PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ
ESCUELA DE POSGRADO
Fluctuaciones en la presencia de Radón 222
ambiental en la ciudad de Lima (Zona San
Miguel)
Tésis para optar el T́ıtulo Magister en F́ısica, que presenta el Licenciado:
Bertin Andrés Pérez Ancaya
ASESOR: Dra. Maŕıa Elena López Herrera
Lima, enero de 2016
Resúmen
La presencia de contaminantes radiactivos en forma natural es y será un pro-
blema medio ambiental. Existen elementos radiactivos que sobreviven en la Tierra
desde su formación inicial, como el Uranio 238, Torio 232, Actinio 227 y por inter-
venciones humanas el Neptunio 235. Particularmente, en la cadena de desintegración
del Uranio 238 encontramos un elemento gaseoso radiactivo que puede difundirse
en el agua o en el aire que respiramos llamado Radón 222. Este gas radiactivo se
encuentra en porcentajes importantes en la atmósfera de nuestro planeta Tierra.
En este trabajo se muestras mediciones de Radón 222 realizadas desde la zotea del
edificio de F́ısica (edificio de tres pisos) de la Pontificia Universidad Católica del
Perú situado en el distrito de San Miguel, realizadas durante cuatro años, con la
finalidad de establecer fluctuaciones de este contaminante en el aire circundante.
Las mediciones se hicieron aplicando la técnica de huellas nucleares y usando
un detector de estado sólido, el poĺımero LR-115 tipo 2. Esta técnica permite cap-
tar las part́ıculas subatómicas que emiten los elementos al desintegrarse y que al
interaccionar con el detector polimérico dejan sus huellas o trazas; en este trabajo
se demuestra que no solo se forman las trazas ocasionadas por las part́ıculas alfa
asociadas al Radón 222 sino también se forman otro tipo de trazas que son ana-
lizadas teniendo en cuenta las diferentes fases del procedimiento de medición. Los
resultados muestran las trazas asociadas a la presencia del contaminante gaseoso
radiactivo Radón 222 en el aire y la formación de las otras trazas son analizadas
teniendo en cuenta la metodoloǵıa usada y suponiendo que pueden ser asociadas a
otros eventos de origen nuclear.
Abstract
The presence of radioactive contaminants naturally is and will be an environmen-
tal problem. There radioactive elements that survive on Earth since its formation,
like Uranium 238, Thorium 232,Actinium 227 and Neptunium 235 human inter-
ventions. Particularly in the decay chain of Uranium 238, we found Radon 222 a
gaseous radioactive element that can diffuse into the water or the air we breathe.
This radioactive gas found in significant percentages in the atmosphere of our pla-
net Earth. In this work, measurements made four years in the roof of a three-story
Physics building of the Pontificia Universidad Católica del Perú in the district of
San Miguel, the data served to establish the fluctuations of this pollutant gas in the
surrounding air.
The measurements were made using the technique of nuclear tracks detectors
and using a solid state detector, the polymer LR-115 type 2. The use of this techni-
que allows us to capture subatomic particle emitted by radioactive elements when
it desintegrates and the particles interact with our polymer detector and leave their
tracks; so in this work not only alpha tracks associated with Radon are obtain,but
also other tracks are analyzed taking into account the different phases of the mea-
surement procedure. Our results provided us with an indicator of the presence of
Radon 222 in the air and the presence of other tracks are analyzed considering the
methodology used and assuming that they can be associated with other events of
nuclear origin.
A DIOS.
A mis amados padres, Alberto y Lina.
A mi hermanita Gaby.
A mi abuela Maŕıa.
A mi amor Alexandra.
Agradecimientos a CIENCIACTIVA-CONCYTEC
Índice general
Resúmen II
Abstract III
Introducción 1
1. Fundamentos teóricos afines al estudio 2
1.1. Radiación Ionizante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.1. Decaimiento α . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1.2. Emisores α . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2. Interacción de las part́ıculas α con la materia . . . . . . . . . . . . . 8
1.2.1. Ionización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2.2. Poder de frenado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.3. Rango o alcance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3. Técnicas de detección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.1. Células de centelleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.2. Método de lectura instantánea o continua (AlphaGUARD) . . 15
1.3.3. Detectores sólidos de huellas nucleares (SSNTD’s) . . . . . . . 18
2. Descripción experimental de la detección de part́ıculas en el medio
ambiente usando SSNTD’s 23
2.1. Metodoloǵıa en la detección de Radón 222 . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.1.1. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.2. Metodoloǵıa en la detección y formación de otras huellas (huellas G) . 36
2.2.1. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3. Discusión de resultados 48
4. Conclusiones 51
Bibliograf́ıa 53
v
Apéndices 59
A. Proceso de Calibración del detector LR-115 tipo 2 60
B. Otras aplicaciones del LR-115 tipo 2 en la detección de contami-
nantes medio ambientales 67
C. Comparaciones de medidas en el interior como en el exterior 72
vi
Índice de figuras
1.1. Cadenas de desintegración del 238U , 235U y 232Th . . . . . . . . . . . 7
1.2. Curva de Bragg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3. Diagrama de detector de centelleo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4. Detector de centelleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.5. Cámara de Lucas y Calibrador de cuentas . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.6. Detector AlphaGUARD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.7. Mediciones con el detector AlphaGUARD obtenidas en la Universidad
de Extremadura, España . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.8. Detector LR-115 tipo 2 y vista de perfil del detector . . . . . . . . . . 18
1.9. Geometŕıa de la formación de una huella . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.10. Evolución del grabado con incidencia oblicua . . . . . . . . . . . . . . 21
2.1. EdificioF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2. Detectores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3. Croquis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4. Fluctuación de la concentración de Radón 222 desde el SUR. . . . . . 34
2.5. Fluctuación de la concentración de Radón 222 desde el OESTE. . . . 34
2.6. Fluctuación de la concentración de Radón 222 desde el NORTE. . . . 35
2.7. Fluctuación de la concentración de Radón 222 desde el ESTE. . . . . 35
2.8. Fluctuación de la concentración de Radón 222 desde el ZENIT. . . . 36
2.9. Seis diferentes montajes experimentales para la detección de las hue-
llas concéntricas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.10. Detectores colocados en Chaclacayo en la pared de un segundo piso. . 40
2.11. Resultados de un campo del detector ubicado en Chaclacayo con códi-
go A2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.12. Resultados de un campo del detector ubicado en Miraflores con código
B1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.13. Resultados de un campo del detector ubicado en San Miguel con
código B. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
vii
2.14. Resultados de un campo del detector ubicado en Miraflores con código
A1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.15. Huellas concéntricas con mayor cantidad de anillos. . . . . . . . . . . 43
2.16. Huella concéntrica con mayor cantidad de anillos. . . . . . . . . . . . 44
2.17. Detector degradado por UV ubicado en el techo de las 3 zonas. . . . . 44
2.18. Detectores expuesto con la parte A expuesta a la lámpara UV (UVA)
y la parte B (UVB). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.19. Nitrocelulosa vista desde un microscopio electrónico. . . . . . . . . . 46
3.1. Promedio de concentración de Radón 222 en todas las direcciones en
cada peŕıodo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
A.1. Esquema de la cámara y antecámara . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
A.2. Comportamiento lineal entre cantidad de huellas promedio y horas. . 65
A.3. Cinco campos seleccionados para la lectura del detector LR-115 tipo 2. 65
B.1. Montaje experimental de la “técnica de la lata”. . . . . . . . . . . . . 68
B.2. Esquema de un desecho de Uranio 238 con dos tubos que facilitan la
difusión de Radón 222. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
B.3. Detectores colocado encima de desechos de Uranio 238. . . . . . . . . 69
B.4. Campo de 126,96µm2 del detector LR-115 tipo en mediciones de
desechos de Uranio 238. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
B.5. Campo de 126,96µm2 del detector LR-115 tipo en mediciones de
desechos de Uranio 238. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
B.6. Cantidad de huellas en las 12 posiciones seleccionadas para dos tubos
de diferente dimensión. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
C.1. 7 diferentes montajes experimentales para la detección de las huellas
concéntricas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
C.2. Detector sin huellas concéntricas con el montaje IA2. . . . . . . . . . 74
C.3. Detector con huellas concéntricas con el montaje E. . . . . . . . . . . 74
C.4. Detector con huellas concéntricas con el montaje EB2. . . . . . . . . 75
viii
Índice de tablas
1.1. Emisores de part́ıculas α y sus tiempos de vida media (T1/2) . . . . . 6
1.2. Ionización espećıfica de las part́ıculas α en el aire a condiciones normales 9
1.3. Rango o alcance de part́ıculas α en el aire y tejido biológico. . . . . . 12
2.1. Peŕıodos y caracteŕıstica de estos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.2. Resultados de concentración desde el 01-06-2011 . . . . . . . . . . . 27
2.3. Resultados de concentración desde el 14-07-2011 . . . . . . . . . . . . 28
2.4. Resultados de concentración desde el 19-09-2012 . . . . . . . . . . . . 29
2.5. Resultados de concentración desde el 19-12-2012 . . . . . . . . . . . . 30
2.6. Resultados de concentración desde el 10-06-2015 . . . . . . . . . . . . 31
2.7. Resultados de concentración desde el 08-07-2015 . . . . . . . . . . . . 32
2.8. Resultados de concentración desde el 26-11-2015 . . . . . . . . . . . . 33
2.9. Part́ıculas α al intearccionar con el aire . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.10. Part́ıculas α al intearccionar con el poĺımero LR-115 tipo 2 . . . . . . 38
2.11. Presencia de huellas concéntricas (tipo G) en cada montaje experi-
mental para 3 zonas distintas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
C.1. Respuesta de la presencia de huellas concéntricas de cada montaje
experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
ix
Introducción
En la naturaleza se presenta siempre el fenómeno de la radiactividad, esto se
debe a la existencia de elementos radiactivos naturales que coexisten con la tierra
desde su oŕıgen; estos elementos generan emisiones espontánea de part́ıculas debido
al número muy elevado de protones y neutrones presentes en sus núcleos.
La radiactividad además de ser natural puede ser artificial; como radiación natu-
ral en la tierra se presentan las de tipo externo e interno. Como radiación externa se
considera a la radiación de origen cósmico y la radiación interna es la que produce
los porcentajes mayores de contaminantes ambientales. La radiación interna es emi-
tida por la corteza terrestre principalmente en forma de gas; se tiene conocimiento
que la mayor concentración de gas radiactivo existente se debe al gas Radón, el
cual contribuye con las tres cuartas partes de la dosis efectiva anual recibida por el
hombre [1].
Debido a que el gas Radón emitido desde la corteza terrestre está presente en
el aire que respiramos y puede estar en una concentración relativamente elevada, se
procede a realizar estudios para determinar su concentración y sus fuentes en dife-
rentes ambientes exteriores y recintos habitados. Posteriormente, se busca establecer
posibles medidas correctivas y disminuir sus efectos en la salud de las personas.
