Laboratorio_I_Dosimetria_y_Proteccion_Ra

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Laboratorio I: Dosimetría y Protección Radiológica 
 
Atenuación de la Radiación Ionizante 
Marly Abarzúa, Jessica Jara, John Frei, Matías Bonilla, Miguel Aqueveque, Diego Llancao. 
Tecnología Médica, Facultad de Medicina, Universidad de La Frontera 
Departamento de Ciencias Físicas 
 
RESUMEN 
Empleando un detector de centelleo se procedió a medir la radiación emitida por una fuente exceptuada de 
Cs137 y como ésta se veía afectada al interponer distintos filtros de aluminio entre la fuente y el detector, 
observándose en un ordenador las distintas variaciones que se generaron, relacionando el espesor con la intensidad 
al tabular dichos datos. Posteriormente se confeccionó una gráfica mediante la cual se obtuvo el coeficiente de 
atenuación experimental, para luego corroborarlo con la literatura. 
Palabras clave: Radiación ionizante, atenuación de la radiación, coeficiente de atenuación, filtros. 
ABSTRACT 
Using a scintillation detector we measured the radiation emitted by a source exempted from Cs137 and how 
it was affected by filing various aluminum filters between the source and the detector, observed on a computer 
different variations that were generated by relating the thick with intensity to tabular data. Subsequently a graph 
was made which was obtained by the attenuation coefficient. 
Keywords: Ionizing radiation, attenuation of radiation, attenuation coefficient, filters. 
 
INTRODUCCIÓN 
La radiación se divide en dos grandes 
grupos: radiación por partículas en las cuales 
encontramos radiación alfa y beta, y la radiación 
electromagnética o sin carga en la que encontramos 
la radiación gamma. Estas radiaciones ya 
mencionadas sufren un fenómeno denominado 
atenuación, el cual consiste en la disminución de la 
energía de dichas radiaciones cuando estas 
interactúan con un medio material a lo largo de su 
trayectoria. En este experimento hemos utilizado 
como material atenuante filtros de Aluminio de 
distintos espesores entre sí. Esta atenuación será 
mayor o menor dependiendo de las características 
presentes del medio que atravesara dicha radiación 
proveniente de la fuente exceptuada, en este caso en 
particular 137Cs y también de la radiación que se 
produzca, ya sea, por partículas o radiación 
electromagnética, ya que cada una de estas 
radiaciones posee una atenuación distinta de la otra, 
lo cual quedara en evidencia al momento de realizar 
el experimento. 
MARCO TEORICO 
La radiación consiste principalmente en la 
propagación de energía en un medio, ya sea en forma 
de ondas electromagnéticas o partículas 
subatómicas tales como los electrones. Si poseen la 
energía suficiente para ionizar un átomo se 
denominan radiaciones ionizantes, en caso contrario 
se conocen como radiaciones no ionizantes. 
Se identifican algunos tipos de radiaciones: 
 Radiación α: es un tipo de radiación 
corpuscular formada por núcleos de helio 
doblemente ionizados, es decir, posee dos 
protones y dos neutrones, los cuáles 
integraban un núcleo que comenzó a 
desintegrarse. 
En su paso por un determinado material y 
debido a su gran carga, atrae electrones 
generando rápidamente ionización por el 
medio al cuál atraviesa. Esto gatilla que 
pierdan gradualmente su energía hasta 
detenerse por completo. 
Ésta partícula sigue una trayectoria recta. 
 
 Radiación β: es un tipo de radiación 
corpuscular, constituida por un electrón 
procedente de la eyección que se genera 
cuando en el núcleo existe una 
transformación de un neutrón a un protón. 
De un modo similar a la radiación α, al 
desplazarse por un material, sufre 
interacciones con los átomos cercanos, 
provocando la disminución de su energía y 
por ende, de su avance. 
 
 Radiación gamma: de naturaleza 
electromagnética, posee una longitud de 
onda muy pequeña. Carece tanto de masa 
como de carga. Es emitida producto de un 
reajuste de energía en el núcleo. 
A diferencia de los anteriores tipos de 
radiación, ésta al no tener carga no se ve 
afectada por las interacciones de los 
átomos del elemento al cuál atraviesa, por 
lo que puede alcanzar una distancia mucho 
mayor. Disminuye su energía más bien por 
otros fenómenos conocidos como efecto 
fotoeléctrico, efecto Compton y producción 
de pares. 
 
Figura 1: “Trayectoria de los diversos tipos de radiación en la materia”. 
 
