MEDIDAS DE ATENUACION DE RAYOS GAMMA POR

Revista
Mexicana
de Física
FAl
22 (1973) F AI-F AI6
MEDIDAS DE ATENUACION DE RAYOS GAMMA POR
MATERIALES DE CONSTRucaON
R. Cam eras y
irlStituto
de Física,
Rickards'
UnitJersidad
Gamm a ray anenuarion
AIlSTRACT:
J.
Nacional
coefficients
commonly used Mexican building
1.8 ~1eV. In order to co\'er the
(ensit)'
radioactive sources
channe1 pulse height
concrete,
mortar, bricks,
wvod) linear
employed.
La reCiente instalación
de Física
de la U.N. A ..\t..
tra la radiaciéo
• Asesor
Nacional
Ge(Li) detector
lucire,
de Energía
low in.
and different
coefficicnts
geometry
(basalt,
types oC
w('re obraincd
calculated.
del diseño
~uclear.
fo r
and
and a 4096
studied
de un nuevo pequeño acelerador
requirió
que produce dicho instrumento.
del Instituto
several
which alsa permined
glass,
thickncsses
0.1
This was possible
For each material
and mass auenuation
and tcnth.vaiuc
tO
analyzer,
between
encrgy interval
were
to be relaxcd.
h ave been roe asu red,
materials,
due to the use oC a semiconductor
resuictions
de México
de paredes
Una búsqueda
en el Institu-
pcot(.'croras
con-
en la literatura
FA2
Cam£'cas
y Rickards
de coeficientes
de atenuaCICIl de radiaciát
gamma por materiales
de construcción, nos indicó la escasez de información al respecto y la wtal carencia
de datos para materiales de uso común en México.
En particular era importan.
te conocer las propiedades atenuadoras de la piedra basáhica que se extrae
del Pedregal de San Angel, primero por su popularidad en la cOIlsrcuccióo
de
muros, y segundo por su alta densidad.
Ciertamente ('xisten muchísimas medidas de coeficientes
de atenuación, pero generalrnmte
para el<.mentos de alta pureza y a veces para el conCreto y el concreto baritado, que se usan en la construcción de laboratorios
en el ('xtranjero.
Uno de los crabajos clásicos es el de Davisson y Evan sI.
además existen excelentes rt'copilaciooes
de Berry2 y de lIubbe1l3, que cu~
bren un L-"IHlrm('
intervalo de energías de fotón.
El creciente empleo de substancias
radiactivas,
rayos X. acelerado~
res y reactores nucleares, demanda mayores cuidados contra los peligros 'lJe
implican sus radiaciones,
por lo que se decidió llevar a cabo las presentes
mt'diciones, que cubren energías de fotón entre 0,1 y 1.8 MeV, y a algunos dt,
los materiales de construcciál
más comunes como son: divL'rsos tipos de ma~
deras y tabiques, coocrero, morteros, yeso, lucita. vidrio)' piedra basáltica,
Las medidas se efectuaron con la geometría
del haz delgado en la
cual simplemenu' se intercalan las muestras entre la fuente radiacti,'a r el de~
tector.
La colocación y sus dimensiones se muestran en la figura 1, Los co~
limadores empleados fueron placas de plomo Con un taladro en ~u centro.
Se contó con un dc,tector de rayos gamma de germanio con litio difundi ~
do, Ge(Li), c'oyas excelentes características
de resoluciÓll sirvieron para siropli fi car considerahlem en.te ('1 arreglo experimental con resrt' ClO a medida s anteriores.
En la figura 2 se aprecia la resoluciÓl y cómo se pUL'dt'n distin~uir
entre sí los picos de cada (1lergía de la radiación,
En primer lugar, fu(' posible medir los coeficientes
a muchas t'ncrgías
simuitáneanH"IltL', Se cubrió ('1 in[('rvalo de energías usando fu <-TI tes radiactivas de 57Co, bO('o, 137Cs, 22Na y 2~Ra,
El espectro obtenido al sobr('pon('r
todas estas fuL'lItes de radiación es el de la figura 2. Los picos d(, más alta
l"tlergía producen un fondo de Compton bajo los dt, más baja (,fH'rgía, P('ro éstos son r('rf(~ctamenlL' dislin~uibks,
debiéndose hacer simpl('mente una resta
de flT!do. En el caso 22t1Ra, los picos se debl'n él di.stilltos producto:s de su
decaimicnto. como son el 21"Pb y el 2HBi,
En segundo lu~ar, d detector de Ge(Li) permitió el uso de fuentes
radiactinls
muy mod('stas.
