Manual de Neutrometría - Universidad de Concepción

UNIVERSIDAD DE CONCEPCION
FACULTAD DE INGENIERIA AGRICOLA
DEPARTAMENTO DE RECURSOS HIDRICOS
MANUAL DEL MEDIDOR NUCLEAR
DE HUMEDAD DEL SUELO
Publicaciones para apoyo docente
Ricardo Matta Canga
2007
1. INTRODUCCIÓN
Cuando los materiales radiactivos son manipulados de acuerdo a las normas de protección
radiológica, se pueden utilizar con seguridad en el ambiente.
El público en general debe restringirse a la exposición de radiación durante el uso, almacenaje
y el transporte del equipo o material radiactivo en virtud de los procedimientos de
funcionamiento, almacenaje, transporte y restricciones legales impuestas por Ministerio de
Salud.
La protección del operador se obtiene con el entrenamiento, buen diseño del equipo y
conocimiento de las prácticas seguras radiológicas de trabajo (tiempo de exposición, distancia
de la fuente emisora y protección con blindaje adecuado).
Tipos de radiación.
Los diversos elementos naturales (radio) y los producidos por reacción (cesio y americio) son
inestables y están decayendo lentamente a un estado más estable. El acto de decaimiento
radioactivo produce emisiones de energía por desintegración de los átomos. Estas emisiones
son tanto radiación electromagnética (rayos gama) como partículas alfa y beta. Variados tipos
de emisiones se producen con otros materiales radiactivos; sin embargo, en este manual nos
referimos solamente a las radiaciones alfa y gama y a los neutrones resultantes, con el objeto
de ser utilizados en la medición de humedad del suelo.
Estas emisiones son detectadas por los detectores apropiados: Geiger Mueller para los rayos
gama y Trifluoruro de boro o helio para la medición de neutrones. Las señales resultantes
corresponden a índice de la densidad y de la humedad del suelo respectivamente.
Todas las fuentes radioactivas se proveen en una cápsula sellada de acero inoxidable,
doblemente encapsulado y soldado a una sonda de acero inoxidable, localizada en la zona
blindada del equipo.
Las fuentes radioactivas son fabricadas por las especificaciones y estándares internacionales.
Las fuentes radioactivas nunca deben quitarse de sus montajes y ninguna tentativa se debe
hacer repararlas por el operador del equipo. Solamente el fabricante debe realizar estas
manipulaciones de la fuente.
Elementos radioactivos usados en medición de densidad y humedad del suelo.
Las fuentes mas comunes son:
1. Cesio-137 para la emisión gama.
2. Americio-241/Berilio para la emisión del neutrón.
3. Radio-226/Berilio para las emisiones combinadas de la gamma y del neutrón.
Radiación Gama
La radiación gama es energía electromagnética de alta energía capaz de penetrar varios
centímetros en la mayoría de los materiales. Es útil para medir la masa total de materiales
pesados y se utiliza para determinar la densidad total del suelo.
La radiación gama es emitida en varios niveles de energía por una fuente sellada de Radio o
en un solo nivel de energía por una fuente de Cesio. El nivel de Cesio es 0.66 millones de
electronvoltios (MeV) y requiere menos blindaje que la salida de niveles múltiples de la fuente
de Radio. Además, la emisión fija del espectro es superior para los propósitos de la
determinación de densidad del suelo.
Las fuentes gamas son relativamente fáciles de blindar con material denso como plomo, uranio
agotado, tungsteno, etc.
Radiación neutrónica
La radiación de neutrones consiste en partículas pequeñas, sin carga, emitidas por una fuente
radioactiva en un nivel de energía medio de 5 MeV. Esto se conoce como emisión rápida del
neutrón. Los detectores del neutrón captan solamente neutrones lentos o termales; por lo tanto,
los neutrones rápidos deben retrasarse o no serán captados por los detectores. Los neutrones
retrasados chocan con otros objetos (especialmente elementos ligeros como el hidrógeno)
como una bala que rebota de roca en roca.