Interacción de la radiación con la materia 
1. Efecto fotoeléctrico: fenómeno producido 
mediante la interacción de un fotón con un electrón 
de una capa más interna de un átomo, lo que trae 
como consecuencia la emisión de un fotoelectrón, el 
que posee la energía del fotón incidente. 
La energía cinética de dicho proceso está dada por: 
Ec=hv –EB 
Ecuación 1 
En donde: 
-E: energía del fotón incidente. 
-h: constante de Planck. 
-v: frecuencia del fotón. 
-EB: energía de ligadura. 
Cabe destacar que la energía cinética es 0 cuando el 
fotón tiene tan sólo la energía mínima necesaria para 
arrancar el electrón de su orbital. 
 
Figura 2: “Efecto Fotoeléctrico”. 
 
2. Efecto Compton: es un fenómeno en el cuál se 
produce cuando un fotón, interacciona con un 
electrón de un orbital lejano del núcleo, lo que tiene 
como resultado un incremento de la longitud de onda 
de de dicho fotón y por ende, una disminución de la 
energía de éste, la que fue entregada al electrón. 
La diferencia de longitudes de onda (final e inicial) la 
podemos obtener mediante la siguiente fórmula: λ′ − λ = hmec 岫1 − cosθ岻 
Ecuación 2 
 
Figura 3: “Efecto Compton”. 
3. Producción de pares: fenómeno en el que 
interaccionan un fotón y un núcleo, lo que trae como 
resultado la desaparición del primero con la 
consiguiente formación de un par partícula-
antipartícula. 
La energía mínima que el fotón debe poseer es de 
1,022 MeV, de lo contrario el proceso no ocurrirá. En 
caso la energía fuese mayor, se reparte por igual 
entre ambas antipartículas en forma de energía 
cinética. 
Posteriormente el positrón interactuará con un 
electrón y desaparecerá formando 2 fotones. 
Figura 4: “Producción de pares”. 
 
 
Atenuación de la radiación ionizante 
Se define como la disminución de intensidad que 
ocurre cuando la radiación atraviesa la materia. El material atravesado se denomina “atenuador”. 
Los efectos involucrados en la atenuación son la 
dispersión y la absorción. 
En la dispersión los átomos del material atenuador 
provocan que parte de la radiación cambie de 
dirección, lo cual reduce la intensidad en la dirección 
original. 
En la absorción, toda la energía de la radiación se 
transfiere a los átomos o moléculas del material 
irradiado (atenuador) en forma de energía de 
ionización o excitación. 
 
Si “Io” es la tasa de conteo original delante del atenuador y “I” es la tasa de conteo detrás del 
atenuador, se puede cuantificar la transmisión de 
radiación para caracterizar la permeabilidad de un 
atenuador usando: 
Ecuación 3: � = �/�� 
Cuanto mayor sea la denominada transmitancia de un 
atenuador, menor será su capacidad de atenuar. La 
transmitancia depende del espesor del atenuador. 
La atenuación de la radiación ionizante viene dada 
por la ecuación 4: 
Ecuación 4: � = �0�−�� 
En donde I0 es la intensidad de radiación incidente y I 
es la intensidad de radiación transmitida por el 
material atenuador. 
X es el espesor del material atenuador y se mide en 
cm; y la cantidad µ, llamada coeficiente de 
atenuación, tiene dimensiones de (cm-1) y es el 
recíproco del espesor de la placa necesario para 
atenuar la intensidad del haz por un factor e.1 
El coeficiente de atenuación es la probabilidad total 
por unidad de longitud de que un fotón no alcance al 
detector y corresponde a la suma de las 
probabilidades de cada uno de los procesos que 
ocurren al interactuar la radiación con el material 
atenuante. 
Ecuación 5: � = �� + �� + �� 
En donde µc es la probabilidad de dispersión compton, 
µf la probabilidad de absorción fotoeléctrica y µp la 
probabilidad de producción de pares. 
Una cantidad que se usa normalmente es elcoeficiente de atenuación másico µm, que se obtiene 
al dividir el coeficiente de atenuación entre la 
densidad p del material: 
Ecuación 6: �� = �� 
PROCEDIMIENTO Y MONTAJE 
Para llevar a cabo la experiencia se utilizó una fuente 
emisora de radiación, de Cesio (Cs)-137 de 662 KeV. 
Además de la fuente emisora, el equipo utilizado 
constaba de un colimador para dirigir los rayos hacia 
el material atenuador en estudio, un detector de 
centelleo que captaría la intensidad de la radiación 
no absorbida y transmitida a través del material a 
partir de cuentas y un software que lleva el conteo 
de las cuentas totales netas que llegan al detector, lo 
cual nos dará la intensidad de los fotones que están 
llegando a él. 
El material atenuador utilizado fueron 9 placas de 
Aluminio (Al) de un 95% de pureza, cada una de ellas 
con un grosor diferente y ordenados desde las letras 
G a la O. 
Para comenzar, se realizaron las mediciones del 
grosor de cada uno de los filtros de aluminio, 
obteniendo los siguientes valores: 
Tabla 1: Espesor de cada filtro de aluminio expuesto. 
Filtro de Aluminio c/ 
95% de pureza 
Espesor (cm) 
G 0,06 
H 0,08 
I 0,10 
J 0,11 
K 0,13 
L 0,16 
M 0,20 
N 0,24 
O 0,25 
 