Todas las fuentes empleadas tenían una inrensidad d(:1 orden d(, 10 j.1.ci, :\unque la ('ficj('ncia dd det{'cwr es mucho roL'nor
que la de uno de:--;a I(TI), exige menos cuentas para definir los picos,
Tardó
aproximadam(1)(e cinco horas d obtener la cun"a de ar<-11uación de un solo ma-
Atenuacir5n de ,ayos gamma ..
FA3
o
futntu
, ,
••;;;¡0l"""Ii __
o
Fi~.
roigo 20
E.~pcc(ro
pICll •.••
lo
Geometría
de ener~ías
del
si stema
de las
fuentes
2
1
IOcm
fut:nte-muestra-detl'l.:tur.
til' r;tdiación
f'
idelllificación
dl' 10_"
f A4
tedal
Cameras
a todas
no afec[an
las
La tercera
mension('s
más
necesitan
redes
inestabilidades
n'ntaja
reducidas
del equipo
d(,¡ dctector
nos
indica
como
electrónico.
es que permitiú
una ,IZ:{'om('uÍa de di.
las nomlales. y evitó d blindaje
exct-'si\'o
qU(:
Por ejemplo, la disp{'rsi(~ de radiaciÓl
por pao por la misma estruCtura
del eXp<'rimenw
y los colj~
que
O[rOS d('[("ChH('S.
y pisos
madores,
sadas
El mi.<;rnl' espectro
('f1erg;as esmdiadas.
las po~ibl(':-;
)' Rickards
cercanos
no pn:selJló
formaban
prohlcma
parte
del
alguno.
definidos.
También.
la radiaci{)n
matcrial('s
se sl'J",ró
perfectamente
ca de 0.510
~kV
quc
El equipo
S('
prcamplificador
uHrada.
;unplificador
que ('stas
por aniquilación
dando
radiaciones
disper-
y no de los picos
energías
de pare .•• <-11 todos
el pico de la {'ner~ía
bi(:n
estos
carac«:rísti-
\'c en d espectro,
(,Iccuónico
\'oltaj<:,
puesto
fondo de [Odas las
que se asoció
de bajo
Iincal,
ruido
analizador
al dct<:ctor
con transistor
de altura
fue:
fueo(e
d(, efecto
de pulsos
d(, al(O
d(, campo
a la
dc ,1096 canaks
Vidrio
o
Energio : O. 293 MeV
Espesores: 0,5,10,15y20cm
)'=0.272:+: 0.024
2000
<JO
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c:
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IJO
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140
110
130
~t,
..
~I-~-~----
140
110
130
140
Número de canol
¡: i,{:, ~.
Ej('mplo de ¡l[(:nu;lción
,Ht'nu;Hlor, mo'(r:lndos('
d(, un pico con di ."tinto~
la influencia
del fondo.
espesores
(('n
cm) ...1"-'
Atenuación
F A5
de rayos gamma ...
(de los que sólo se usarm 1024)marca llewlett-Packard,
impresora rápida y grafica-
dora.
Las lnedidas se hicieron
eo secuencia
distinta
a la de la curva
de
aU;"lluación para evitar posibles errores sistemáticos.
Se fueron intercalando
las muestras y registrando los picos correspundien tes a las di stio tas en crgÍas, uno de cuyos casos se puede ver en la figura 3.. Allí se ilustra también
cémo fue necesario
distingue
rf'star fondo, pero aún ('o los casos menos favorables
bien el pico.
Como era de esperarse,
pooeneiales
negativas
(J =1
0
las curvas de atenuación
exp(-¡.Lx)),
se semejaban
lo que se verificó al grafiear
a cxlos re-
137
Fuente
Cs:
E=0.662 MeV
Pino
+ Lucilo
t, Concrelo
o Bosollo
l.
1
lo
9
8
•
.7
.6
.5
.4
3
.2
.1
O
I
2
1
I
4
6
Fig. 4.
1
8
I
10
Cur ..•.
as de atcnuaClon
1
12
1._.--1.-_
14
típicas.
16
se
X (cm)
F,~6
sulrados
nos
Cameras
t:n rupel
tal como aparece
s('mi!oJ2;arÍrmico.