En la detección del gas Radón se usan distintas técnicas; para este trabajo en
particular se usa la técnica de huellas nucleares usando poĺımeros. Por lo común
se usan poĺımeros de alto peso molecular para el registro de part́ıculas altamente
energéticas, estos detectores permiten observar las trazas o huellas que dejan a su
paso las part́ıculas que son emitidas durante una desintegración radiactiva. En la
desintegración del gas Radón se emiten principalmente part́ıculas α. En este tra-
bajo se estudiará que tipo de huellas nucleares se han obtenido en las posiciones
previamente determinadas y direccionadas sobre la azotea del edificio elegido.
1
Caṕıtulo 1
Fundamentos teóricos afines al
estudio
La materia está constituida por componentes llamados átomos, los cuales poseen
electrones y un núcleo. El núcleo a su vez está formado principalmente por protones
y neutrones. La cantidad o proporción de protones y neutrones puede generar una
clasificación en dos tipos de núcleos: los estables y los inestables.
Un núcleo es estable cuando las fuerzas atractivas son mayores que las repulsivas,
por lo que existe un equilibrio; un núcleo es inestable cuando en cierto peŕıodo de
tiempo cambian su configuración, a este cambio se le llama desintegración radiacti-
vas. El tema de la radiactividad fue descubierto por Becquerel en 1896 [2], iniciando
aśı el estudio de los núcleos atómicos.
Algunos años después, se encontró que la llamada desintegración radiactiva era
el fenómeno por el cual el núcleo emit́ıa ciertas part́ıculas de forma natural, como
es el caso de part́ıculas α, β, γ y más adelante posiblemente otras part́ıculas. Esta
emisión de part́ıculas pueden agruparse en la denominada radiación ionizante y la
no ionizante al interaccionar con la materia.
1.1. Radiación Ionizante
Es la radiación que permite a su vez la emisión de part́ıculas subatómicas co-
mo las mencionadas anteriormente, en aquellos núcleos que son inestables y están
presentes en la materia donde incide. El nombre radiación se debe a que cuando un
núcleo es inestable se dice que es radiactivo. Durante la emisión ionizante se extrae
los electrones ligados al átomo del material al impactarlo [3].
Entre las principales radiaciones ionizantes emitidas por los radionucleidos se
encuentran a las part́ıculas α, part́ıculas β, positrones, fotones gamma, rayos x,
2
electrones de conversión y aniquilamiento de fotones. Las part́ıculas α se detallarán
en la sección (1.1.1).
Las part́ıculas beta (β) son electrones con alta enerǵıa originadas en el núcleo
de un átomo. Estas son emitidas a partir de un neutrón según la siguiente
ecuación:
n → p+ + e− (1.1)
La masa de la part́ıcula beta is la misma que la de un electrón o aproxima-
damente 1/1836 que la de un neutrón o protón. Estas part́ıculas poseen una
carga negativa asociada; sin embargo, puede tener carga positiva a los cuales
se le llama positrones, asociando estas part́ıculas con la naturaleza radioac-
tiva espontánea. Las emisiones beta no poseen una enerǵıa espećıfica, por lo
que hablar de espectroscoṕıa beta no tiene mucho sentido, la razón de esto
es que la part́ıcula beta siempre es emitida con un anti-neutrino y el positron
con un neutrino por lo cual la predicción de la proporción entre enerǵıas es
impredecible [4].
Un ejemplo de un radionucleido que decae por emisión de part́ıculas beta es
el Cesio 137 [5].
137
55Cs →56 Ba137m + β− (1.2)
Esta ecuación muestra el decaimiento del átomo de Cs137 al Ba-137m, la m
indica que el átomo ha sido formado en un estado metaestable. A este proceso
se le denomina decaimiento beta en donde podremos diferencia dos tipos, el
decaimiento beta menos resulta cuando un neutrón decae en un protón y un
electrón, por lo tanto el número atómico aumenta en uno, como se muestra en
la siguiente ecuación:
A
ZX →A 0
Z+1 X +−1 β + energı́a (1.3)
Y el decaimiento beta más que resulta cuando un protón decae en un neutrón y
un positrón, por lo tanto el número atómico disminuye en uno como se muestra
en la siguiente ecuación:
A
ZX →A 0
Z−1 X ++1 β + energı́a (1.4)
3
Los fotones gamma (γ) son radiaciones electromagnéticas constituidas por
fotones como la luz visible, luz ultravioleta, rayos x, ondas de radio, etc. En el
decaimiento de un núcleo debido al decaimiento α o β se genera también una
enerǵıa excedente la cual es la emisión de un fotón gamma [6].
Un ejemplo de emisión gamma es la transición isomérica [7].
Ba137m56 → 137
56 Ba + γ (1.5)
Después del decaimiento beta del Cs137, el Ba 137m metaestable decae en un
Ba 137 estable emitiendo fotones gamma con enerǵıa de 661 keV.
Electrones de conversión (e−). Cuando un fotón gamma es emitido por
un núcleo, este interactua con uno de los orbitales electrónicos y usualmente
el nivel orbital K es expulsado del átomo en lugar del fotón gamma. A este
proceso se le llama conversión interna. La enerǵıa del electrón de conversión
es igual a la enrǵıa del fóton gamma menos la enerǵıa de enlace del electrón.
La distribución de enerǵıa es discreta igual que una emisión gamma [8].
Foton de rayos X (hν). Cuando un electrón es expulsado debido al proceso
antes mencionado de conversión interna o por otro proceso, otros electrones
ocupan el lugar de este simultaneamente emitiendo fotones de rayos X. Estos
poseen enerǵıas caracteŕısticas discretas dependiendo del nivel del orbital de
los electrones. Una diferencia importante entre rayos gamma y rayos x es que
los rayos x se originan debido a electrones alrededor de un átomo, mientras
que los rayos gamma se originan en el interior del núcleo. Generalmente la
enerǵıa son generalmente menores que 100keV [9].
Radiación de aniquilamiento (hν). Cuando los positrones interactuan con
sus alrededores, eventualmente capturan un electrón y la resultante de esto es
la aniquilación del par electrón-positrón en donde se emiten dos fotones con
enerǵıas de 511keV y viajan en direcciones opuestas desde la aniquilación [10].
1.1.1. Decaimiento α
Como se detalló anteriormente, existen diferentes tipos de emisiones nucleares.
En esta sección el decaimiento de part́ıculas α será nuestro tema principal.
La part́ıcula α es un núcleo de helio y su decaimiento está asociado a elementos
pesados. Esta part́ıcula es relativamente pesada y posee alta enerǵıa discreta con
una carga positiva de 2 de sus dos protones. La velocidad que posee en el aire es de
4
aproximadamente una vigésima parte de la velocidad de la luz en el vació [11]. En
el proceso de decaimiento α el elemento padre A decae perdiendo dos neutrones y
dos protones y finalmente se convierte en el elemento hijo B [12].
X
ZA →2 He4 + X−4
Z−2 B (1.6)
La masa relativamente alta de esta part́ıcula juega un rol importante en la in-
teracción con la materia, este tema se discutirá más adelante en la sección (1.2).
1.1.2. Emisores α
Las part́ıculas α provienen de diferentes emisores radiactivos, las enerǵıas de
estas oscilan de forma discreta entre 4 y 9 MeV. En la tabla (1.1) se muestran los
isótopos emisores α más comunes.
Como se observa poseen enerǵıas discretas definidas y que dependiendo de su
interacción con algún medio o materia, pierden gradualmente su enerǵıa.
Los ist́opos fuente de α provienen de cadenas radiactivas naturales como lo son
el Uranio 238, Uranio 235 o Torio 232, como se muestra en la figura (1.1), entre estas
cadenas podemos encontrar un emisor de part́ıcula α muy particular; ya que, es el
único elemento gaseoso entre los demás, este gas natural se origina en el seno de
la corteza terrestre en grandes cantidades, desde donde emigra hacia su superficie,
desprendiéndose e incorporándose al aire circundante que respiramos.
De los emisores de la cadena radiactiva Uranio 238, encontramos al Radio 226 el
cual por su desintegración no solo emite part́ıculas α sino también se convierte en el
Radón 222 y aśı sucesivamente; ya que, este gas se desintegra en sus descendientes los
cuales son radiactivos que se adhieren en el aire circundante en forma de pequeñas
part́ıculas denominado aerosol atmosférico.
5
Tabla 1.1: Emisores de part́ıculas α y sus tiempos de vida media (T1/2) [9].
Isótopos T1/2 Enerǵıa (MeV)
U − 233 1,62× 105 años 4,816 (83,5%)
4,773 (14,9%)
4,717 (1,6%)
U − 234 2,48× 105 años 4,768 (72,0%)
4,717 (28,0%)
U − 235 7,10× 108 años 4,559 (6,7%)
4,520 (2,7%)
4,370 (25,0%)
4,354 (35,0%)
4,333 (14,0%)
4,318 (8,0%)
4,117 (5,8%)
U − 238 4,51× 109 años 4,195 (77,0%)
4,147 (23,0%)
Th− 226 30,9 min 6,33 (79,0%)
6,22 (19,0%)
6,10 (1,7%)
6,03 (0,6%)
Rn− 220 51,5 seg 6,28 (100%)
Rn− 222 3,8 d́ıas 5,59 (100%)
Ra− 224 3,6 d́ıas 5,68 (95,0%)
5,44 (5,0%)
Po− 210 138 d́ıas 5,30 (100%)
Po− 212 3× 10−5 seg 8,78 (100%)
Pu− 239 24360 años 5,15 (72,0%)
5,13 (17,0%)
5,10 (11,0%)
Am− 241 461 años 5,48 (85,0%)
5,43 (13,0%)
5,38 (1,7%)
6
Figura 1.1: Cadenas de desintegración del a) 238U , b) 235U , c) 232Th [13].
Cuando respiramos, en la inhalación, una parte de estos descendientes radiactivos
se adhieren en diversos tramos del tracto respiratorio, y como emiten part́ıculas α,
estas pueden bombardear y ocasionalmente lesionar las células de sus epitelios, lo que
a la larga puede ocasionar cáncer pulmonar, las probabilidades de esta enfermedad
aumentan mientras mayor concentración de Radón 222 inhala la persona [14]. Es
importante entonces, medir y conocer la concentración del Radón en el aire que
respiramos por ser un emisor α.
En el estudio de este gas radiactivo además del interés en la salud ambiental se
pueden considerar una gran cantidad de aplicaciones como las siguientes [15–23]:
Mediciones de Radón 222 en agua de subsuelo, en agua natural y en agua
potable. Con estas aplicaciones se pueden hacer exploración de terrenos y
hacer posible descubrimientos de yacimientos de Uranio y Torio [24,25].
Exhalación y emanación de Radón 222 en subsuelos y materiales de cons-
trucción que permite caracterizar materiales de construcción y suelos que nos
ayudarán a controlar las concentraciones relativas de Radón 222 [26].
Monitoreo de Radón 222 en minas o cuevas [27–30].