Una analogía simple es la de una pelota de tenis que choca con una pelota de fútbol. La pelota
de tenis rebotaría con poca pérdida de energía. Sin embargo, dos pelotas de tenis que chocan
entre si producirían una pérdida fuerte de energía en cada uno de ellas o una transferencia de
energía de una a otra.
Esto es lo que sucede cuando un neutrón rápido golpea un átomo de hidrógeno. El neutrón se
retrasa, pierde energía. Después de algunas colisiones (retrodispersión) con los átomos del
hidrógeno, un neutrón rápido se reduce a una energía lenta o termal que es captada por el
detector (cámara de ionización) del neutrómetro.
La emisión del neutrón ocurre cuando un emisor o partícula alfa (americio, plutonio o radio) se
mezcla con polvo de Berilio en una pelotilla firmemente comprimida. Las partículas alfa pulsan
los átomos del berilio para producir los neutrones rápidos de una energía media de 5 MeV. El
símbolo del Be se une al símbolo de la fuente de la partícula alfa para identificar el tipo de
fuente del neutrón (RaBe, AmBe, PuBe).
Las fuentes de neutrones son blindadas con moderadores hidrogenados (parafina o polietileno)
cuya capacidad de blindaje es levemente mayor que la moderación o termalización producida
por las átomos de Hidrogeno del agua presente en el suelo.
2. UNIDADES DE MEDICION DE LA RADIACIÓN
Actividad (unidad: Curie)
El curie (Ci) se define como la actividad de una cantidad de material radiactivo en la cual el
número de desintegraciones por segundo es 3.7E10 (un número casi igual que el número de
desintegraciones por segundo a partir de 1 gramo de radio).
Puesto que un Curie es una cifra larga de radioactividad, son de uso general las unidades de
milicurie (mCi) o microcurie (µCi).
Se utiliza también el Becquerel (Bq) como unidad de actividad. 1Ci = 37 GBq
Exposición (unidad: Roentgen)
Se define el Roentgen (R) como 2.58E-4 coulomb/kg aire. Esta unidad está definida solamente
para radiación X o gamma en aire.
Dosis absorbida (unidad: rad)
El rad es la unidad especial de la energía absorbida. Se define como la cantidad de radiación
de ionización que deposite 100 ergios/gramo de material. Para la mayoría de los usos, puede
ser asumido como 1 Roentgen = 1 rad.
Equivalente de la dosis (unidad: rem)
El rem es la unidad del de la dosis equivalente en el hombre. La dosis equivalente explica la
diferencia en la eficacia biológica de diversos tipos de radiación. Es el producto de la dosis
absorbida (rad) y del factor de calidad (QF) de la radiación. El QF para radiación X, gama y
beta es 1, para la radiación alfa 20 y, variando con la energía, entre 2 y 11 para los neutrones.
3. CARACTERÍSTICA DE NEUTRONES
El neutrón es una partícula muy común, puesto que es un componente básico del núcleo junto
con el protón. Es casi idéntico al protón de masa y tamaño, pero sin carga eléctrica.
Normalmente, permanece en el núcleo junto con el protón. El número de neutrones y de
protones es un número característico y se conoce como el número másico.
Fuentes de Neutrones
No hay emisores naturales de neutrones. Los radionucleidos que emiten neutrones se pueden
producir artificialmente, pero todos, excepto el Californio-252 (Cf-252), tienen períodos de vida
media demasiado cortos para ser útiles.
Aparte de la fisión espontánea de Cf-252, la única manera de producir fuentes de neutrones es
con reacciones nucleares, es decir, el bombardeo de Berilio con partículas alfa. Las fuentes
convenientes de partículas alfa son Polonio-210, Radio-226, Plutonio-239, y Americio-241.
