica de todas las calidades de rayos X, la obtención de los valores de capa hemirreductora (HVL) y la determinación de los coeficientes de conversión para las magnitudes operacionales de dosis. Este equipamiento permite complementar los métodos dosimétricos tradicionales con un análisis espectrométrico detallado, mejorando la exactitud y la trazabilidad de las medidas. Asimismo, la espectrometría posibilita establecer y reproducir nuevas calidades de radiación, especialmente relevantes en el ámbito del diagnóstico médico y las aplicaciones emergentes, como la braquiterapia electrónica o la tomografía computarizada espectral (Spectral CT).

2.3. Laboratorio de referencia para la radiación gamma en niveles de terapia

El laboratorio proporciona la referencia metrológica nacional para las calibraciones de los sistemas de dosimetría clínica utilizados en la cuantificación de las dosis de radiación recibidas por los pacientes durante los tratamientos de radioterapia. Dispone de un irradiador con una fuente encapsulada de ⁶⁰Co, colimada para obtener un campo homogéneo de dimensiones bien definidas y elevados niveles de radiación a la distancia de referencia (Figura 3). El laboratorio trabaja en base a procedimientos de medida de referencia estandarizados por organismos internacionales como el OIEA [6.9], la Comisión Internacional para las Unidades y Medidas de la Radiación (ICRU) [6.10] y el BIPM [6.11]. Los patrones de medida del laboratorio están constituidos actualmente por cámaras de ionización calibradas directamente frente al patrón de referencia primario mantenido por el BIPM [6.12]. El grado de equivalencia metrológica de los patrones del laboratorio respecto a la referencia internacional está establecido y publicado en la base de datos de las comparaciones clave del BIPM [6.13].

2.4. Laboratorio de referencia para la radiación beta

El laboratorio proporciona la referencia metrológica para las calibraciones de los equipos destinados a la determinación de las dosis de radiación ionizante que se pueden recibir en las diferentes aplicaciones de la radiación beta. En particular, son relevantes en este caso las dosis absorbidas en la piel y en el cristalino del ojo. El laboratorio cuenta con un irradiador con fuentes de radiación beta calibradas, con los siguientes radionucleidos:  ⁹⁰Sr/⁹⁰Y, ⁸⁵Kr y ¹⁴⁷Pm (Figura 4). Se trabaja en base a procedimientos de medida de referencia conformes con la norma ISO 6980 [6.14] y la trazabilidad metrológica parte de las fuentes calibradas frente al patrón primario del PTB.

3. Laboratorios para las mediciones de radionucleidos

Los laboratorios de esta sección son los responsables de mantener los patrones nacionales de la magnitud actividad (de un radionucleido) cuya unidad es el bequerelio (Bq). Para ello, cuentan con instalaciones específicas para la preparación y medida de patrones de emisores alfa, beta y gamma, así como para la calibración de monitores de contaminación superficial y activímetros.

En el campo de la magnitud actividad, estos laboratorios trabajan en:

• El establecimiento de nuevos patrones y técnicas de medición que permiten definir los Patrones Nacionales de actividad de radionucleidos.
• Asegurar la trazabilidad internacional de los Patrones Nacionales mediante cumplimiento de los requisitos del “Mutual Recognition Agreement of the National Institutes of Metrology” (MRA), promovido por el Comité International des Poids et Mesures, estableciendo un Sistema de Gestión de la Calidad UNE-EN ISO 17025 [6.5] y participando en las Intercomparaciones Clave del CIPM/BIPM, en las suplementarias de EURAMET y en el “Système International de Référence” (SIR) del BIPM.
• La diseminación de los patrones mediante la preparación y calibración de muestras radiactivas de referencia de distintos radionucleidos con sus correspondientes certificados de calibración.

A continuación, se describen brevemente los laboratorios correspondientes a esta sección.