Posibilidad en el pronóstico de terremotos. Existen algunos estudios que de-
muestran la posibilidad de predecir terremotos debido a que la concentración
del Radón 222 aumenta significativamente en subsuelos sometidos a vibracio-
nes [31,32].
Estudio sobre erupciones de volcanes; ya que, el flujo del Radón 222 aumenta
antes de producirse estos sucesos [33].
7
1.2. Interacción de las part́ıculas α con la materia
Una de las caracteŕısticas importantes de las radiaciones ionizantes es su capaci-
dad de penetrar un medio o la materia interaccionando con los átomos constituyentes
de la misma. En estas interacciones, las radiaciones pierden una fracción o toda su
enerǵıa dependiendo de las caracteŕısticas del medio o materia. Debido a esto hay
distintos mecanismos de interacción que dependen de la radiación ionizante.
Como sabemos las pat́ıculas α son part́ıculas cargadas y a partir de información
emṕırica se pueden predecir los efectos cuantitativos producidos por estas part́ıcu-
las. Existen diferentes mecanismos como la ionización, excitación y radiación de
frenado que son los principales mecanismos producidos por las part́ıculas cargadas
que atraviesan un medio o materia. A continuación se estudiará los mecanismos de
interacción de las part́ıculas α.
1.2.1. Ionización
La enerǵıa que transmite una part́ıcula α a un átomo permite expulsar un
electrón creando un par ion, a este efecto en particular se le llama ionización. La
ionización total (It) que produce una part́ıcula α con una enerǵıa de E en el aire en
condiciones normales (CN [34]) antes de neutralizarse para dar forma a un átomo
de helio-4 puede estimarse con la siguiente ecuación [35]:
It = 2,88× 104 · E(MeV ) (1.7)
Por lo que esta ecuación nos dará como resultado la cantidad de pares de iones
creados por la part́ıcula α al interaccionar con los componentes del aire.
Cuando hablamos de ionización, tambien podemos hablar de tres conceptos im-
portantes, como son la ionización primaria, la ionización secundaria y la ionización
espećıfica [36].
La radiación primaria posee la misma definición que ionización, donde igualmen-
te el electrón abandona el átomo creando aśı un par de iones, quedando el átomo
ionizado. La ionización secundaria ocurre cuando la gran cantidad de electrones
expulsados de los átomos en el proceso de ionización primaria tienen enerǵıa sufi-
ciente para volver a ionizar otro átomo. Finalmente, la ionización espećıfica (Is) es
la cantidad de pares de iones creados por la part́ıcula que incidente por unidad de
recorrido.
Para el caso de part́ıculas α la ionización primaria representa aproximadamente
el 80% de la ionización total, teniendo en cuenta que la ionización total es la suma
de la ionización primaria más la ionización secundaria. De esta forma se puede
8
decir que la ionización es el principal mecanismo de interacción y aśı pierden una
gran cantidad de enerǵıa ionizando al medio o materia, debido a esto la enerǵıa
restante (muy poca) la usan para recorrer o penetrar muy cortas distancias en el
medio o materia y, por lo tanto, producien una ionización espećıfica muy elevada
(produciendo una alta densidad de pares de iones).
En el caso de las part́ıculas α la ionización espećıfica va aumentando a medida
que la part́ıcula penetra en el medio o materia, alcanzando un valor máximo poco
antes de finalizar el recorrido, esta variación viene dada gráficamente por la llamada
curva de Bragg, como se muestra en la figura (1.2) [35].
Figura 1.2: Curva de Gragg para part́ıculas α en función de la distancia de penetración
[37].
Tabla 1.2: Ionización espećıfica de las part́ıculas α en el aire a CN [35].
Enerǵıa (MeV ) Is/cm (104)
0.4 6.2
0.6 6.9
0.8 7.2
1.0 7.2
1.5 6.3
2.0 5.3
3.0 4.0
4.0 3.3
5.0 2.9
6.0 2.5
7.0 2.3
Como ejemplo, si tenemos como medio al aire en CN, en la tabla (2.9) se puede
observar como vaŕıa la ionización espećıfica dependiendo de la enerǵıa de la part́ıcula
9
α y el valor máximo de ionización espećıfica corresponde a enerǵıas entre 0.8 y 1.0
Mev.
1.2.2. Poder de frenado
Dado que las part́ıculas α son part́ıculas cargadas pesadas, la fórmula para cal-
cular el poder de frenado es la fórmu(la de Bethe [38]: )
− dE 4πz2e4NZ 2mv2 C 1
= ln − β2 − − δ (1.8)
dx mv2 I (1− β2) Z 2
Donde, −e es la carga del electrón; m, masa del electrón; ze y v, carga y velo-
cidad de la part́ıcula cargada; β, velocidad de la part́ıcula respecto a la velocidad
de la luz; Z, N , I, número atómico, número de átomos por unidad de volumen, y
enerǵıa promedio de excitación del medio o materia, respectivamente; y C/Z y δ
correción de nivel electrónico y corección del efecto de densidad. Esta ecuación es
aplicable a medios o materiales que consisten en N átomos por unidad de volumen
donde su número atómico es Z, pero si el medio o materia es un compuesto sim-
plemente se calcula el poder de frenado para cada componente y cada uno de estos
representa un porcentaje de la suma para el poder de frenado total. A continuación
se detallará como se aplica esta ecuación.
Primero se substituye los valores numéricos de las constantes universales que
conocemos y aśı la ecuación queda como:
− ( )
dE 5,10× 10 25z2− NZ 1,022× 106β2
− 2 − C − 1
= ln β δ MeV/cm
dx β2 I (1− β2) Z 2
(1.9)
Donde N es el número de átomos por cent́ımetro cúbico del medio o materia.
Para el cálculo de β2 usamos las relaciones entre enerǵıa cinética T y la masa
en reposo de la part́ıcula incidente M :
2 T (T + 2Mc2)
β = (1.10)
(T +Mc2)
Donde c es la velocidad de la luz y Mc2 es la enerǵıa en reposo de la part́ıcula.
Los valores de β para protones, part́ıculas α, piones, muones y electrones esta
entre los valores de β = 0,032634 y β = 0,875028, valores obtenidos de tablas
proporcionadas por Bichsel [39].
10
La enerǵıa promedio de excitación (I) depende solo del medio o materia. Se
tienen cinco modelos de ecuaciones semiemṕıricas propuestas desde antes de
1967, para el cálculo de I para medios o materia desconocida:
1. Bloch 1933 [40]
I = KZ, donde K es aproximadamente 15 eV para Z bajos
(1.11)
K es aproximadamente 10 eV para Z altos
2. Barkas y Berger 1964, basados en H, Be, Al. [41]
Iadj 7
= 12 + , Iadj ≤ 163eV (1.12)
Z Z
3. Sternheimer, basados en Al, Cu, Pb. [42]
Iadj 58,8
= 9,76 + , Iadj > 163eV (1.13)
Z Z1,19
4. Dixon 1967, basados en Al, Si, Fe, Pb. [43]
I 35,5
= 9,81 + (1.14)
Z Z
5. Dalton y Turner 1967 [44]
I =(10,2± 2,07) + (11,8± 0,55)Z para Z ≤ 13
(1.15)
I =(56,1± 8,76) + (8,61± 0,37)Z para Z > 13
La correción de nivel electrónico no es necesario cuando la velocidad de la
part́ıcula incidente es mucho mayor que la de los electrones ligados a los niveles
de enerǵıa del átomo del medio o materia. Estas correcciones son despreciables
en materiales ligeros y normalmente no son necesarias al trabajar en dosimetŕıa
de radiación. Por otro lado, la magnitud de la corrección de nivel electrónico
aumentan con el incremento del número atómico. Los detalles del cálculo de las
correcciones para las capas K y L fueron hechas por Walke [13, 15], Fano [45]
y Bichsel [39].
El término de efectos de densidad describe la reducción del poder de frenado
debido a la polarización del medio. Este factor es importante solo para altas
enerǵıas (∼ 1000MeV ), este efecto fue descrito por Crispin y Fowler [46] y
Sternheimer [47,48] que posee fórmulas numéricas para el cálculo de la corre-
ción de densidades para diferentes medios o materia.
11
1.2.3. Rango o alcance
Debido a las caracteŕısticas de las part́ıculas α podemos obtener algunas propie-
dades para el rango o alcance de penetración. Dado que las part́ıculas son pesadas
poseen una trayectoria practicamente rectiĺınea. Tomando como medio al aire en
condiciones normales (CN), podemos calcular el rango de las part́ıculas α en el aire
de la siguiente manera:
Raire(cm) = 0,309 · [E(MeV )]3/2 (1.16)
Donde esta relación es valida para part́ıculas α con enerǵıas entre 4 y 7 MeV.
Si queremos generalizar el rango para cualquier medio, entonces podemos hacer
uso de la fórmula de Bragg-Kleeman [49]: √
R′ A
x(cm) = Raire ·
ef
3,2× 10−4 · (1.17)
ρ
Donde ρ es la densidad del medio o materia en g/cm3 y Aef es el número másico
efectivo del medio o materia que se calcula de la siguiente manera:
√ n√1A1 + n2A2 + · · ·
Aef = √ (1.18)
n1 A1 + n2 A2 + · · ·
Donde ni son las fracciones atómicas y Ai son los números másicos de los diver-
sos átomos que componen el material compuesto. A continuación se muestra una
tabla (1.3) en donde se muestran valores de rango o alcance de las part́ıculas α en
el aire y en tejidos biológicos en función de la enerǵıa.
Tabla 1.3: Rango o alcance de part́ıculas α en el aire y tejido biológico [35]
Enerǵıa (MeV) Aire (cm) Tejido biológico (cm) 10−3
0.4 0.26
0.6 0.38
0.8 0.43 0.72
1 0.52 0.79
1.5 1.01 1.4
2.0 1.67 2.2
3.0 2.50 3.1
4.0 3.00 3.6
5.0 3.52 4.4
6.0 4.67 5.5
7.0 5.96 7.0
12
1.3. Técnicas de detección
Hasta la actualidad existen muchas técnicas de detección de radiación, prin-
cipalmente de radiación ionizante, algunos de estas técnicas se van a describir a
continuación. Se describirán tres técnicas las cuales se usarón en el contexto de este
trabajo de investigación (práctica de entrenamiento realizada en el IPEN (Instituto
Peruno de Enerǵıa Nuclear) y en la Universidad de Extremadura, España). Nos en-
focaremos principalmente en técnicas de detección de part́ıculas α como son: células
de centelleo, métodos instantáneos de lectura y detectores sólidos de trazas. Detalla-
remos particularmente la técnica de detectores sólidos de huellas o trazas nucleares
(SSNTD’s); ya que, en este trabajo se usará solo dicha técnica.
1.3.1. Células de centelleo
El principal material que sirve como detector para la técnica de centelleo es el
centellador el cual es un material que produce luminiscencia cuando interacciona
con la radiación ionizante. Este material emite luminiscencia debido a que absorbe
parte de la enerǵıa de la pat́ıcula incidente, la longitud de onda del corto destello de
luz depende del material centellador. Existen dos fenómenos que pueden identificar
este corto destello, si el destello es muy corto de unos 10−8s el fenómeno se llama
fluorescencia; en cambio, si el destello dura de microsegundos a horas el fenómeno
se llama fosforescencia [50].