Interacciones del neutrón con la materia
El neutrón posee una masa levemente más grande que la del protón. Como el neutrón no tiene
carga, no pierde su energía por la ionización. Un neutrón viaja en el medio sin interacción hasta
que choca con un núcleo atómico. La transferencia de energía máxima que puede resultar
ocurre cuando los neutrones chocan con los núcleos de los átomos del hidrógeno (protones)
que son de casi igual masa.
La interacción (colisiones) entre los neutrones y los núcleos de los átomos del hidrógeno se
denomina dispersión elástica, es decir, la energía cinética de los cuerpos que chocan se
conserva durante la colisión. En elementos más pesados, algo de la energía cinética del
neutrón se puede transferir a la energía interna del núcleo. En este caso, se produce una
dispersión inelástica, la energía cinética que se puede transferir al átomo es reducida, pero
suficiente para mover y excitar al núcleo. El núcleo excitado emitirá energía de excitación bajo
la forma de fotón gama u otra partícula. Las colisiones inelásticas tienen significación en la
atenuación de neutrones pero no desempeñan un papel importante en la producción de daño
en materia viva.
Atenuación de neutrones
La reducción total del número de neutrones remanentes en un flujo de neutrones luego del
paso a través de la materia se llama atenuación. El valor medio de la capa de materia (HVL)
es la cantidad de absorbencia específica necesaria para reducir la intensidad del flujo de
neutrones a la mitad de su valor original. La absorbencia específica del HVL es dependiente de
la densidad del material.
La atenuación de neutrones con energías de bajos MeV es más eficaz con hidrógeno.
Ejemplo: Calcular la atenuación debido al hidrógeno en un protector (blindaje) de agua de
1.5 m de espesor para neutrones de 8 MeV, si el HVL para el hidrógeno en el agua es de
9.25 centímetros.
El número de HVLs contribuidos por el hidrógeno en el protector (blindaje) de agua es
150/9.25 = 16.2.
La atenuación es (1/2) 16.2 o 1.3E-05.
4. ESTÁNDARES DE LA PROTECCIÓN CONTRA LA RADIACIÓN
Introducción
Los estándares de la protección contra la radiación se aplican a personas que trabajen con
elementos que producen radiación y a la población en general. Los estándares para la
población en general son de importancia puesto que sirven como base para muchas de las
consideraciones aplicables a la localización de instalaciones nucleares y del diseño y a la
puesta en práctica de los programas ambientales de vigilancia.
Límite ocupacional de la dosis
El límite ocupacional de la dosis para las personas que trabajen con elementos que producen
radiación es 5000 milirem/año al cuerpo entero.
Límite de la dosis de la población en general
El límite de la dosis para los miembros individuales del público es 100 milirem/año.
El límite prenatal de la dosis de la radiación. El embrión o feto es más sensible a la radiación
que un adulto debido a que las células se dividen más rápidamente. Por lo tanto, el límite de la
dosis es de 500 milirem para el período entero de la gestación y no más de 50 milirem en
cualquier mes del embarazo.
5. LOS RIESGOS DE SALUD ASOCIADOS CON EXPOSICIÓN A LA RADIACIÓN
No hay efectos biológicos mensurables bajo de exposiciones de 25-50 milirem. El efecto
principal de la exposición a la radiación es el cáncer.
Para poner esto en perspectiva, uno de cinco adultos morirá normalmente de cáncer por todas
las causas posibles. Así, en cualquier grupo de 10.000 trabajadores, se estima que 2.000
trabajadores morirán de cáncer sin la exposición a la radiación ocupacional. Si expusieran a
cada uno de este grupo de 10.000 trabajadores a una radiación de ionización de 1 rem, se
estima que 4 morirán de cáncer debido a esta exposición.
Esto significa que una dosis de 1rem puede aumentar la posibilidades de que un trabajador
muera de cáncer, de 20% a 20.04 %.