3.1. Laboratorio de patrones alfa

Es responsable del mantenimiento y diseminación del patrón nacional de actividad alfa. Para ello, dispone de métodos de preparación y calibración de los patrones alfa que consisten en fuentes sólidas y disoluciones radiactivas que se distribuyen a los clientes que las solicitan para obtener su trazabilidad al patrón nacional alfa. Los clientes suelen ser universidades, centros de investigación y empresas que realizan medidas de radionucleidos emisores alfa para estudios ambientales, geológicos y dataciones, principalmente.

• Las fuentes sólidas se utilizan fundamentalmente para la calibración de los equipos de medida alfa, tanto para conocer su eficiencia geométrica como para la calibración en energías en las medidas espectrométricas que comúnmente se hacen en equipos con detectores de semiconductor.
• Las fuentes líquidas (disoluciones) se utilizan para la puesta a punto de métodos de medida de emisores alfa, para validar procedimientos; preparar fuentes para otras técnicas de medida como la medida alfa total en contadores proporcionales; y como trazadores radioquímicos para conocer el rendimiento de los procesos radioquímicos de medida de emisores alfa.

La calibración de estas fuentes se realiza mediante su medida en una cámara de ionización con reja de geometría 2π y/o en cámaras alfa con detectores de semiconductor o mediante ángulo sólido definido.

Además, el Laboratorio dispone de dos patrones primarios para la medida de partículas alfa mediante el método primario de Detección por Ángulo Sólido (DSA): uno de ángulo sólido fijo y otro de ángulo sólido variable, que permiten realizar determinaciones absolutas de actividad con trazabilidad metrológica al Sistema Internacional de unidades (SI). Este método es uno de los ejemplos más representativos de método primario utilizado para la medida de emisores alfa. El principio es sencillo de explicar: las partículas alfa se emiten en todas direcciones. Sin embargo, cuando colocamos una fuente en un detector, esa emisión ideal se ve alterada por fenómenos como la autoabsorción (partículas que se frenan dentro de la propia fuente) o la retrodispersión (partículas que rebotan y cambian de dirección). La clave del método es medir bajo un ángulo muy pequeño y controlado, justo en la dirección perpendicular a la fuente. En esas condiciones, los efectos de autoabsorción y retrodispersión son mínimos, y lo que se mide es mucho más representativo de la emisión “real” del radionucleido. A partir de ahí, conociendo con gran precisión las dimensiones geométricas del sistema y la eficiencia del detector, es posible extrapolar al ángulo completo de 4π y obtener la actividad absoluta de la muestra. En el caso de partículas alfa, este método alcanza incertidumbres muy bajas, inferiores al 1 %, lo que lo convierte en una herramienta de referencia para establecer patrones nacionales.

3.2. Laboratorio de medidas por centelleo líquido

Se realiza la calibración por centelleo líquido mediante los métodos de calibración CIEMAT-NIST y Triple-to-Double Coincidence Ratio (TDCR). Esta técnica, basada en la medida de la tasa de fotones UV producidos por una muestra radiactiva líquida, es aplicable a todo tipo de emisores. El detector es en realidad un líquido centelleador, constituido por una disolución de varias sustancias orgánicas a las que se incorpora la muestra radiactiva. La energía de la radiación emitida es absorbida por el disolvente, transferida a los líquidos centelleadores y emitida finalmente en forma de fotones de luz UV con longitudes de onda adaptadas a los tubos fotomultiplicadores. De esta forma, se logra evitar la autoabsorción y se consigue una geometría de detección 4π.