Figura 1.3: Diagrama de detector de centelleo [50].
El mecanismo del detector de centelleo se muestra en la figura (1.3). La radiación
ingresa al material centellador, luego emite un cierto rango de longitud de onda, esta
luz emitida es absorbida por un fotomultiplicador y la re-emite como electrones por
13
efecto fotoeléctrico, estos electrones se multiplican en una cascada de dinodos a
mayor potencial eléctrico (son placas metálicas colocadas a diferencias de potencial
donde los electrones colisionan y desaceleran) como se muestra en la figura (1.3)
en la parte E y finalmente se genera un pulso eléctrico que es la señal eléctrica de
salida [51].
Figura 1.4: Detector de centelleo
En la figura (1.4) se muestra el detector usado a modo de práctica en el IPEN.
A este detector se le inserta un cámara llamada cámara de Lucas (figura (1.5) parte
a) en donde sus paredes están recubiertas de ZnS(Ag) (Sulfuro de Zinc activado con
Plata). Este material presenta una luminiscencia intensa azul violeta.
Figura 1.5: a) Cámara de Lucas, y b) Calibrador de cuentas
Se ingresa el aire a estudiar en la cámara de Lucas y se coloca en el detector,
aśı se obtienen número de cuentas de las part́ıculas α en un tiempo determinado.
14
Para comprobar que el número de cuentas es correcto, se usa un calibrador de cuentas
(figura (1.5) parte b), que permite tener confianza de la cantidad de cuentas.
Finalmente, al tener la cantidad de cuentas de la cámara de Lucas se necesita
convertir las cuentas en concentración de Radón 222. Se usa entonces la siguiente
fórmula [52]:
− λRnt
R B 1−exp−λRnt
CRn = · (1.19)
CF exp−λRnT
Donde R es la cantidad total de cuentas medidas con el detector; B, cantidad de
cuentas de fondo; λRnt
− −λ t , correción debido al decaimiento durante el conteo en el
1 exp Rn
detector; exp−λRnT , correción debido al decaimiento antes del conteo; λRn, constante
de decaimiento del Radón 222; t, tiempo de conteo; T , tiempo entre la toma de
muestra y el conteo en el detector; y principalmente CF , factor de calibración es
aquel término que nos permitira convertir de cuentas a unidades de concentración.
El factor de calibración se obtiene mediante métodos experimentales y al igual
que todo detector se busca que de como resultado cuentas.La que la importancia
de esta calibración es obtener concentraciones. Para realizar una calibración se debe
tener una fuente radiactiva conocida, en este caso como se quiere medir Radón 222,
se debeŕıa usar Radio 226 o el mismo Radón; ya que, se tiene la fuente y su valor
númerico se realiza el mismo procedimiento anterior para medicion de Radón y final-
mente de la fórmula se despeja la expresión CF y aśı se obtiene experimentalmente
dicho factor. Los resultados de dos procedimientos distintos para la obtención del
factor de calibración del LR-115 tipo 2 se presentan en el apéndice (A).
1.3.2. Método de lectura instantánea o continua (Alpha-
GUARD)
El detector electrónico AlphaGUARD, figura (1.6). Es un equipo portable di-
señado para monitoreo continuo o instantáneo del Radón 222, con este equipo po-
demos detallar la variación del Radón 222 en función del tiempo, durante cada 10
minutos o cada hora.
El AlphaGUARD es una pequeña cámara de ionización de 0,62L de impulsos de
conteo (espectroscopia α). Este monitor es adecuado para el monitoreo continuo de
concentraciones de Radón 222 entre 2 a 2000000Bq/m31. Este aparato ofrece una
eficiencia alta de detección, es libre de mantenimiento con una calibración estable
a largo plazo. Se puede realizar mediciones de Radón 222 en aire, subsuelos, agua,
1Bq= Becquerel representa una razón de decaimiento radiactivo igual a una desintegración por
segundo [53]
15
materiales de construcción y descendientes de dicho gas; para cada medición se
debe realizar un esquema espećıfico para aprovechar de la manera más óptima las
bondades del equipo.
Figura 1.6: Detector AlphaGUARD
Esta técnica de detección se basa en la ionización que producen las part́ıculas α
en un medio. Esta ionización es proporcional a la enerǵıa de las part́ıculas α. Este
detector recolecta los iones formados debido a la ionización y se generan impulson
electrónicos los cuales como resultado final dará la concentración de Radón 222
mediante un un cálculo teórico que relaciona y convierte cuentas en concentración.
Además de concentración de Radón 222, dispone de sensores que permiten medir
la temperatura, presión y humedad. Dado esta cantidad de información nos permi-
tirá realizar relaciones entre la concentración y los demás parámetros. Podemos
observar en la figura (1.7) la linea gris es la concentración de Radón 222 durante
un cierto peŕıodo largo de tiempo medido durante 10 minutos; la linea verde, la
temperatura del recinto en ◦C; la linea azul, la presión; y la linea morada, la hume-
dad. Observamos que la mientras la temperatura aumenta, la humedad disminuye;
mientras la temperatura aumenta, la concentración de Radón 222 disminuye; y si
la humedad disminuye la concentración disminuye; en ambos casos se cumple de
igual forma el proceso inverso. Tambien podemos observas las altas y bajas de la
concentración de Radón 222 que puede identificarse según cada hora del d́ıa.
Este equipo puede servir cuando uno desea detallar la medición en el recinto que
se estudia; ya que, otros detectores mas simples nos dan una información promedio
durante un cierto peŕıodo de tiempo, pero este equipo nos muestra medidas casi
instantáneas (mı́nimo 10 minutos) durante peŕıodos largos.
16
17
Figura 1.7: Mediciones con el detector AlphaGUARD obtenidas en la Universidad de Extremadura, España
1.3.3. Detectores sólidos de huellas nucleares (SSNTD’s)
La técnica de huellas nucleares nos permite observar las huellas o trazas que dejan
las part́ıculas cargadas al interacionar con el medio o materia. Esta técnica se aplica
en cristales, vidrios, poĺımeros, micas, etc. En este trabajo se usa el poĺımero LR-115
tipo 2, como se muestra en la figura (1.8) parte a. El LR-115 tipo 2 está compuesto a
su vez por dos polimeros, como se observa en la parte b de la figura (1.8). El poĺımero
detector nitrocelulosa es muy sensible a las part́ıculas α el cual se ha demostrado
en otros estudios [54]. Una propiedad importante es su alto peso molecular, el cual
permite ser mejor material detector comparado con otros que igualmente pueden
registrar algunas huellas de part́ıculas α.
Figura 1.8: a) Detector LR-115 tipo 2, y b) Vista de perfil del detector
Estos materiales poseen un umbral de enerǵıa para el cual se imprimen huellas
en el detector, en particular para este LR-115 tipo 2 el umbral oscila entre 1.2 y 4.2
MeV. El Radón 222 presenta una enerǵıa de desintegración de 5.590 MeV, proceso
que sucede en el aire, por lo tanto el LR-115 tipo 2 puede capturar las α que provienen
de este emisor gaseoso. Finalmente, como información adicional al tamaño y forma
de las huellas proporcionan información de la masa, la carga, enerǵıa y el ángulo de
incidencia de la part́ıcula que penetró. A continuación se detallará la metodoloǵıa
experimental general de cómo proceder para obtener las huellas o trazas de Radón
222.
Elección del ambiente donde se realizarán las mediciones
Como primer paso uno debe elegir un ambiente abierto o cerrado donde se desee
conocer cuales son las concentraciónes de Radón 222 promedios durante un cierto
peŕıodo de tiempo. Para esta elección se tiene una gran cantidad de posibilidades;
ya que, el Radón al provenir de la corteza terrestre puede ser medido en el subsuelo,
en minas, en viviendas a diferentes alturas, en exteriores, etc. Esta elección depende
del usuario porque teniendo en cuenta estas consideraciones, podemos encontrar
Radón 222 en cualquiera de estos lugares. Debido a experiencias previas de algunas
18
mediciones ya realizadas se debe tomar en cuenta algunos parámetros adicionales
para mejorar la detección en cada lugar elegido.
Preparación de los detectores
La elaboración de los detectores igualmente depende del usario, pero se debe
tomar en cuenta que para la detección de Radón 222 śı se usa LR-115 tipo 2, la parte
de la nitrocelulosa debe estar expuesta; ya que, es la más sensible a las part́ıculas α
que emite este gas.
Colocación de los detectores y tiempo de detección
La colocación de los detectores igualmente depende del usuario y de las experien-
cias previas realizadas en la investigación, se debe tener en cuenta principalmente
el tiempo de detección; ya que, vaŕıa según donde se coloquen. En una ambiente
externo, se debe tener en cuenta la sensibilidad de este materialm a otros factores
ambientales como polvo, radiación UV, IR solar y demás poluciones presentes en el
aire que pueden degradar el material; por otro lado śı existe una gran cantidad de
concentración de Radón 222, los detectores pueden saturarse, las mediciones pueden
estropearse y dificultar la lectura de las huellas.
Luego de elegir convenientemente el tiempo de medición se colocan los detectores
en los sitios elegidos; durante el tiempo de exposición de los detectores se produce
la detección de las part́ıculas α que penetra el material y al interaccionar con las
molécuas y átomos del medio produce ionizaciones primarias y secundarias dejando
aśı una huella la cual se llama huella latente. Esta huella dejada por la part́ıcula no
puede ser observada a simple vista porque se le debe realizar un tratamiento qúımico
el cual permitirá el ensanchamiento de las huellas para una posterior lectura.
Baño qúımico (Etching)
En este proceso la huella se ensancha debido al tratamiento qúımico al que es so-
metido el poĺımero detector que en el caso del LR-115 tipo 2 consiste en una solución
de NaOH a 2.5N, estas condiciones se determinaron en un trabajo de investigación
anterior en la PUCP [55]. El tiempo de grabado o etching dependerá también de
donde se colocan los detectores, ya que un sobregrabado puede estropear las medi-
ciones.
Durante el grabado, la huella se ensancha de la siguiente forma:
En un caso ideal, si la part́ıcula tiene una incidencia normal sobre el detector
como se muestra en el diagrama de la figura (1.9). Se pueden encontrar una serie de
19
parámetros que permite indentificar las caracteŕısticas de la huella y la part́ıcula de
incidencia. En el diagrama se pueden identificar: I la superficie inicial del detector;
I ′ es la superficie nueva luego del grabado (etching); Vt la velocidad de grabado a lo
largo de la trayectoria de la part́ıcula (track etch rate); Vb la velocidad de grabado
de la región dañada por la part́ıcula (bulk etch rate); O la entrada de la part́ıcula; E
el punto final de la trayectoria de la part́ıcula; y OE = R el rango de la part́ıcula en
el detector. La distancia entre I e I ′ es igual a h que es el espesor removido por el
grabado en el detector, L′ es la distancia total que la solución del grabado ingresa a
lo largo de la trayectoria de la part́ıcula y L es la profundidad de la huella después
del grabado.