6. MÉTODOS PARA REDUCIR AL MÍNIMO LA EXPOSICIÓN
El ideal para reducir los riesgos a la salud es mantenerse expuesto a la radiación tan bajo
como razonablemente sea posible. Puedes limitar su exposición a la radiación usando tres
métodos: tiempo, distancia, blindaje.
Tiempo de exposición
La reducción del tiempo de exposición es un método muy práctico de protección contra la
radiación. Cuanto más corto es el tiempo de exposición a un campo de radiación, más baja es
la exposición total.
Distancia desde la fuente emisora
La distancia es una medida de protección muy eficaz y a menudo la protección más barata
contra la radiación. Pues si uno se mueve lejos de la fuente de la radiación la cantidad de
radiación a una distancia dada de la fuente es inversamente proporcional al cuadrado de la
distancia (ley de los inversos al cuadrado). Por ejemplo, una fuente de radiación que emita 100
mR/hr a 30 centímetros (0.3 metros) será de 1 mR/hr a 3 metros.
El blindaje
El blindaje es también una forma práctica de protección contra la radiación. Para partículas alfa
y radiación beta, se requiere muy poco blindaje para absorber totalmente las emisiones, en
cambio la radiación gama, la radiografía, y la radiación de neutrón se pueden reducir a niveles
aceptables con blindajes adecuados.




Las partículas Alfa son detenidas por una hoja de papel o la capa muerta de piel.
La radiación Beta es atenuada por madera de una pulgada o plástico de un cuarto de
pulgada de espesor.
Las radiografías y los rayos gama son atenuados por concreto, acero o plomo.
Los neutrones son atenuados por materiales ricos en hidrógeno.
Generalmente como la densidad y/o el espesor de blindajes mencionados se pueden
aumentar, la absorción de las emisiones radioactivas también se incrementa. Generalmente,
cuanto más alto es el número atómico del material de blindaje, mayor es su densidad.
7. DOSIMETRÍA
Los dosímetros son los dispositivos que cuantifican la cantidad de radiación a la cual se ha
expuesto a una persona.
Dosímetros termo luminiscentes (monitores de la exposición del cuerpo entero)
Los dosímetros termo luminiscentes, contienen viruta y polvo de fluoruro de litio, se utilizan
como monitores personales. La exposición de estos materiales a la radiación de ionización da
lugar a la captación de electrones en niveles de energía sobre los ocupados normalmente.
Cuando se calienta el dosímetro, estos electrones se liberan de la captación. Como los
electrones vuelven a sus niveles normales, desprenden una luz visible. La cantidad de luz
emitida se mide y es proporcional a la exposición del dosímetro a la radiación.
Precauciones en el uso de la dosimetría
Las virutas y el polvo de fluoruro de litio son altamente sensibles al calor y a la humedad.
Cuando no se ocupa el dosímetro debe almacenarse en un área libre de radiación de
ionización. Si se pierde, se contamina, se humedece o es expuesto al sol por largo tiempo se
debe notificar a la persona a cargo de estos dispositivos.
Distribución y uso de la dosimetría
La dosimetría se distribuye y regula según procedimientos establecidos y el tipo y la cantidad
de radiactividad.
Los dosímetros se deben cambiar semanal, mensual o trimestralmente, dependiendo del tipo y
cantidad de material utilizado en los diseños experimentales.
Expedientes de la dosimetría
Todos los expedientes de la dosimetría están en archivos que almacenan el historial de la
dosimetría. Si la exposición excede las pautas o en cualquier momento es inusualmente alta,
se notificará el incidente.
8. MEDICION DE LA HUMEDAD DEL SUELO
La medición de humedad mediante métodos nucleares se basa en las excepcionales
propiedades del hidrógeno para interaccionar con los neutrones. Las sondas de medición están
constituidas por una fuente emisora de neutrones rápidos y un detector de neutrones lentos,
que registra el número de neutrones frenados y termalizados por el medio. En la Figura 1 se
muestra configuraciones típicas de estos medidores.