El cálculo de la eficiencia de detección se realiza aplicando modelos teóricos, basados en la descripción estadística del fenómeno físico que tiene lugar en el contador. La respuesta del centelleador se simula considerando cómo se transforma en fotoelectrones la energía depositada en el centelleador, la probabilidad de detección de un determinado pulso de centelleo y la naturaleza del proceso de desintegración del radionucleido de interés.  El método de calibración CIEMAT/NIST es semiempírico, y además de los cálculos teóricos, necesita la caracterización de la respuesta del detector empleando un radionucleido estable o trazador, generalmente ³H. Puede emplearse con contadores de centelleo convencionales de dos fototubos. El método TDCR requiere el empleo de contadores con tres tubos fotomultiplicadores (figura 5). Está basado en la relación directa entre la eficiencia de detección y la relación entre el número de coincidencias triples y dobles detectadas con los tres fototubos. Utilizando el modelo teórico y esta relación es posible determinar la eficiencia absoluta de detección sin necesidad de emplear ningún patrón.

Para llevar a cabo estas medidas, el laboratorio dispone de cuatro contadores de centelleo líquido, dos de ellos convencionales o de dos fototubos y otros dos específicos para la calibración por el método TDCR, provistos de tres fototubos. Uno de estos últimos contadores es un prototipo diseñado y construido en el CIEMAT, en funcionamiento desde 2016 (figura 5).

3.3. Laboratorio de espectrometría gamma y X

Otro enfoque primario es el recuento 4πγ. En este caso se trata de aprovechar la enorme cantidad de radiación gamma emitida por algunos radionucleidos. La idea es rodear prácticamente a la muestra con un detector de centelleo de pozo de gran tamaño, de modo que los fotones emitidos sean detectados en una geometría cuasi 4π. De esta forma se alcanza una eficiencia de detección muy cercana al 100 %, lo que minimiza las correcciones y permite una medida directa de la actividad. Además, gracias al llamado efecto de suma, en el que varias transiciones gamma consecutivas son registradas conjuntamente, se reduce aún más la incertidumbre del resultado. Este método es especialmente valioso para radionucleidos con abundantes emisiones gamma, y se emplea de manera rutinaria en la estandarización primaria de varios de ellos.

Frente a los métodos primarios, que requieren instalaciones especializadas y procesos de medida complejos, los métodos secundarios permiten transferir la trazabilidad a los usuarios finales de forma más directa. Un ejemplo de estos métodos utilizados en el LMRI es la espectrometría gamma con detectores de germanio ultrapuro (HPGe), con un uso muy extendido en laboratorios de investigación, así como los activímetros utilizados en hospitales. Esos equipos no proporcionan por sí mismos una medida absoluta de la actividad sino que necesitan ser calibrados previamente con patrones certificados preparados en el LMRI a partir de métodos primarios. Una vez calibrados, los HPGe pueden utilizarse para cuantificar la actividad de una gran variedad de muestras ambientales, industriales o biomédicas con buena exactitud y rapidez. Así, actúan como puente entre la metrología de referencia y las aplicaciones prácticas de la radiactividad en la sociedad.

3.4. Laboratorio de coincidencias

En el proceso de desintegración radiactiva es habitual que, tras la emisión de una partícula cargada (α ó β), el núcleo quede excitado y emita radiación gamma hasta alcanzar el estado fundamental. Este efecto da lugar a la emisión casi simultánea de, al menos, dos partículas, una con carga y masa, y otra de naturaleza electromagnética. La medida simultánea de ambas emisiones, cuantificar su número, así como las coincidencias entre ellas, es la base de un método primario de calibración en actividad de muchos radionucleidos.

El método, en muchos casos, no precisa del conocimiento de las probabilidades de emisión de las partículas, sean cargadas o sean fotones, lo que le otorga la calificación de método absoluto con muchos radionucleidos. Para ello, el LMRI dispone de tres equipos diferentes: 1) contador proporcional presurizado para la detección de partículas cargadas en combinación con un detector de NaI(Tl) para la detección de la radiación gamma, 2) Sistema de centelleo líquido con dos fotomultiplicadores y un detector de NaI(Tl) y 3) detector de centelleo plástico con dos fototubos y un detector de germanio

3.5. Laboratorio de medidas de radón.

El radón es un gas noble radiactivo proveniente de la cadena natural del uranio, que tiende a acumularse en el aire de espacios cerrados de viviendas y puestos de trabajo. El riesgo de exposición a la población se conoce a través de numerosos estudios, que han identificado al radón como la segunda causa de cáncer de pulmón a nivel mundial tras el tabaquismo.