Figura 1.9: Geometŕıa de la formación de una huella. Con una incidencia normal y un
Vt constante [56].
Otro de los parámetros importantes es la velocidad de grabado V = Vt/Vb (etch
rate), la cual sirve para determinar si es que la huella se puede formar, en otras
palabras, la huella se forma solo cuando se cumple la condicón V > 1. También
se tiene como parámetro al ángulo δ del cono que se forma luego del grabado. Se
obtiene la siguiente relación entre estos dos parámetros [57]:
1
sin δ = (1.20)
V
Si la incidencia fuera oblicua se tendra que modificar la gemotŕıa anterior como se
muestra en la figura (1.10). Esta geometŕıa fue desarrollada por Somogyi y Szalay
[58]. A diferencia de una incidencia normal, la huella formada por la incidencia
oblicua es de forma eĺıptica. Igualmente en esta figura se puede observar el proceso
20
de grabado para diferentes tiempos y se observa que la huella se va formando.
Figura 1.10: Evolución del grabado de una huella formada por una part́ıcula con inci-
dencia oblicua y Vt [56].
En un caso real, el parámetro Vt se vuelve variable y para el desarrollo de este
se necesitan realizar modelos y métodos que permitan describir la formación de la
huella en un caso con incidencia oblicua o normal. Para este caso se tienen modelos
planteados por diferentes autores. El modelo de Somogyi Szalay [58], el modelo
de Fromm et al. [59], el modelo de Fews y Henshaw [60] y el modelo de
Nikezic y Yu [61]. Con estos modelos se pueden detallar la geometŕıa de la huella
obtenida de forma real.
Como se vio anteriormente, también se teńıa el parémetro Vb, este parámetro
para un caso ideal o real siempre es constante; ya que, depende de la temperatura
de grabado [15]. Pero cuando uno realiza el etching o grabado se hace a temperatura
constante según los estudios anteriores hechos en la PUCP. Este parámetro fue
estudiado por Fleischer et al. [15] el cual puede ser medido de manera directa (usando
medidores de longitud) o indirecta (usando relaciones geométricas) [62–64].
Finalmente, engoblando los dos parámetros de velocidad resume todos los mo-
delos anteriores en una formula general formulada por Durrani-Green [65]:
( )( )
V = 1 + 100 exp−0,446R′
+5 exp−0,107R′ ′
1− exp−R , (1.21)
Donde V = Vt/V
′
b y R es el rango residual (R’= rango de la part́ıcula antes del
grabado - Vt · t )
21
Lectura de los detectores
Luego de obtener la huella grabada se procederá a realizar el conteo de las huellas
por unidad de área, encontrando aśı la densidad de huellas en cada detector. Para
la lectura lo más simple es usar un microscopio óptico enfocado en 10X y contar
a ojo desnudo cada huella o usar algún sistema más sofisticado de conteo como
el sistema Politrack que es un sistema automático para el análisis de las huellas o
trazas nucleares del Radón 222 en el detector LR-115. El sistema consiste en un
plano cartesiano XY anclado en una base de anti-vibración tipo nido de abeja, a su
vez descansa sobre una mesa de metal. El sistema óptico está constituido por un
microscopio anclado a un eje motorizado (eje Z), a su vez fijado sobre la base de
la vibración a través de un brazo de granito. El ojo y la lente tiene un aumento de
zoom de 100x. El ocular se acopla directamente con una cámara CCD monocromo
con la resolución 1028x768 con 8-bit ADC. La cámara esté sincronizada con un PC
a través de una conexión Firewire. La fuente de luz está constituida por un diodo
LED ámbar (longitud de onda de 590 nm). Esta longitud de onda permite estar de
acuerdo con el espectro de obsorbancia del LR-115. El sistema es controlado por
un PC que ejecuta los ejes de control, el ajuste y la adquisición por parte de la
cámara. El software que realiza el reconocimiento de huellas nucleares se escribe con
LabVIEW 7.11. Las principales caracteŕısticas del software son: sistema de enfoque
automático y la determinación de un plano focal en el que escanear; algoritmos de
análisis morfológico de detector de trazas; el tamaño y el área de lectura establecido
por el operador; lectura o el número de código mediante OCR para identificación
automática [66].
Cálculo de concentración de Radón 222
Finalmente, se usa la ecuación que permite transformar la densidad de huellas
en concentración de Radón Bq/m3:
ρ
CRn = (1.22)
KRn · T
Donde, CRn es la concentración de Radón 222 en el ambiente estudiado; ρ, el
número de huellas por unidad de área (densidad de huellas); T , tiempo de detección;
y KRn, el factor de calibración 20,41Bq/(m3 ·dı́as) que corresponde a 1huella/mm2
el cual se obtiene experimentalmente [55]. Otra forma de obtener este factor de
calibración en el contexto de este trabajo se presenta en el apéndice A.
22
Caṕıtulo 2
Descripción experimental de la
detección de part́ıculas en el
medio ambiente usando SSNTD’s
En este trabajo de tesis se presentarán dos metodoloǵıas experimentales aplican-
do la técnica de huellas nucleares. Se muestran los procedimientos de las mismas y
los resultados obtenidos.
2.1. Metodoloǵıa en la detección de Radón 222
Para esta experiencia se usó el proceso de la sección (1.3.3). En este trabajo se
seleccionó la azotea del edificio de F́ısica de la Pontificia Universidad Católica del
Perú, ubicado en el distrito de San Miguel. Una imagen del edificio, seleccionado
por las facilidades de acceso y uso, se muestra en la figura (2.1).
Figura 2.1: Edificio de F́ısica de la PUCP
23
Los detectores se prepararon de la siguiente manera: se utilizaron cada vez 30
detectores, los cuales se recortaron de las láminas originales del LR-115 tipo 2 en
dimensiones de 2,5cm× 2,5cm y cada uno fue colocado en una lengueta de dimen-
siones 3cm × 9cm que fue insertada a media altura en un vaso descartable de 7oz.
(207,01cm3). Un esquema del detector listo para colocar se encuentra en la figu-
ra (2.2).
Figura 2.2: Montaje de detectores LR-115 tipoII
Se procedió a colocar los 30 detectores con el montaje correspondiente en la
azotea antes mencionada, en la figura (2.3) se muestra el esquema de la azotea
donde los puntos representan detectores apuntando hacia el zenit y los demás en las
direcciones indicadas por el sistema cardinal. El tiempo para esta experiencia fue de
20 d́ıas, el tiempo es relativamente corto si lo comparamos con mediciones que se
hacen en ambientes interiores pero es necesario para este trabajo; ya que, el detector
está expuesto al ambiente exterior el cual es cŕıtico en muchos sentidos.
Después de 20 d́ıas de exposición, se retiraron los detectores, en los cuales durante
ese tiempo se formaron las huellas latentes no visibles a simple vista. Luego se
procedió a realizar el grabado o etching para poder ensanchar las huellas. En esta
experiencia se encontró que la radiación UV degradaba este material con el tiempo
(decoloración percibida a simple vista), por lo que el tiempo de grabado fue de tan
solo 30 minutos con una solución de NaOH a 2.5N a 60◦C. Y aśı terminado este
proceso los detectores estaban listos para su lectura o conteo de huellas.
Luego, se procedio a realizar la lectura de los detectores. Para la lectura o conteo
se utilizó un microscopio óptico (LEICA DM LM) con un alcance de 10x. Esto nos
permitió encontrar la densidad de huellas en cada detector y aśı poder determinar las
concentraciones de Radón en dicho ambiente exterior en cada peŕıodo de medición.
Las huellas t́ıpicas de Radón 222 se muestran en las figuras (2.11) y (2.12), solo se
tomaran en cuenta las huellas tipo P. Finalmente se aplicó la ecuación (1.22) usando
el factor de 20,41Bq/(m3 · dı́as) que corresponde a 1huella/mm2 para la obtención
de los resultados de las concentraciones de Radón 222 [55].
24
25
Figura 2.3: Ubicación de los detectores en la azotea del edificio de F́ısica de la PUCP.
2.1.1. Resultados
Debido a que se han realizado detecciones de Radón 222 en exteriores desde el
2011 hasta la fecha, se presentan 7 mediciones distintas en diferentes épocas del año
con la finalidad de establecer fluctuaciones del Radón 222 en el ambiente exterior
estudiado. La primera medición se realizó en otoño desde el 01-06-2011 al 21-06-
2011, es importante hacer notar que esta medición se inició tres meses después del
desastre de Fukushima (11-03-2011) ; la segunda en invierno, desde el 14-07-2011
al 03-08-2011; la tercera en primavera, desde el 19-09-2012 al 09-10-2012; la cuarta
en verano, desde el 19-12-2012 al 08-01-2013; la quinta en otoño, desde el 10-06-
2015 al 30-06-2015; la sexta en invierno, desde el 08-07-2015 al 28-07-2015; y la
séptima en primavera, desde el 26-11-2015 al 15-12-2015. En el 2014 no se pudieron
realizar mediciones porque a los alrededores del edificio elegido se construyeron otras
edificaciones y el suelo fue removido constantemente, el exceso de polvo alteraba los
datos.
A continuación se presenta los resultados de la concentración de Radón 222 en
tablas y en forma gráfica para observar las fluctuaciones en los 7 peŕıodos separados
en las direcciones del viento de donde se colocaron (norte, sur, este, oeste y zenit).
Para una mejor correlación de los resultados obtenidos se investigó algunos detalles
de cada peŕıodo como se muestra en la tabla (2.1) 1
Tabla 2.1: Peŕıodos y caracteŕısticas de estos.
N◦ N◦ d́ıas Temperatura
Peŕıodos Fecha de de promedio UV
d́ıas lluvia (◦C)
1 Del 01-06-2011 al 21-06-2011 20 2 19.8 5.8
2 Del 14-07-2011 al 03-08-2011 20 11 17.3 5.7
3 Del 19-09-2012 al 09-10-2012 20 3 17.4 7.7
4 Del 19-12-2012 al 08-01-2013 20 1 21.8 7.9
5 Del 10-06-2015 al 30-06-2015 20 2 21.9 4.0
6 Del 08-07-2015 al 28-07-2015 20 5 19.5 4.0
7 Del 26-11-2015 al 15-12-2015 20 11 23.9 11.0
Las tablas presentadas a continuación indican los resultados de las mediciones de
las concentraciones de Radón 222 en cada peŕıodo y en cada dirección, se diferencian
dos tipos de huellas: las huellas P que corresponden a las huellas t́ıpicas del Radón
222 y las huellas G que fueron formadas simultáneamente en los mismos detectores,
estas tienen forma de anillos concéntricos y son analizadas más adelante.
1Datos meteorológicos tomados de la data histórica de la Estación Meteorológica “Hipólito
Unanue” en la PUCP [79]
26
Tabla 2.2: Resultados obtenidos desde el 01-06-2011 al 21-06-2011. La dirección de cada
grupo de detectores está indicada en la figura (2.3).