Figura 1. Configuraciones típicas de un medidor de humedad.
Superficial (vista superior o planta) y Profundidad.
Principios físicos para medir la humedad del suelo con un Neutrómetro con sonda de
profundidad.
El funcionamiento de los Medidores Nucleares de Humedad está basado en la moderación o
frenado de Neutrones rápidos y su posterior detección mediante detectores de neutrones lentos
o térmicos.
Una fuente (Am-Be, etc.) emite neutrones de alta energía cinética (neutrones rápidos, >3eV),
estos interaccionan con los átomos que forman la materia circundante, principalmente por
colisiones elásticas, cediendo energía hasta alcanzar los mismos niveles energéticos que los
átomos del medio (neutrones términos, energía < 0.5 eV).
En una colisión, la máxima energía que podría transferir un neutrón se puede calcular
mediante:
E1  E2 
4A
E
2 1
1 A 
Donde:
E1 = energía inicial del neutrón
E2 = energía final del neutrón
A = masa atómica del átomo colisionado
De la ecuación anterior se desprende que en la colisión con un átomo de hidrógeno, el neutrón
podría ceder casi toda su energía, pero que con átomos más pesados sólo cedería una
fracción. Así por ejemplo, con el cobre sólo cedería un máximo de un 6.1% de su energía.
En la práctica, el neutrón sólo cede una parte de este máximo, necesitándose varias colisiones
antes de moderarse. En la tabla 1 se da el promedio de colisiones necesarias para moderar
neutrones de una mismo energía inicial.
TABLA 1. Número promedio de colisiones para moderar neutrones rápidos.
Elementos
N° de colisiones
H
18.2
Mg
227
Si
262
S
298
Ca
371
Fe
514
Mn
506
Es claro que el moderador más efectivo es el Hidrógeno, independientemente de su estado
químico, de modo que en medios con una composición elemental sin grandes variaciones, el
número de neutrones térmicos será directamente proporcional a la cantidad de hidrógeno
presente.
El Hidrógeno generalmente está formado parte de moléculas de agua, por lo cual se tiene una
relación directa entre su cantidad y el contenido de agua del medio. Luego, si se sitúa en
detector de neutrones térmicos junto a la fuente emisora de neutrones rápidos, se puede
establecer una relación entre la cantidad de neutrones detectados y el contenido de agua del
medio.
En la Figura 2 se muestra un gráfico de distribución de neutrones termalizados alrededor de
una fuente de neutrones rápidos, sumergida en un medio infinito en función de la distancia a la
fuente.
Flujo de neutrones térmicos
(h/cm²*seg)
1000
100
10
1
0.1
0
10
20
Distancia radial (cm )
30
40
Figura 2. Flujo de neutrones térmicos ( ) en función de la distancia a la fuente (cm.)
En dicha figura se aprecia que el máximo se encuentra a unos pocos centímetros de la fuente,
por lo cual los fabricantes de estos equipos sitúan los detectores a corta distancia de la fuente,
pero no en contacto con ella. En los medidores de profundidad, para reducir el diámetro de las
sondas, la fuente se sitúa en un extremo del detector. También se puede apreciar que la
distribución de neutrones térmicos tiene un límite, pudiendo desaparecer en el medio exterior y
la respuesta del equipo no variará. Este límite depende de la humedad del medio y se puede
estimar con:
 Kg 
LIM(c m)  28  27 * H

 lt 
Donde:
H = contenido de agua del medio (kg/lt) o (m³/m³)
En la Figura 3 se representa la respuesta de un instrumento del tipo superficial, al variar el
contenido de humedad del medio.
1
0.9
Respuesta relativa
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Hum edad volum étrica (m ³/m ³)
Figura 3. Respuesta de un medidor nuclear de humedad en función de la humedad
volumétrica.