Para atender a la necesidad de realizar campañas de medidas a gran escala según el Plan Nacional contra el Radón, el laboratorio se encuentra en su fase final de montaje. Con el doble objetivo de proveer fuentes de gas medidas con la menor incertidumbre posible y calibrar equipos de medida en campo, estará formado por dos elementos principales:

• Patrón primario de medida de actividad de radón mediante conteo por ángulo sólido definido. El sistema funciona en condiciones de vacío, permitiendo la condensación de una muestra de gas radón en una superficie enfriada a -200 ºC, obteniéndose así una fuente plana semejante a una fuente sólida. Las partículas alfa emitidas que hayan sido registradas en el detector de silicio sito dentro de la cámara conformarán el espectro de radón y sus descendientes, que se calibrará en actividad mediante la técnica de ángulo sólido definido descrita anteriormente. Tras la medida, la muestra se transfiere a un bote metálico que permite su transporte.
• Cámara secundaria de calibración de equipos de medida de radón en aire. Con un volumen interior de 3 m³ y control de las variables ambientales (temperatura, presión y humedad relativa), al introducir una muestra del patrón primario es posible calibrar equipos comerciales de medida de radón en la unidad Bq/m³.

Se espera que el laboratorio esté en operación a lo largo de 2026 para dar servicio a instituciones públicas y empresas privadas especializadas, además de colaborar en proyectos de I+D a nivel nacional y europeo.

4. Laboratorio de Patrones Neutrónicos.

El Laboratorio de Patrones Neutrónicos del CIEMAT (LPN) constituye el laboratorio de referencia nacional en metrología neutrónica y tiene el deber, bajo la supervisión y coordinación del CEM, de establecer, mantener y diseminar el patrón nacional correspondiente a la magnitud fluencia neutrónica, cuya unidad es el inverso de la unidad de superficie (m^-2). Este patrón está materializado para los campos neutrónicos del ²⁵²Cf y del ²⁴¹Am-Be(α, n) recomendados por la norma ISO 8529-1 para la calibración de equipos, mediante fuentes neutrónicas de ²⁵²Cf (0,236 µg, 5 GBq), ésta calibrada en el NIST (USA), con una tasa de emisión a fecha de 20-05-2012 de B = 5,47·10⁸ s^-1) y de ²⁴¹Am-Be(α, n) (185 GBq), ésta calibrada en el CMI (Rep. Checa) con una tasa de emisión B= 1,11·10⁷ s^-1 a fecha de 1-1-2012.

La fuente de ²⁵²Cf es de pequeñas dimensiones (Fig. 8), estando contenida en una doble cápsula cilíndrica de 10 mm de altura por 7,8 mm de diámetro. La producción de neutrones se produce por emisión espontánea siendo su energía promedio de 2,13 MeV. Debido a que el periodo de semidesintegración del ²⁵²Cf es de tan sólo 2,64 años, la fuente actual está ya muy decaída y a lo largo de 2026 incorporaremos una nueva fuente con características similares.

Por otro lado, la de ²⁴¹Am-Be (α, n) es considerablemente más grande, estando contenida en el interior de una doble cápsula cilíndrica de 48,6 mm de altura por 19,1 mm de diámetro. En su interior alberga una mezcla de AmO₂ y polvo metálico de ⁹Be, siendo el primero un emisor de partículas α, y produciéndose los neutrones por la reacción de éstas con el ⁹Be. Su periodo de semidesintegración es en este caso de 432,6 años y su energía promedio es ligeramente superior, de 4 MeV.