N◦ N◦ Concentración de
Detectores de huellas de huellas radón
(P)/mm2 (G)/mm2 (Bq/m3)
1 79 ± 02 0 1602.37 ± 81.11
Grupo 1 2 87 ± 08 1 ± 01 1780.76 ± 90.11
SUR 3 82 ± 05 0 1673.72 ± 84.71
1 1 ± 00 0 19.94 ± 1.21
Grupo 2 2 0 0 6.30 ± 0.52
OESTE 3 32 ± 05 0 659.00 ± 33.48
1 1 ± 00 0 11.54 ± 0.79
Grupo 3 2 0 ± 01 0 7.35 ± 0.57
ZENIT 3 0 1 ± 00 9.44 ± 0.68
1 0 18 ± 01 6.30 ± 0.52
Grupo 4 2 0 0 1.05 ± 0.26
ZENIT 3 0 19 ± 01 1.05 ± 0.26
1 0 19 ± 04 3.15 ± 0.36
Grupo 5 2 0 6 ± 04 5.25 ± 0.47
ZENIT 3 0 0 0
1 0 1 ± 00 1.05 ± 0.26
Grupo 6 2 0 ± 01 1 ± 00 9.44 ± 0.68
ZENIT 3 0 0 0
1 0 1 ± 00 4.20 ± 0.42
Grupo 7 2 0 1 ± 00 4.20 ± 0.42
ZENIT 3 0 0 7.35 ± 0.57
1 4 ± 01 1 ± 00 78.70 ± 4.18
Grupo 8 2 6 ± 03 1 ± 00 123.82 ± 6.46
NORTE 3 14 ± 04 0 289.62 ± 14.83
1 1 ± 00 8 ± 02 16.79 ± 1.05
Grupo 9 2 1 ± 01 10 ± 04 17.84 ± 1.10
ZENIT 3 0 0 0
1 29 ± 03 0 597.08 ± 30.35
Grupo 10 2 27 ± 04 1 ± 00 553.01 ± 28.13
ESTE 3 0 0 0
27
Tabla 2.3: Resultados obtenidos desde el 14-07-2011 al 03-08-2011. La dirección de cada
grupo de detectores está indicada en la figura (2.3).
N◦ N◦ Concentración de
Detectores de huellas de huellas radón
(P)/mm2 (G)/mm2 (Bq/m3)
1 48 ± 12 1 ± 00 982.20 ± 49.80
Grupo 1 2 46 ± 07 1 ± 01 933.93 ± 47.36
SUR 3 17 ± 07 1 ± 00 337.89 ± 17.26
1 2 ± 02 2 ± 01 32.53 ± 1.85
Grupo 2 2 51 ± 09 1 ± 00 1050.41 ± 53.24
OESTE 3 7 ± 03 1 ± 01 133.27 ± 6.93
1 4 ± 01 0 88.15 ± 4.65
Grupo 3 2 12 ± 05 0 247.65 ± 12.71
ZENIT 3 3 ± 01 0 70.31 ± 3.75
1 9 ± 03 0 188.88 ± 9.74
Grupo 4 2 9 ± 04 0 185.74 ± 9.58
ZENIT 3 12 ± 02 0 239.25 ± 12.28
1 8 ± 04 0 165.80 ± 8.58
Grupo 5 2 7 ± 07 0 136.42 ± 7.09
ZENIT 3 18 ± 10 0 372.52 ± 19.01
1 75 ± 18 1 ± 00 1536.26 ± 77.77
Grupo 6 2 46 ± 22 0 933.93 ± 47.36
ZENIT 3 4 ± 01 0 90.24 ± 4.76
1 100 ± 15 0 2041.00 ± 103.25
Grupo 7 2 9 ± 09 1 ± 01 179.44 ± 9.26
ZENIT 3 21 ± 08 1 ± 00 423.94 ± 21.61
1 9 ± 04 0 179.44 ± 9.26
Grupo 8 2 26 ± 07 0 534.12 ± 27.17
NORTE 3 3 ± 03 0 66.11 ± 3.54
1 24 ± 05 0 484.80 ± 24.68
Grupo 9 2 32 ± 10 0 654.80 ± 33.26
ZENIT 3 22 ± 06 0 448.08 ± 22.83
1 8 ± 03 0 158.45 ± 8.20
Grupo 10 2 11 ± 01 0 226.66 ± 11.65
ESTE 3 4 ± 02 0 80.80 ± 4.28
28
Tabla 2.4: Resultados obtenidos desde el 19-09-2012 al 09-10-2012. La dirección de cada
grupo de detectores está indicada en la figura (2.3).
N◦ N◦ Concentración de
Detectores de huellas de huellas radón
(P)/mm2 (G)/mm2 (Bq/m3)
1 10 ± 01 0 210.92 ± 10.85
Grupo 1 2 2 ± 01 0 50.37 ± 2.75
SUR 3 3 ± 01 0 64.01 ± 3.44
1 8 ± 01 0 170.00 ± 8.79
Grupo 2 2 15 ± 03 0 315.86 ± 16.15
OESTE 3 27 ± 20 0 547.76 ± 27.86
1 9 ± 02 0 182.59 ± 9.42
Grupo 3 2 9 ± 04 0 193.08 ± 9.95
ZENIT 3 32 ± 05 1 ± 00 645.35 ± 32.79
1 3 ± 01 1 ± 00 70.31 ± 3.75
Grupo 4 2 4 ± 01 0 89.20 ± 4.71
ZENIT 3 18 ± 07 0 374.62 ± 19.12
1 3 ± 01 0 60.86 ± 3.28
Grupo 5 2 4 ± 01 0 85.00 ± 4.50
ZENIT 3 4 ± 01 0 80.80 ± 4.28
1 57 ± 06 1 ± 00 1165.84 ± 59.07
Grupo 6 2 53 ± 03 1 ± 01 1175.59 ± 54.51
ZENIT 3 0 0 0
1 63 ± 06 0 1285.46 ± 65.11
Grupo 7 2 10 ± 02 0 209.87 ± 10.80
ZENIT 3 13 ± 05 0 270.73 ± 13.87
1 14 ± 06 0 293.82 ± 15.04
Grupo 8 2 23 ± 09 0 469.06 ± 23.89
NORTE 3 33 ± 03 0 664.24 ± 33.74
1 6 ± 02 0 128.02 ± 6.67
Grupo 9 2 5 ± 01 0 103.89 ± 5.45
ZENIT 3 21 ± 02 1 ± 00 429.19 ± 21.87
1 6 ± 01 0 131.17 ± 6.83
Grupo 10 2 12 ± 05 0 248.70 ± 12.76
ESTE 3 7 ± 04 0 152.16 ± 7.89
29
Tabla 2.5: Resultados obtenidos desde el 19-12-2012 al 08-01-2013. La dirección de cada
grupo de detectores está indicada en la figura (2.3).
N◦ N◦ Concentración de
Detectores de huellas de huellas radón
(P)/mm2 (G)/mm2 (Bq/m3)
1 7 ± 04 0 143.76 ± 7.46
Grupo 1 2 0 0 0
SUR 3 0 0 0
1 72 ± 07 2 ± 01 1471.20 ± 74.48
Grupo 2 2 3 ± 04 9 ± 08 58.76 ± 3.17
OESTE 3 8 ± 04 0 168.95 ± 8.73
1 0 15 ± 07 1.05 ± 0.26
Grupo 3 2 5 ± 05 0 111.23 ± 5.82
ZENIT 3 0 0 0
1 5 ± 02 0 104.94 ± 5.50
Grupo 4 2 4 ± 01 0 73.46 ± 3.91
ZENIT 3 1 ± 01 2 ± 01 23.09 ± 1.37
1 1 ± 00 0 26.23 ± 1.53
Grupo 5 2 2 ± 01 0 39.88 ± 2.22
ZENIT 3 0 0 0
1 14 ± 07 0 285.43 ± 14.62
Grupo 6 2 24 ± 20 0 490.05 ± 24.95
ZENIT 3 23 ± 17 6 ± 04 463.82 ± 23.62
1 4 ± 01 0 73.46 ± 3.91
Grupo 7 2 18 ± 03 0 360.98 ± 18.43
ZENIT 3 1 ± 01 0 15.74 ± 1.00
1 7 ± 06 1 ± 01 143.76 ± 7.46
Grupo 8 2 0 0 0
NORTE 3 1 ± 01 1 ± 00 24.14 ± 1.42
1 4 ± 05 2 ± 02 80.80 ± 4.28
Grupo 9 2 1 ± 01 0 26.23 ± 1.53
ZENIT 3 6 ± 04 0 128.02 ± 6.67
1 10 ± 09 0 201.48 ± 10.38
Grupo 10 2 1 ± 01 0 11.54 ± 0.79
ESTE 3 1 ± 00 0 12.59 ± 0.84
30
Tabla 2.6: Resultados obtenidos desde el 10-06-2015 al 30-06-2015. La dirección de cada
grupo de detectores está indicada en la figura (2.3).
N◦ N◦ Concentración de
Detectores de huellas de huellas radón
(P)/mm2 (G)/mm2 (Bq/m3)
1 8 ± 04 1 ± 00 163.28 ± 8.45
Grupo 1 2 7 ± 07 12 ± 05 142.0 ± 7.42
SUR 3 9 ± 07 10 ± 07 183.69 ± 9.48
1 25 ± 12 11 ± 01 510.25 ± 1.37
Grupo 2 2 17 ± 09 1 ± 00 346.97 ± 17.72
OESTE 3 20 ± 03 1 ± 01 408.2 ± 33.48
1 1 ± 01 2 ± 01 20.41 ± 1.23
Grupo 3 2 2 ± 00 0 40.82 ± 2.27
ZENIT 3 0 0 0
1 7 ± 03 0 142.87 ± 7.42
Grupo 4 2 1 ± 01 18 ± 12 20.41 ± 1.23
ZENIT 3 0 0 0
1 0 0 0
Grupo 5 2 0 0 0
ZENIT 3 0 0 0
1 10 ± 06 1 ± 00 204.1 ± 10.51
Grupo 6 2 7 ± 04 0 61.23 ± 3.30
ZENIT 3 3 ± 01 0 102.05 ± 5.36
1 5 ± 01 0 61.23 ± 3.30
Grupo 7 2 3 ± 01 6 ± 03 20.41 ± 1.23
ZENIT 3 1 ± 00 2 ± 00 142.87 ± 7.42
1 2 ± 01 0 40.82 ± 2.27
Grupo 8 2 4 ± 01 0 81.64 ± 4.33
NORTE 3 2 ± 02 0 40.82 ± 2.27
1 7 ± 05 17 ± 04 142.87 ± 7.42
Grupo 9 2 9 ± 04 4 ± 02 183.69 ± 9.48
ZENIT 3 4 ± 02 1 ± 01 81.64 ± 4.33
1 7 ± 03 4 ± 01 142.87 ± 244.92
Grupo 10 2 12 ± 01 7 ± 03 244.92 ± 12.57
ESTE 3 3 ± 02 9 ± 01 61.23 ± 3.30
31
Tabla 2.7: Resultados obtenidos desde el 08-07-2015 al 28-07-2015. La dirección de cada
grupo de detectores está indicada en la figura (2.3).