Dentro de un rango apreciable (0 - 0.65 m³/m³) se puede considerar que la respuesta del
instrumento es lineal, es decir puede ser representada por:
I = AH + B
Donde:
I = respuesta relativa del instrumento
H = contenido de humedad del medio
A, B = constantes
De una manera similar a los medidores de densidad por retrodispersión estos equipos entregan
un promedio ponderado de la humedad del medio dentro del límite de medición. Esto se debe
considerar cuando se mide la humedad de terrenos que han sido recientemente regados; en
este caso la indicación entregada por el equipo será superior a la real, debido a la mayor
ponderación que el instrumento asigna a las capas más cercanas a la superficie.
Figura 4. Instalación y funcionamiento de un medidor nuclear de humedad.
Factores que afectan el funcionamiento del neutrómetro.
Rugosidad de superficie. Una brecha entre el instrumento y la superficie del sitio de medición
produce un efecto similar que en los equipos de densidad por retrodispersión. Este error es
proporcional al contenido de humedad, debido a que el límite de medición es inversamente
proporcional.
En los equipos Troxler este error es aproximadamente un 7%, para una humedad de 0.25
m³/m³ y una brecha de 1.25 mm.
Tiempo de conteo. Por razones de seguridad, la intensidad de la fuente de Am-Be, no es
suficiente como para tener una tasa de recuento similar a las obtenidas con los medidores de
densidad. Por esta razón las diferencias de error por variaciones estadísticas, son
significativas, según el tiempo de medición empleado.
En la Tabla 2 se muestran las precisiones de los equipos Campbell y Troxler para un medio
con H = 0.25 (kg/lt).
TABLA 2. Precisión de los equipos Campbell y Troxler en función del tiempo de conteo.
Tiempo de
conteo
(segundos)
15
60
240
Campbell
%
Troxler
%
3.3
1.67
0.83
4.08
2.04
1.021
Composición Química del medio. El instrumento básicamente mide el contenido de H aportado
por materiales orgánicos, abundantes en suelos agrícolas, agua de constitución, como es el
caso de suelos arcillosos, etc. y el agua libre existente en cualquier terreno. Si se realiza una
medición en algún terreno con estas características, las indicaciones del instrumento serán
superiores al contenido real de humedad o agua libre.
También existen elementos con gran poder de absorción de neutrones lentos y que
comúnmente, su abundancia es muy baja en los suelos normales (B, Cd, Cl,
etc.), pero que en el caso de terrenos cercanos a salares o costas marinas pueden encontrarse
en concentraciones apreciables. Si se realiza una medición en este tipo de terrenos, las
indicaciones del instrumento traen procedimientos manuales o automáticos de corrección, dado
lo común de estas situaciones.
Error esperado (EE). Considerando que el error de composición química del terreno puede
compensarse se ha calculado el EE de un equipo Troxler para 3 tiempos de medición y
H = 0.25 m³/m³ (Tabla 3). Se estima que los equipos Campbell deben producir errores
similares.
TABLA 3.
Error %
Tiempo de medición (segundos)
15
60
9.60
5.76
240
4.48
Operación de un neutrómetro.
La operación normal requiere que el operador esté a 30 cm. del equipo cuando libera la sonda
de la zona de blindaje, la hace pasar por el tubo de acceso y la detiene a la profundidad
requerida, esta operación debe ser rápida pero cuidadosa; para las mediciones sucesivas la
exposición es menor, pues la sonda se encuentra bajo la superficie del suelo.
Las sondas de profundidad del neutrómetro se diseñan para transportarse en un equipo que
tiene la manilla de tal forma que el área de la fuente emisora se lleva cerca de las
extremidades, a la altura de los tobillos, pero, además, por efecto del diseño se aleja unos 20
centímetros de la extremidad.
El neutrómetro se utiliza sobre todo para la investigación y el uso se restringe a lo más 5 meses
al año. En los casos en que el neutrómetro sea utilizado para efectos de regadío en empresas
agrícolas es probable que el período de uso se extienda a no más de 9 meses, que en algunas
regiones puede corresponder a la estación de crecimiento de un cultivo.