~' Hick arJs
en la figura 4 p<i..a algu-
ca-,>os.
Los coeficientes
de atenuación
lineal
da ennp.ía ('."ludiada. se obtuvieron a;ustan~ü
ponenCial negati\'a,
cuyo programa de cómpHo
para cada material y para .....
"1.
por mínimos cuadrados una exse elaboró para que también
j..L
TABL\ I
CARACTEIUSTICAS
M;:l[criaies
DE LOS MATERIALES
e afa el erÍs
CUY A ATENlJAUON
ti cas
SE MIllIO.
Den sidad
Prom (:dio
Pino
Cedro
0..18
Rojo
0.';0
Caoba
O. ';7
Encino
0.77
Tabiqut:
L ig.cro
y cal
T('pera(t'
Proporcién
desconocida
0.87
Luc j[a
20
líO
'I"abiqul"
HIljO
Ti po comp.leto
'\1ort(,w
( al/acula
-'lor fe ro 1I
Cemconw/arena
\kdio
Concreto
Ha~a¡to
doble.
( nnenw
prnporc
en proporciún
en prop()[clilll
arena/,gra\'a
TiI"-) compact0 de
70
1 :,1
2.00
2. ¡,1
)Illm
en
it,(l 1: 2:.í
in fe ri ore s
1:'1
2.10
capas
2.5ú
g,r/ cm 3
Atenuacion
de rayo." gamma ...
calculara
puede
el error
ponerse
estándard"'.
en duda
el ajuste,
por lo menos
las
de error
barras
FAi
Aunque
el significado
por el pequeilo
sirve
número
de guía
que se asocian
sobre
a los
de este
de pUlltos
la calidad
error
estándard
expcrimentales
del ajuste.
coeficientes
para
Estas
en las siguientes
son
figu-
ras.
Se escogieron
ra estudiarse,
sobre
ellos
re para
algunos
cuya
aparece
y la densidad
medida
caracterizar
riamente
deras
corresponde
según
al caso
libres
Esta
Por ejemplo,
puede
o:mentaIlOS
densidad
puede
es importan-
y no necesavariar
en las ma.
y aún por la cantidad
haber
variación
de hume-
por su proceden-
por el tipo de cemento,
de la piedra
muestras
compactas,
densidades
en ,\-.féxico pa-
nosotros,
panicular
se escogieron
Las
comunes
con algunos
usado
<'11los concretos
En el caso
de poro.
uno.
de cone,
tabiques
de producción,
gal de San Angel,
cada
más
1 junto
que hemos
el tipo
En los
empleados.
vieran
para
general.
su procedencia,
y método
y grava
en la tabla
los materiales
dad que contenga.
cia
de los materialc's
lista
medidas
arena
basáltica
del Pedre-
procurando
que estu-
son promedio
de varias
mues-
tras.
Los
ras
resultados
5 a 17, en fonna
para
cada
nuación
entre
ajustarse
Las
la densidad).
a los daros
Es costumbre
sidad
de la radiación
caso
usando
con tÍnua
aquí
cuntÍnuas
del
de ate-
(definido
)'0-,,"-
fu
del fotoo,
el c()efici<.llte
~ilzadas
:f,'"
de ("on"'~:,
(:'riai
ffi<1.T
a una d(;cima
de la derecha.
n(-c .•..~..lU
p-.'t,t':,
ca]~u!ado~.
IR
donde
de energías
de esperarse
En efecto,
los
menor
ambas
como
el
a ojo para
~n citar
_1
la capa
Detra reducir
Esw.
dé-
la inten-
se grafica
los v,dore ..•.,,>egún
coeficientes
dentro
en cada
la curva
Se espera
disciio
que las
de protecciones
prescnt(:'~
contra
de las medi-
por .\1oteff5
Esta
se hace
décimo-reductoras.
para
en la
En ca~i
wdo
ligeros,
es
dd lO;{,
son relativamente
que más afecta
la at('lluacii")f1
de atenuación
entre si. encontrándose,
según la energía.
