Interacciones de la radiación con la materia y atenuación de fotones, neutrones y partículas cargadas

Tipos de interacciones de la radiación con la materia

Interacción de los fotones con la materia

• Efecto fotoeléctrico. El fotón desaparece y uno de los electrones atómicos es arrancado del átomo.
• Interacción Compton. El fotón cede parte de su energía a un electrón.
• Creación de pares. El fotón se convierte en un par electrón-positrón. Es necesario que Eγ > 1.022 MeV

Interacción de los neutrones con la materia

• Colisiones elásticas (sin emisión γ) e inelásticas (con emisión γ).
• Captura.
• Fisión.

Interacción de las partículas cargadas con la materia

• Excitación. Una partícula cargada provoca que un electrón pase a un nivel de energía superior. Al desexcitarse el electrón se emiten rayos-x.
• Ionización. Una partícula cargada con suficiente energía cinética (superior a la energía de enlace) desprende un electrón formándose un par iónico (átomo-electrón), se denomina ionización primaria. Los electrones liberados pueden producir nuevas ionizaciones (ionización secundaria).
• Bremsstrahlung, radiación de frenado. Es la radiación γ (Rayos-X) producida como consecuencia de la pérdida de energía que experimenta un electrón al ser desviado.

Atenuación de un haz de fotones. Blindaje.

• La disminución de la intensidad de una radiación γ en un material viene dada por (haz colimado) dI/dx = −µI I = Io · e −µx
• Recorrido libre medio. λ = 1/µ • Coeficiente de atenuación másico. Para utilizar un parámetro independiente de la densidad (depende de la temperatura).
• Factor de acumulación (B). Para tener en cuenta los fotones dispersados (más los generados en otras interacciones) es necesario corregir la ley anterior; I = Io · B(µ x)e −µmρx; B(µ x) depende del material, del espesor del material y de la energía de los fotones. Es de gran importancia en el cálculo de blindajes, está tabulado.

Atenuación de los neutrones

• La disminución de la intensidad de un haz de n en un material viene dada por; dI/dx = −ΣI I = Io · e –Σx. Donde Σ = σ N Sección eficaz macroscópica de absorción (cm−1 ), σ sección eficaz microscópica y N concentración de átomos del material absorbente. x espesor del absorbente.

Atenuación de partículas cargadas

• Poder de frenado (S) (stopping power) y Poder de frenado másico (Sm). S ≡ − dE dx; Sm ≡ (1/ρ) S ≡ −(1/ρ) dE dx
• Alcance (R). Distancia máxima de penetración en un medio.
• Alcance medio (Rm). Valor medio de los alcances de las partículas.
• Alcance extrapolado (Re). Valor extrapolado utilizando la zona lineal.
• Parámetro de fluctuación del alcance. Re – Rm.
• Alcance másico (Rmasico).

Atenuación de partículas cargadas (α)

• Atenuación de un haz monoenergético de partículas α.
• Una expresión empírica del alcance de las partículas α en el aire es, Rα(cm) = 0.318 E 3/2

Atenuación de partículas cargadas (β)

• a Un haz monoenergético de partículas β se atenúa de forma casi lineal al principio y luego decae hasta el valor de fondo debido a la radiación de bremsstrahlung.
• b El espectro β decae aproximadamente como la radiación γ (pero más rápido). dIe/dx = −µeIe; Ie = Ie,0 · e −µex = Ie,0 · e −µm,eρx
• c Alcance másico máximo. Aproximadamente igual al alcance extrapolado.
• d Para los positrones los procesos de interacción son los mismos, pero al frenarse interacciona con uno de los electrones y se aniquila (energía de aniquilación) el positrón.