La radiación gama del neutrómetro es casi insignificante. La fuente de Americio-241/Be tiene
una salida gamma de poca energía que no se utiliza para la medición de humedad y que se
blinda internamente con una pequeña envoltura del plomo. La radiación gama en la superficie
del neutrómetro es de aproximadamente 1 mrem/hora que se reduce a menos de 0.05
mrem/horas a 60 centímetros del equipo.
La radiación de un neutrón termal es aproximadamente 0.2 mrem/hr en la superficie.
La radiación de un neutrón rápido es aproximadamente 4 mrem/hr en la superficie.
La radiación total de gama y de neutrón medida en el tronco en un individuo, con el
neutrómetro transportado por la manija, es aproximadamente 0.3 mrem/hr.
El ciclo de trabajo en proximidad cercana al neutrómetro es aproximadamente 2 horas/día
durante un día completo del trabajo.
Multiplicando el día del trabajo:
2 horas/día x 5 días x 0.3 mrem/hr de = acumulación 3.0 mrem en una semana
El neutrómetro es más seguro cuando la sonda está bajo la superficie del suelo en el proceso
de tomar lecturas. No se detecta ninguna radiación mensurable en esta operación.
Blindaje.
La ausencia de carga eléctrica hace que los neutrones sean muy penetrantes en la materia, y
por lo tanto sus interacciones sólo pueden ser posibles cuando los mismos se acercan a los
núcleos a distancias del orden del radio nuclear (mediante fuerzas de corto alcance). Por lo
tanto podemos dividir la interacción de los neutrones con la materia básicamente en reacciones
de dispersión y reacciones de captura.
Las reacciones de dispersión pueden ser elásticas e inelásticas. En las primeras el efecto neto
es un cambio en la dirección del neutrón, mientras en las segundas, además de dicho cambio,
el núcleo blanco queda en un estado excitado volviendo al estado fundamental mediante la
emisión de radiación gamma.
Las reacciones de captura ocurren básicamente con neutrones de baja energía. En dichas
reacciones el neutrón es capturado por el núcleo blanco, el cual queda en un estado excitado,
pudiendo volver al estado fundamental por emisión de radiación γ o de partículas (neutrones,
protones, β, α, etc.).
Surge como consecuencia que en la interacción de la radiación neutrónica con la materia
siempre hay presente además radiación gama o partículas, lo cual pone de manifiesto que el
problema del blindaje de neutrones es bastante complicado, ya que por lo tanto el material de
blindaje debe absorber además de los neutrones, otros tipos de radiación siendo la más
importante la radiación gama.
Para resolver el problema del blindaje de los neutrones, primero se debe frenar a los mismos
para luego absorberlos. Al primer proceso se lo denomina moderación. Durante la moderación
el neutrón efectúa choques elásticos e inelásticos con los núcleos del moderador tendiendo a
establecer un equilibrio térmico con los mismos (razón por la cual a los neutrones resultantes
se los denomina térmicos). Si tenemos en cuenta la masa del neutrón, vemos que el mejor
moderador es el hidrógeno, ya que posee casi la misma masa. En la práctica no se utiliza el
hidrógeno pues su baja densidad haría necesarios grandes volúmenes del mismo para obtener
una buena moderación. Por lo tanto se emplean materiales con un alto contenido de hidrógeno
y de densidad relativamente alta, como por ejemplo agua, parafina, polietileno, concreto, etc.
La segunda condición que debe cumplir un buen material blindaje es ser un buen absorbente
de neutrones. En este caso también resultan convenientes los materiales hidrogenados, por la
alta sección eficaz de absorción del hidrógeno para neutrones térmicos.
Dentro de cierta aproximación, la atenuación de neutrones a través de una capa de material se
puede representar mediante la expresión:
Donde:
I la intensidad del haz emergente.