Ambas fuentes, de gran intensidad en términos de emisión neutrónica, están a su vez alojadas en el interior de sendos porta-cápsulas de acero inoxidable, para permitir su manipulación remota en el interior de la Sala de Irradiaciones. Esta sala es un búnker con paredes de 1,25 cm de hormigón, de dimensiones 9 m (longitud) x 7,5 m (anchura) x 8 m (altura) según las recomendaciones de la norma ISO 8529-1 [6.17] que establece las dimensiones mínimas que debe tener una instalación de calibración neutrónica para limitar el efecto sobre la medida de los neutrones retrodispersos por las paredes, suelo y techo. Como blindaje neutrónico se emplea agua, por lo que las fuentes se almacenan en el fondo de una piscina de agua de 1 m de anchura por 1,5 m de longitud y más de 1 m de profundidad que se cierra con una tapa de hormigón de 2,5 toneladas. Un sistema de manipuladores controlados de forma remota permite seleccionar la fuente para irradiar, mediante un manipulador cartesiano, y depositarla en un carro unido a un elemento vertical, denominado lanzadera, que permite elevarla en menos de 1 segundo, hasta la posición de irradiación en el centro geométrico de la sala, a 4 m de altura sobre el nivel del suelo. Unido a este sistema la instalación cuenta también con una bancada de 3 m de longitud y elevada 2,5 metros que permite posicionar los equipos a irradiar sobre una plataforma totalmente automatizada de modo que permanezcan alineados con la fuente  (Fig. 9). Todos los sistemas han sido diseñados con tecnología española por la empresa ENWESA a propuesta nuestra y se controlan remotamente desde una computadora de la Sala de Control de modo que es posible seleccionar la fuente, los tiempos de irradiación, las posiciones de los equipos sobre la bancada y demás parámetros de interés.

El acceso al búnker se realiza a través de una puerta blindada deslizante de más de seis toneladas de peso. Está compuesta por ladrillos de un hormigón especial desarrollado específicamente para nuestra instalación, CONTEK® RNH1, que presenta un alto contenido tanto en boro, que se incorpora como árido de colemanita en el proceso de fabricación, como de hidrógeno. Se trata de un producto español patentado por la empresa ARRAELA que es un ejemplo del I+D que ha generado el LPN ya desde la etapa de diseño y construcción.

Se cuenta también con un patrón de Cf moderado por agua pesada, ²⁵²Cf + D₂O, en el cual la fuente de ²⁵²Cf se introduce en una esfera de 30 cm de diámetro de agua pesada consiguiendo de esta forma un espectro neutrónico muy epitérmico, con una energía media de aproximadamente 0,5 MeV.

En estos momentos existe un proyecto para desarrollar una pila de grafito que producirá un campo puramente térmico y que permitirá calibrar equipos de medida neutrónica en este rango de energías, completando así la oferta del LPN.

Por último, y como parte también de este proyecto, se está diseñando un patrón primario que permitirá la calibración de las fuentes neutrónicas. Se trata de un método absoluto para determinar la tasa de emisión de la fuente mediante la activación del ⁵⁵Mn contenido en una solución de MnSO₄ en la que se introduce la fuente.  Se emplea una esfera de 1,2 m de diámetro rellena con MnSO₄, en cuyo centro se sitúa la fuente neutrónica. Los neutrones emitidos por la fuente son capturados por el ⁵⁵Mn formando ⁵⁶Mn que decae por β- a ⁵⁶Fe con la emisión de uno o más gammas con una vida media de 2,578 78 h. Las medidas de la actividad del ⁵⁶Mn mediante un NaI:Tl  permiten determinar la tasa de emisión. La eficiencia se determinará mediante la técnica absoluta 4πβ-γ. En nuestro caso contamos con el soporte de la instalación IR13 del LMRI que es depositaria del patrón nacional de emisores β-γ mediante esta técnica de coincidencias.