N◦ N◦ Concentración de
Detectores de huellas de huellas radón
(P)/mm2 (G)/mm2 (Bq/m3)
1 12 ± 05 0 244.92 ± 12.57
Grupo 1 2 15 ± 07 1 ± 00 306.15 ± 15.66
SUR 3 10 ± 03 0 204.1 ± 10.51
1 7 ± 02 0 142.87 ± 7.42
Grupo 2 2 5 ± 01 1 ± 01 102.5 ± 5.36
OESTE 3 3 ± 02 1 ± 01 61.23 ± 3.3
1 0 0 0
Grupo 3 2 3 ± 01 0 61.23 ± 3.3
ZENIT 3 0 0 0
1 2 ± 00 1 ± 00 40.82 ± 2.27
Grupo 4 2 4 ± 03 0 81.64 ± 4.33
ZENIT 3 2 ± 01 0 40.82 ± 2.27
1 1 ± 01 1 ± 01 20.41 ± 1.23
Grupo 5 2 0 1 ± 01 0
ZENIT 3 0 0 0
1 12 ± 06 0 244.92 ± 12.57
Grupo 6 2 11 ± 07 0 224.51 ± 11.54
ZENIT 3 9 ± 06 0 183.69 ± 9.48
1 7 ± 06 0 142.87 ± 7.42
Grupo 7 2 2 ± 02 0 40.82 ± 2.27
ZENIT 3 12 ± 05 2 ± 01 81.64 ± 4.33
1 7 ± 06 0 142.87 ± 7.42
Grupo 8 2 8 ± 04 0 163.28 ± 8.45
NORTE 3 7 ± 03 0 142.87 ± 7.42
1 4 ± 02 0 40.82 ± 2.27
Grupo 9 2 2 ± 01 0 61.23 ± 3.30
ZENIT 3 3 ± 02 1 ± 00 179.44 ± 9.26
1 14 ± 05 0 285.74 ± 14.63
Grupo 10 2 1 ± 00 0 20.41 ± 1.23
ESTE 3 6 ± 04 1 ± 01 122.46 ± 6.39
32
Tabla 2.8: Resultados obtenidos desde el 26-11-2015 al 15-12-2015. La dirección de cada
grupo de detectores está indicada en la figura (2.3).
N◦ N◦ Concentración de
Detectores de huellas de huellas radón
(P)/mm2 (G)/mm2 (Bq/m3)
1 2 ± 01 2 ± 01 40.82 ± 2.27
Grupo 1 2 1 ± 01 0 20.41 ± 1.23
SUR 3 0 0 0
1 3 ± 01 0 61.23 ± 3.3
Grupo 2 2 2 ± 00 0 40.82 ± 2.27
OESTE 3 0 0 0
1 2 ± 01 0 40.82 ± 2.27
Grupo 3 2 1 ± 00 0 20.41 ± 1.23
ZENIT 3 1 ± 01 0 15.74 ± 1.00
1 0 0 0
Grupo 4 2 0 0 0
ZENIT 3 0 1 ± 00 0
1 1 ± 00 0 12.59 ± 0.84
Grupo 5 2 1 ± 01 0 11.54 ± 0.79
ZENIT 3 1 ± 01 0 11.54 ± 0.79
1 0 0 0
Grupo 6 2 0 0 0
ZENIT 3 0 0 0
1 0 0 0
Grupo 7 2 0 0 0
ZENIT 3 0 0 0
1 1 ± 00 1 ± 01 20.41 ± 1.23
Grupo 8 2 0 0 0
NORTE 3 0 0 0
1 1 ± 01 1 ± 01 19.54 ± 1.21
Grupo 9 2 0 0 0
ZENIT 3 1 ± 01 0 11.54 ± 0.79
1 2 ± 01 0 40.82 ± 2.27
Grupo 10 2 1 ± 01 0 20.41 ± 1.23
ESTE 3 0 0 0
33
Igualmente a modo de resúmen se muestran los gráficos que representan las
fluctuaciones del Radón 222 en el ambiente exterior seleccionado para este estudio,
los cuales son:
Figura 2.4: Fluctuación de la concentración de Radón 222 desde el SUR.
Figura 2.5: Fluctuación de la concentración de Radón 222 desde el OESTE.
34
Figura 2.6: Fluctuación de la concentración de Radón 222 desde el NORTE.
Figura 2.7: Fluctuación de la concentración de Radón 222 desde el ESTE.
35
Figura 2.8: Fluctuación de la concentración de Radón 222 desde el ZENIT.
2.2. Metodoloǵıa en la detección y formación de
otras huellas (huellas G)
Paralelamente a la obtención de las huellas del Radón 222 (indicadas en las ta-
blas como huellas P) se obtuvieron otro tipo de huellas (indicadas en las tablas
como huellas G) como las que se presentan en la figura (2.13) y figura (2.14). Es-
tas se presentaron simultáneamente con las huellas del Radón 222, su presencia se
acentúa en algunos peŕıodos de medición, particularmente en el primer peŕıodo cer-
cano al suceso de Fukushima como se aprecia en la tabla (2.2) y también en un
peŕıodo posterior mostradas en la tabla (2.5); en los demás peŕıodos se presentan
solo esporádicamente.
Para estudiarlas más detenidamente y determinar el porque de la formación de
este tipo de huellas G se usó igualmente el mismo procedimiento de la sección (1.3.3).
En la caraterización de estas huellas se tiene en cuenta la enerǵıa de la part́ıcula
incidente; ya que, con este parámetro se puede calcular cuánto se ha frenado la
part́ıcula y a su vez este dato permite obtener el rango de penetración en cualquier
material; este cálculo se realiza con la fórmula de Bethe como se muestra en la
subsección (1.2.2). En la tabla (2.9) se muestra como varia el rango y el poder
de frenado dependiendo de la enerǵıa de part́ıcula al impactar con el aire; en la
36
tabla (2.10) se muestra cuando impacta con el poĺımero LR-115 tipo 2.
Con estas informaciones podemos saber como se comporta la part́ıcula α en el
aire y en nuestro detector. Posiblemente esta part́ıcula no sea una α proveniente del
Radón 222; ya que, como conocimiento previo sabemos que la enerǵıa de la part́ıcula
α de este emisor es de 5.590 MeV como se muestró en la tabla (1.1) y de acuerdo
a nuestro resultados corresponden a valores de enerǵıas superiores, estas huellas
corresponden a valores de enerǵıas superiores al presentar una geometŕıa mayor y
se encuentra que en la mayoŕıa de los casos logran atravesar toda la nitrocelulosa
de espesor 2 micrómetros, siendo el espesor de todo el poĺımero 112 micrómetros.
Podemos observar detalles de estas huellas en las figuras (2.15) y (2.16).
Tabla 2.9: Part́ıculas α al intearccionar con el aire
Enerǵıa Cinética (MeV) dE/dx (MeV/m) Alcance (mm)
1.00 308.83 3.99
1.10 300.21 4.32
1.20 290.99 4.65
1.30 281.67 5.00
1.40 272.45 5.36
1.50 263.44 5.74
1.60 254.92 6.12
1.70 246.81 6.52
1.80 239.20 6.93
2.00 225.18 7.79
2.25 210.07 8.94
2.50 197.05 10.17
2.75 185.74 11.47
3.00 175.83 12.86
3.25 167.02 14.31
3.50 159.21 15.85
3.75 152.21 17.45
4.00 145.90 19.13
4.50 134.79 22.69
5.00 125.38 26.54
5.50 117.28 30.66
6.00 110.27 35.05
6.50 104.07 39.72
7.00 98.59 44.65
8.00 89.25 55.31
9.00 82.46 66.97
37
Tabla 2.10: Part́ıculas α al intearccionar con el poĺımero LR-115 tipo 2
Enerǵıa Cinética (MeV) dE/dx (MeV/mm) Alcance (um)
1.00 276.64 4.32
1.10 270.01 4.69
1.20 262.99 5.06
1.30 255.97 5.45
1.40 248.85 5.84
1.50 242.04 6.25
1.60 235.43 6.67
1.70 229.11 7.10
1.80 223.00 7.54
2.00 211.69 8.46
2.25 198.87 9.68
2.50 187.55 10.97
2.75 177.44 12.34
3.00 168.43 13.79
3.25 160.32 15.31
3.50 152.91 16.90
3.75 146.31 18.57
4.00 140.20 20.32
4.50 129.59 24.03
5.00 120.58 28.02
5.50 112.88 32.31
6.00 106.17 36.87
6.50 100.27 41.72
7.00 95.03 46.84
8.00 86.17 57.89
9.00 80.04 69.93
38
A fin de repetir esta experiencia para identificar el otro tipo de huellas de forma
concéntricas, se seleccionaron otros 3 lugares muy distantes para realizar mediciones
similares, estas 3 zonas fueron los distritos de Miraflores, San Miguel y Chaclacayo.
Se colocarón en total 54 detectores sin espicificar época o estación del año, en
cada zona se colocó 18 detectores y a su vez se seleccionaron 3 distancias (6 detectores
colo cados en el suelo apuntando al zenit, 6 detectores colocados en la cara exterior
de una pared de un segundo piso y 6 últimos detectores en el techo apuntando al
zenit). Para la preparación de estos detectores en cada zona se uso los 6 montajes
experimentales mostrados en la figura (2.9).
Figura 2.9: Seis diferentes montajes experimentales para la detección de las huellas
concéntricas. X representa la pared, el piso o el techo exterior(de cemen-
to o ladrillo); M, representa la mica, usado como portadetector simple; A y
B partes del detector, nitrocelusosa y poliester base respectivamente.
39
En la figura anterior se muestras 6 montajes experimentales diferentes los cuales
se detallan de la siguiente forma: (1), con codificación A, detector puesto sobre X
donde la parte A está expuesta al exterior; (2), con codificación B, detector puesto
sobre X donde la parte B está expuesta al exterior; (3), con codificación A2 puesto
sobre una mica simple que esta sobre X donde la parte A está expuesta al exterior;
(4), con codificación B2 puesto sobre una mica simple que esta sobre X donde la
parte B está expuesta al exterior; (5), con codificación B1 puesto entre X y una
mica simple, la parte B está en contacto con X; y (6), con codificación A1 puesto
entre X y una mica simple, la parte A está en contacto con X. Tener en cuenta que
X representa el piso, la pared de un segundo piso o el techo exterior.
De esta manera se prepararon y colocaron los detectores como se ha especificado
anteriormente, un ejemplo de como se colocaron se muestra en la figura (2.10). El
tiempo de detección estimada para esta experiencia fue de 20 d́ıas.
Figura 2.10: Detectores colocados en Chaclacayo en la pared de un segundo piso.