Io es la intensidad del haz de neutrones incidente sobre el blindaje
ΣR se denomina sección eficaz efectiva de remoción, que depende de la energía inicial de los
neutrones y del blindaje.
Calibración
Considerando que estos equipos tienen una respuesta lineal, dentro de los rangos usuales de
humedad de suelos, la Cía. Troxler emplea solamente dos patrones para la calibración de sus
instrumentos. Un patrón ha sido fabricado con láminas de magnesio y polietileno, de modo que
su contenido de H, sea equivalente a una humedad de 0.641 m³/m³. El segundo patrón es de
magnesio y es equivalente a humedad cero. Midiendo estos dos patrones se pueden calcular
las constantes A y B de la ecuación:
I = AH + B
Donde:
I = respuesta relativa del instrumento
H = contenido de humedad del medio
A, B = constantes
La Cía. Campbell utiliza un procedimiento similar de calibración. Además, estos equipos tienen
la posibilidad de ser calibrados por el usuario, con sus propios patrones.
Detectores de radiación
Un detector convencional leerá solamente la salida gamma o beta del dispositivo. Solamente
los detectores específicos para neutrones los leerán.
La posesión de un detector no se requiere para el uso del neutrómetro.
Pruebas de escape de radiación
Todas las fuentes radiactivas se deben comprobar periódicamente. Las fuentes están
encapsuladas en acero inoxidable y la probabilidad de escape radiactivo es muy baja. Sin
embargo, una prueba anual es recomendable.
Almacenaje y fijación
El neutrómetro se debe almacenar en su caja y en contenedor con llave. Con acceso solo a
operadores autorizados. Se recomienda este almacenamiento permanente a más de 3 metros
del punto más cercano de trabajo a tiempo completo.
Fijar una “PRECAUCIÓN MATERIAL RADIACTIVO” permanente en la puerta del contenedor
Mantener una copia del manual e instructivo del neutrómetro y un cuaderno de registro del
movimiento del equipo.
9. TRANSPORTE DEL NEUTROMETRO
El neutrómetro se transporta en su caja y en el contenedor en la parte trasera del vehículo.
Se adhiere una etiqueta “PRECAUCIÓN MATERIAL RADIACTIVO” temporal en un lugar
visible del vehículo que significa que el campo de radiación fuera del contenedor es menor de
50 mR/hr y menor de 1.0 mR/hr a un metro de distancia.
Las instrucciones en este manual se aplican solamente al transporte a y desde un sitio del
trabajo.
Solamente los operadores autorizados pueden transportar y utilizar el neutrómetro.
El etiquetado de caja de transporte y equipo
La caja de transporte debe ser marcada con el siguiente:
SOLO PARA USO CON EQUIPO RADIACTIVO
El neutrómetro debe tener una etiqueta amarilla con la información siguiente:
Contenido: Am-241 o Cs-137 y Am-241
Actividad: (Total en GBq)
Índice del transporte: (Dependiendo del modelo)
Documentos adjuntos al transporte
Cuando neutrómetro es transportada en caminos públicos, se debe incluir una copia de los
documentos que identifiquen: procedencia del equipo, un instructivo de uso y procedimiento en
caso de accidente o robo. Estos documentos deben estar fácilmente visibles, disponibles y
reconocibles en caso de un accidente o de una inspección.
Inspección del equipo antes del transporte
Debe examinarse el equipo antes de que cada transporte para asegurarse de que está en
condiciones físicas intactas, a excepción de marcas superficiales y de que cada dispositivo de
la caja (bisagra, cerrojo, cierre, etc.) está instalado correctamente, asegurado y libre de
defectos.
Seguridad durante transporte
Los vehículos se deben equipar para proporcionar seguridad en el transporte.
Se recomienda un contenedor fijo y con llave en la parte trasera del vehículo, resistente al
pisoteo y golpes.
En caso de pérdida o de hurto, seguir las instrucciones en documentos adjuntos al transporte.