Con las fuentes descritas el LPN da servicios de calibración tanto de dosímetros de área como personales en las magnitudes de tasa equivalente de dosis ambiental, H*(10), y personal, H_p(10) respectivamente. Estas magnitudes se derivan a partir de la tasa de fluencia aplicando los correspondientes coeficientes de conversión de fluencia a equivalente de dosis que están recogidos en la norma ISO 8529-3 [6.18]. Por su parte la tasa de fluencia se obtiene directamente de la tasa de emisión de las fuentes calibradas, teniendo en cuenta su decaimiento y aplicando las correcciones necesarias que recomienda también la norma ISO 8529-2 [6.19].

5. Usuarios

Los usuarios de las calibraciones del LMRI son muy variados, y reflejan la importancia transversal de la dosimetría de las radiaciones ionizantes, la metrología de radionucleidos y la metrología de neutrones:

• Laboratorios de calibración acreditados, que se encargan de diseminar las unidades de medida hasta los usuarios finales, en instalaciones médicas, industriales, de investigación, docentes y asociadas a la defensa.
• Hospitales, que necesitan calibrar activímetros, monitores de radiación, dosímetros personales, cámaras de ionización y garantizar que las dosis de radiofármacos y los tratamientos administrados a los pacientes en medicina nuclear son seguras y correctas.
• Centros de investigación y universidades, que utilizan patrones para desarrollar métodos de detección, realizar estudios ambientales, geológicos o de datación, o validar nuevas técnicas de medida y que necesitan calibrar monitores de radiación y dosímetros personales.
• Laboratorios medioambientales, que requieren patrones para el control de radiactividad en aire, agua, suelos o alimentos.
• La industria nuclear, que necesita calibraciones para la caracterización de residuos, el control de procesos y la seguridad radiológica.
• Otras industrias, como la siderúrgica, que deben verificar la ausencia de contaminación radiactiva en la chatarra metálica que procesan o que necesitan calibrar sus equipos de protección radiológica.

Además de mantener y diseminar los patrones nacionales, el LNMR lleva a cabo proyectos de investigación para:

• Desarrollar nuevos sistemas y patrones de medida asociados a la dosimetría de las radiaciones ionizantes.
• Desarrollar la trazabilidad de nuevos radionucleidos de interés emergente, especialmente en medicina nuclear.
• Medir con mayor precisión datos nucleares fundamentales, necesarios para mejorar los modelos de desintegración.
• Mejorar la estimación de incertidumbres en la medida de la actividad.
• Dar soporte metrológico en el desarrollo de nuevos materiales y equipos de medida neutrónica, proporcionando campos neutrónicos de referencia.
• Proporcionar irradiaciones neutrónicas controladas que permiten estudiar el efecto de los neutrones sobre equipos, materiales y tejidos humanos.
• Realizar medidas de caracterización de campos neutrónicos en diferentes ámbitos de trabajo mediante espectrometría y dosimetría neutrónicas utilizando equipos propios.
• Participar en programas europeos financiados por la UE y EURAMET, lo que asegura que los avances de nuestro laboratorio contribuyan al progreso colectivo de la metrología internacional.

El laboratorio pone a disposición de todos los clientes los servicios descritos, los cuales podrán ser solicitados a través de su página web, mediante la descarga del documento correspondiente que deberá ser debidamente cumplimentado y remitido a la dirección que se le indica. El enlace que se puede utilizar es: https://www.ciemat.es/catalogo-de-servicios, desde el cual se accede a la Solicitud LMRI.

6. Referencias

6.1 Real Decreto 533/1996, de 15 de marzo, por el que se declara al Laboratorio de Metrología de Radiaciones Ionizantes del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), como laboratorio depositario de los patrones nacionales de las unidades derivadas de actividad (de un radionucleido), exposición (rayos X y Y), kerma y dosis absorbida, y como laboratorio asociado al Centro Español de Metrología.