Para continuar con la experiencia, se realizó el 
conteo a través del software al ir interponiendo 
cada filtro de Aluminio entre la fuente y el detector, 
de manera que comenzando con el filtro “G” se fue 
realizando el conteo tras sumar cada uno de los 
filtros, hasta llegar al “O”, como muestra la tabla 2. 
a) Atenuación en función del espesor del 
absorbente. 
Tabla 2: Tasa de conteo “I” en función del espesor 
“x” del absorbente de aluminio. 
Placa de Aluminio Espesor 
Total (cm) 
Intensidad [I] 
Sin filtro 0 22.711 [Io] 
G 0,06 22.288 
G+H 0,14 22.164 
G+H+I 0,24 21.359 
G+H+I+J 0,35 21.037 
G+H+I+J+K 0,48 20,875 
 G+H+I+J+K+L 0,64 20.473 
G+H+I+J+K+L+M 0,84 19.522 
G+H+I+J+K+L+M+N 1.08 18.273 
G+H+I+J+K+L+M+N+O 1,33 17.758 
 
EVALUACIÓN RESULTADOS 
Al insertar la información de medición de la tabla 2 
en la ecuación 3, se obtiene la transmitancia T. 
Tabla 3: 
Espesor “x” (cm) Transmitancia “T” (I/Io) 
0 1 
0,06 0,981 
0,14 0,975 
0,24 0,940 
0,35 0,926 
0,48 0,919 
0,64 0,901 
0,84 0,859 
1.08 0,804 
1,33 0,781 
 
 El gráfico 1 muestra como la transmitancia varía en 
función del espesor “x” del absorbente. 
Gráfico 1: 
 
En el gráfico 2 se muestra la representación 
logarítmica del gráfico 1. En esta, la atenuación de la 
radiación de los rayos X (monocromatizada usando el 
filtro de aluminio) se puede describir muy bien 
utilizando una línea recta a través del origen cuya 
pendiente corresponde al coeficiente de atenuación 
lineal �= 0,182. 
 
Gráfico 2: 
 
De acuerdo a la literatura revisada**, se obtuvieron 
ciertos valores teóricos para asignar al � del 
aluminio, según la energía a la que éste material esté 
expuesto. En nuestro caso la energía proporcionada 
por la fuente radiactiva es de 0,662 MeV. 
Se realizó un gráfico 3, que demuestra y corrobora 
el valor de nuestro coeficiente de atenuación del 
aluminio medido experimentalmente, con el valor 
teórico investigado, a través de una interpolación de 
los datos para saber en el gráfico el valor de � a los 
0,662 MeV, 
Tabla 4: Coeficientes de atenuación lineal en cm ֿֿ ֿ ¹ 
unidades. Fuente: “Ingeniería de reactores nucleares” Samuel Glasstonea – Alexander Sesonke. 
 
 
 
 
 
Grafico 3: 
 
Si observamos el grafico 3, al realizar la interpolación 
podemos demostrar que el valor obtenido 
experimentalmente en el laboratorio, es bastante cercano 
al valor teórico, tomando en cuenta los márgenes de 
error que siempre están presentes en un trabajo en el 
laboratorio. 
CONCLUSION 
En el experimento realizado, por medio de un detector de 
centelleo logramos apreciar el fenómeno de atenuación de 
la radiación emitida por una fuente (Cs137) y comprobar, 
mediante un registro en el ordenador, como la intensidad 
de dicha radiación variaba frente a una serie de filtros de 
aluminio de distinto espesor. Posteriormente, empleando 
los datos registrados en una tabla y la ley de atenuación 
exponencial, conseguimos calcular el coeficiente de 
atenuación, comprobando de esta manera que el 
coeficiente de atenuación difiere de un material a otro y 
sus valores también dependen de la energía de la 
radiación. Este valor es sumamente importante porque 
nos permite calcular y conocer que grado de protección 
se necesitara para la seguridad de las personas 
expuestas a la radiación, que puede resultar dañina si se 
desconocen estos parámetros y no se cuenta con la 
protección adecuada. 
REFERENCIAS 
1 R. Eisberg, R. Resnik. Fisica Cuántica: Átomos, moléculas, 
sólidos, núcleos y partículas. Editorial Limusa. 1978.