ños, como se ve en la figura IY.
comparación
reportados
csrudiados
másicos
una
(2.3 gr/cm31.
capas
concuerdan
los materiales
que la propiedad
hacerse
anteriormente
ligeramente
se presentan
Como rodos
pU<.:(Í{'
Jaros
C<.J1'l
de densidad
el intervalo
fururo
energía
figu-
..•.
de materiales
el espesor
dt:l c:onc,eco
CJSU
presentadas.
concreto
figura
dan
en las
de atenu;ición_
En el
das
La~ curvas
experimentale
incidente
la '2scala
contra
de la izquierda
de atenu<."'.ción másica
en caso
{) sea
de at{'nuación
escalas
y el coeficiente
cimo-reductora,
se prc.':>cntan gráficamentc
de coeficientes
material.
lineal
lioeal
de las medidas
no t¡('(len
en intervalos
mediciones
radiación.
.•..
ca
la densid,ld.
,eran \-ariaci('n
relati\-,-lIn(:nr~'
peque-
ser',ir oc ~Uíil en ('1
Sin c::mbargo ('..., "'1 ,ortan r(;'
pucdan
Cameras
FA8
y Rickards
recalcar
que al diseñar no basta con aplicar la ley exponencial
con el coeficiente adecuado.
Parte de la radiación
no es absorbida
totalmente,
sino dispersada, y también puede producirse
('11 el aa'nuador
una nueva radiación (de
aniquilación
de pares).
Esto produce en cualquier
punto una radiaciéc.
secundaria proveniente de cualquier material de las cercanías, como muros, pisos, Ctc. Por este efecto de radiación secundaria,
la dosis en una posición
se ve aunH-l1tadé:en un factor (build-up factor) que puede ser del orden de 10
dependiendo
de la geometría particular,
del tipo de material,
y de la energía
de la radiación.
Puesto que ya se ha csntdiado
este efecto6• 7, y puesto que
depende
del caso
particular,
no se persigue
más aquí.
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en ~!V.
Coeficientes
lineal y máSICO de ¡ll('nuaClon y capa décimo-reductora
pino para rayos gamma de 0.1 a 1.H MeV. La curva (1) corre<;ponde
las escalas de la izquierda:
la (2) a la de la derecha.
de
a
Alcnuacicf"
FA9
d€ rayos gamma ...
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Cedro
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Fig.6.
Atenuación
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Tabique ligero
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Fig.
17.
Atenuación
San
Angel.
de rayos gamma por el basalto
compacto
del Pedreli\:al de
.~t(,~uaciórJ de ,ayo5 gamma ...
F AI5
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'1
"
' ••
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[~t'9,a tn •••v
Fig.
18.
Comparación
de los resultados
3
2.4gr/cm
(curva
2).
de este uabajo para concreto de densidad
I) con los de Moteff5 para concreto de densidad 2.3gr/cm3
(curva
'"
00'
•..•
o.
oo,
I
9
(~'9"O
Fig.
19.
I.o~ coeficientes
sc. encuentran
másicos
en csta
,~
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,'l
"'.v
de atenuaClon
región.
.
'1
'l
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t'
"
,
"
!
t
1
de todos los maleriales
estudiados
Cameras y
F 1.16
Riele
ards
AGRJ,n:::ClMIENTOS
Los autores desean agradecer allnstiruw
Nacimal
el préstamo del detector de Ge(Li) y algunas fuentes
clear
de Encrgia
radiactivas,
Nuyal
InsticulO de Geología, UNAM por corear las muestrds dt- bC\!;alto. También al
Ing. M. Mazar; ya los M. en C. A. Dacal y \l.E.O.
de I Óp07. por su continuo
interés en este trabajo.
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RESUMEN
Dada la falta de infonnacioo
por materiales
de construcción
dido coeficientes
tica,
tabique
rojo, tabique
caoba,
pino y cedro.
ción de nantes
mo se empleó
analizador
cisión
energía.
yeso,
todas
ellas
de estado
primada
concreto,
fuentes,
másico,
gamma
se han me-
mortero,
vidrio,
lucita,
modesta
se puede
eliminándose
se presentan
en-
se usó una superposi(...•...lOJ-Lci). Co-
y un
de Ge (Li) de alta resolución
de 4096 canales,
de las
en México,
energías
de actividad
sólido
Los resultados
dc atcnuación
empleados
de radiación
entre 0.1 y 1.8 MeV: piedra basál-
Para lograr varias
de alrura de pulsos
la radiación
a energías
ligero,
radiactivas;
un detector
tas de la geometría.
coeficiente
comunmente
de atenuación
cino,
sobre la atenuación
definir
con gran pre-
limitacimes
estric-
en forma de gráficas
y de la capa décimo-reductora
contra
del
la