6.2 Orden ITC/2581/2006, de 28 de julio, por la que se definen los patrones nacionales de las unidades derivadas, del sistema internacional de unidades, de capacidad eléctrica, concentración de ozono en aire, flujo luminoso, impedancia en alta frecuencia, par de torsión, potencia en alta frecuencia, resistencia eléctrica, ruido electromagnético en alta frecuencia, tensión eléctrica, actividad (de un radionucleido), kerma (rayos X y Y), dosis absorbida, ángulo plano, densidad de sólidos, fuerza, presión, volumen, atenuación en alta frecuencia, humedad e intervalo de medida de alta tensión eléctrica (superior a 1000 V).

6.3 Orden ICT/149/2020, de 7 de febrero, por la que se modifica el anexo del Real Decreto 648/1994, de 15 de abril, por el que se declaran los patrones nacionales de medida de las unidades básicas del Sistema Internacional de Unidades.

6.4 Orden ICT/953/2022, de 3 de octubre, por la que se declaran los patrones nacionales de las magnitudes fluencia neutrónica y corriente eléctrica para valores superiores a 1 000 A en corriente alterna de baja frecuencia e impulsional.

6.5 UNE-EN ISO/IEC 17025, 2017. Requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y calibración.

6.6 Mutual recognition of national measurement standards and of calibration and measurement certificates issued by national metrology institutes Paris, 14 October 1999, Technical Supplement revised in October 2003 (pages 38-41).

6.7 ISO 4037-1:2019. Radiological protection — X and gamma reference radiation for calibrating dosemeters and doserate meters and for determining their response as a function of photon energy Part 1: Radiation characteristics and production method.

6.8 Base de datos de las comparaciones clave del BIPM (KCDB). Comparación BIPM.RI(I)-K5. https://www.bipm.org/kcdb/comparison?id=63.

6.9 International Atomic Energy Agency. “Absorbed Dose Determination in External Beam Radiotherapy” IAEA. TRS-398 Rev.1 (2024).

6.10 International Commission on Radiation Units and Measurements, ICRU Report 90, Key Data For Ionizing-Radiation Dosimetry: Measurement Standards and Applications, https://www.icru.org/report/icru-report-90-key-data-for-ionizing-radiation-dosimetry-measurement-standards-and-applications/

6.11 BURNS D and KESSLER C, Re-evaluation of the BIPM international dosimetry standards on adoption of the recommendations of ICRU Report 90, Metrologia 55 R21, 2018: DOI 10.1088/1681-7575/aacb01

6.12 Base de datos de las comparaciones clave del BIPM (KCDB). Comparación BIPM.RI(I)-K1. https://www.bipm.org/kcdb/comparison?id=58.

6.13 Base de datos de las comparaciones clave del BIPM (KCDB). Comparación BIPM.RI(I)-K4. https://www.bipm.org/kcdb/comparison?id=62

6.14 ISO 6980. “Nuclear energy — Reference beta-particle radiation”. Parts I, II and III. International Organization for Standardization, Geneva, 2023

6.15 Metrologia 52 (2015). Uncertainties in Radionuclide Metrology https://iopscience.iop.org/issue/0026-1394/52/3

6.16 Metrologia 44 (2007). Special issue: Radionuclide metrology. https://iopscience.iop.org/issue/0026-1394/44/4

6.17 ISO 8529-1 Neutron reference radiations fields – Part 1: Characteristics and methods of production. International Organization for Standardization, Geneva, 2021.

6.18 ISO 8529-3 Neutron reference radiations fields – Part 3: Calibration of area and personal dosemeters and determination of their response as a function of neutron energy and angle of incidence.International Organization for Standardization, Geneva, 2023.

6.19 ISO 8529-2 Reference neutron radiations – Part 2: Calibration fundamentals of radiation protection devices related to the basic quantities characterizing the radiation field, International Organization for Standardization, Geneva, 2000.