Guía Completa sobre Blindaje de Radiación: Partículas, Electrones, Neutrones y Materiales

Blindaje de Radiación: Partículas, Electrones y Neutrones

El blindaje contra la radiación es crucial en diversos campos, desde la medicina nuclear hasta la energía atómica. A continuación, se presenta una descripción general de los principios y materiales utilizados para blindar diferentes tipos de radiación.

Partículas Cargadas Pesadas

Las partículas cargadas pesadas constituyen la radiación más sencilla de blindar. Poseen un alcance finito en la materia y apenas producen radiación de frenado.

Electrones y Positrones (Partículas Beta)

Los electrones y positrones también poseen un alcance finito en la materia. Sin embargo, producen radiación de frenado si la energía es alta. La cantidad de radiación de frenado depende de la energía de las partículas y del número atómico del material (Z). La radiación de frenado crece con la energía de las partículas (electrón, positrón) y con el cuadrado del número atómico del material.

Estrategia de Blindaje para Electrones y Positrones

Para el blindaje contra electrones y positrones, se recomienda:

1. Una capa inicial de material de bajo Z con un espesor ligeramente superior al alcance de los electrones en dicho material. Esta capa absorbe los electrones y positrones, y su bajo Z minimiza la producción de radiación de frenado.
2. Una capa posterior de material de alto Z con un espesor suficiente para atenuar la radiación de frenado (fotones) producida en la capa interior. A diferencia de las partículas cargadas, los fotones no pueden absorberse completamente.

Es un error grave blindar una fuente de electrones o positrones solo con un material de alto Z como el plomo.

Factor de Acumulación

El factor de acumulación depende de:

• La energía de los fotones.
• El tipo de material de blindaje.
• El espesor del material de blindaje.
• La geometría del dispositivo.

Neutrones

Los neutrones solo interaccionan con los núcleos y constituyen una radiación muy penetrante. Para eliminar un haz de neutrones, deben ser absorbidos por los núcleos del material absorbente. Para frenar neutrones se utiliza la moderación, empleando un material moderador. Los mejores moderadores son materiales de bajo número atómico, como el hidrógeno. Los mejores núcleos para absorber neutrones lentos son el boro y el cadmio.

Blindaje de Neutrones: Tres Capas

El blindaje de neutrones se realiza típicamente con tres capas:

1. Capa Moderadora: Material de bajo Z que modera y frena los neutrones.
2. Capa Absorbente: Material que absorbe neutrones lentos.
3. Capa de Material de Alto Z: Atenúa la radiación gamma producida por la captura de neutrones.

Proceso Físico de Moderación y Absorción de Neutrones

1. Los neutrones rápidos son frenados a través de colisiones elásticas e inelásticas con los núcleos, transfiriendo energía.
2. Los núcleos adquieren energía cinética y, si la colisión ha sido inelástica, quedan en un estado excitado. La energía cinética se pierde rápidamente ionizando la materia, ya que son partículas pesadas con un alcance muy corto. Se desexcitan emitiendo rayos gamma.
3. Una vez moderados, los neutrones son absorbidos por los núcleos absorbentes, que quedan en un estado excitado y se desexcitan emitiendo rayos gamma.