Siguiendo el procedimiento estándar para la técnica de huellas nucleares, se pro-
cedió a retirar los detectores, se hizo el grabado o etching a una temperatura de
60◦C con una solución de NaOH a 2,5N durante 30 minutos y finalmente se ob-
servamos los detectores con un microscopio óptico (marca LEICA DM LM,alcance
10X). En este caso la determinación de la enerǵıa asociada ya no se hizo usando la
ecuación (1.22) sino se plantearon otras hipótesis que se explican más adelante.
2.2.1. Resultados
Se observaron al detalle los 54 detectores, se analizó en cada uno toda su su-
perficie. En la tabla (2.11) se muestra en cual de los montajes experimentales se
econtraron huellas concéntricas diferentes a huellas de Radón 222.
40
Tabla 2.11: Presencia de huellas concéntricas (tipo G) en cada montaje experimental
para 3 zonas distintas.
Ubicación Montaje San Miraflores Chaclacayo
figura (2.9) Miguel
1 A no A no A no
2 B si B si B si
3 A2 no A2 no A2 no
Piso
4 B2 si B2 si B2 si
5 B1 no B1 no B1 no
6 A1 si A1 si A1 si
1 A no A no A no
Pared 2 B si B si B si
(segundo 3 A2 no A2 no A2 no
piso) 4 B2 si B2 si B2 si
5 B1 no B1 no B1 no
6 A1 si A1 si A1 si
1 A - A - A -
Techo 2 B si B si B si
(parte 3 A2 - A2 - A2 -
exterior) 4 B2 si B2 si B2 si
5 B1 no B1 no B1 no
6 A1 si A1 si A1 si
Estos resultados se pueden apreciar en las siguientes figuras, las cuales represen-
tan un campo del detector:
Figura 2.11: Resultados de un campo del detector ubicado en Chaclacayo con código A2.
41
Figura 2.12: Resultados de un campo del detector ubicado en Miraflores con código B1.
Figura 2.13: Resultados de un campo del detector ubicado en San Miguel con código B.
Observamos que hay resultados repetidos sin importar la zona de medición; pero
también se observa que en la parte del techo no se observa información alguna,
42
Figura 2.14: Resultados de un campo del detector ubicado en Miraflores con código A1.
Figura 2.15: Huellas concéntricas con mayor cantidad de anillos.
esto se debe a que estuvo en contacto directo con la radiación UV (en esos d́ıas de
medición la radiación UV fue muy alta), mostramos un ejemplo de como quedo el
43
Figura 2.16: Huella concéntrica con mayor cantidad de anillos.
detector del cual no se pudo obtener ninguna información.
Figura 2.17: Detector degradado por UV ubicado en el techo de las 3 zonas.
Para confirmar la influencia de la radiación UV sobre el detector, se realizó la
siguiente experiencia que nos permite mostrar que la radiación UV no genera las
huellas concéntricas y que solo degrada al material, prácticamente inutilizandolo y
sin poder tener resultados que nos permitan hacer un conteo u observar a detalle
44
las huellas en el detector.
Para esta experiencia se usó una lámpara de UV con una cámara especial para
simular la potencia de la radiación UV en los d́ıas de exposición. Con la potencia de
la lámpara podemos hacer simulaciones hasta de varios meses con tan solo colocar
los detectores dentro de la cámara algunas horas.
Se hizo una prueba y se colocarón 2 detectores uno con la parte A expuesta a la
lámpara y el otro con la parte B. Los detectores se dejaron durante 1 d́ıa (24 horas).
Figura 2.18: Detectores expuesto con la parte A expuesta a la lámpara UV (UVA) y la
parte B (UVB).
Observamos que la parte A (nitrocelulosa) es la más sensible como hemos espe-
cificado anteriormente. Por acción de la radiación UV vemos que nuestro detector
pierde respuesta a la lectura. Si se desea realizar mediciones en el exterior sabiendo
que el lugar posee alta radiación se debe proteger de manera adecuada el detector
y/o disminuir los d́ıas de exposición.
Otra forma hipotética de analizar la formación de este tipo de huellas es tenien-
do en cuenta la posible difracción de la part́ıcula α. Como se sabe, la difracción
es un fenómeno primordial para la ondas, se produce cuando estas encuentran un
obstáculo o atraviesan una o varias rendijas, aśı se curvan, esparcen o simplemente
se difractan. Este fenómeno de la difracción ocurre en todo tipo de ondas, en nuestro
caso sucedeŕıa para las ondas de la radiación α teniendo en cuenta el principio de
dualidad onda materia.
Para este análisis en la formación de las huellas concéntricas se asume que se
producen debido a la difracción de las ondas α en las porosidades del poĺımero
45
ocasionadas por el enmarañamiento de las moléculas de la nitrocelulosa como se
muestra en la figura (2.19).
Figura 2.19: Nitrocelulosa vista desde un microscopio electrónico [67].
Para calcular la enerǵıa asociada en la formación de estos anillos se usa la teoŕıa
óptica general. Se usa los radios de los anillos, en este caso se midió el radio de los
anillos de algunos de los patrones que se obtuvieron mediante un programa que nos
proporciona la cámara de microoscopio Leica. Tomando uno de los casos se obtuvo
un valor del radio del primer anillo obscuro fue de 9,51µm , la longitud de onda
se obtuvo mediante la fórmula de enerǵıa E = hν. Se asumió que la velocidad de
incidencia al material es la velocidad máxima que obtiene una part́ıcula α v = c
20
, aśı se puede obtener el valor de la longitud de onda y aśı podemos encontrar las
relaciones de intensidades m(ediante l)a expresión [68]:
2
2J1(α) 2πa
I = Io α = sin θ (2.1)
α λ
Donde J1 es la función de Bessel en orden 1, a es el radio de la abertura circular,
para el caso de la part́ıcula incidente en el material se obtuvo el ancho mediante [68]:
λ
d = 1,22 (2.2)
sin θ
El valor θ es el ángulo que se forma desde la fuente hasta el anillo del primer
mı́nimo e y es la distancia del radio del primer anillo obscuro y asi finamlente
46
podremos obtener la relacion de intensidades las cuales se obtuvo un promedio de
0,00133623, lo que en realidad nos muestra la existencia de un mı́nimo ya que dicha
relación tiende a 0, por lo que concuerda con dicha teoŕıa de manera hipotética. Este
resultado se obtuvo con enerǵıas aproximadas a 6.40 MeV, enerǵıa muy superior
a las α del Radón 222. Observando anillos de dimensiones aún más grandes se
verifica que las enerǵıas necesarias para la formación de estas huellas no corresponden
al contaminante gas Radón 222. De acuerdo a la tabla (1.1) podŕıa tratarse de
part́ıculas α asociadas a los descendientes del Torio, sabiendo que en esa cadena se
encuentra el isótopo Radón 220 o Torón con vida media de 55.6 segundos que en su
decaimiento emite part́ıculas α con enerǵıas superiores a 6.404 MeV [69].
47
Caṕıtulo 3
Discusión de resultados
La presencia del contaminante radiactivo Radón 222 se constató en cada una de
nuestras mediciones. En la sección (2.1) se observa una fluctuación del contaminante
durante los 7 peŕıodos medidos durante 4 años aproximadamente. En esta fluctuación
se observa que en promedio la concentración de Radón 222 en el primer peŕıodo es
mayor que los demás peŕıodos como se observa en la figura (3.1), de la misma manera
desde la dirección SUR hay una mayor concentración de Radón 222 respectode las
demás direcciones. Este resultado es consistente con la contaminación ambiental
mayor producida por radiactividad natural y artificial que se produjo después del
evento de Fukushima [70].
En el peŕıodo donde se observa mayor radiación UV (peŕıodo 7) se encuentra
la menor cantidad de concentración esto posiblemente es debido a la radiación UV;
ya que, como sabemos el UV degrada nuestro detector, dificulta la lectura de las
huellas y observar que no todas las huellas quedaron registradas debido a este factor.
Relacionando nuestros resultados con la figura (1.7) podemos corrobar que mientras
mayor es la temperatura, la concentración de Radón 222 igualmente disminuye, lo
cual es consistente con la naturaleza gaseosa de este contaminante. De todas formas
se debe tener siempre en cuenta el factor de radiación UV al realizar mediciones en
el exterior con la técnica de huellas nucleares con el detector poĺımero LR-115 tipo
2.
Un problema de realizar mediciones en el exterior es la amplia gama de par-
ticulado que podŕıa dificultar la lectura, esto puede reflejarse en la figura (2.5) y
figura (2.8); ya que, esas barras de error representan que el detector ha capturado
de forma dispareja las part́ıculas α, debido a que el particulado estuvo presente,
pero igualmente se aprecian barras de error observables en las demás direcciones,
solo que estas dos direcciones son las más representativas.
Si hablamos de valores promedios de concentración de Radón 222 en las 5 direc-
48
ciones seleccionadas observaremos la siguiente fluctuación de Radón 222 promedio
en todas las direcciones.
Figura 3.1: Promedio de concentración de Radón 222 en todas las direcciones en cada
peŕıodo
Observamos que la concentración de Radón tiende a disminuir durante los 4
años de medición, debido a los factores explicados anteriormente. Como la concen-
tración de Radón es mayor en el SUR, podŕıamos predecir que la dirección del viento
promedio durante los peŕıodos de medición era desde el SUR hacia el NORTE.
Los resultados de la sección (2.2) son totalmente distintos al de la sección ante-
riormente detallada. Las huellas encontradas en estas mediciones no evidencian el
Radón 222, debido a su geometŕıa y a los estudios comparados y explicados en la
sección (C), porque si uno puede obtener medidas de Radón en interiores y si tan so-
lo se coloca los detectores en la parte exterior de la misma pared debeŕıa encontrarse
una cantidad de concentración de Radón menor a esta sin ningún cambio, pero lo
que se obtuvo con mayor nitidez fueron huellas concéntricas las cuales poseen anillos
perfectos.
Como se observa en la tabla (2.11), no siempre se encuentran este tipo de hue-
llas mediante la técnica de huellas nucleares usando el polimero LR-115 tipo 2 en
el exterior, observamos que existen algunos montajes experimentales especiales que
permiten obtener estas geometŕıas en nuestros detectores. En la tabla nos muestra
49
que hay 3 montajes los cuales captan dichas geometŕıas, A1, B2 y B (códigos deta-
lladas en las secciones anteriores). La repetibilidad de estos montajes nos da indicios
de que solo con estos montajes podemos obtener estas huellas concéntricas.
Se deseaba discriminar los 3 casos restantes (A1, B2 y B) para poder encontrar
explicación alguna. Por lo que se hizo un experimento adicional con las mismas
condiciones, solo que en A1 y B2 no se colocó mica sino algo más grueso y/o resistente
como el cartón y papel de aluminio; por lo que se descartó el caso A1, solo se obtenian
huellas en el caso B2 con ambos materiales, esto nos confirma que las part́ıculas que
forman las huellas concéntricas provienen del ambiente (exterior) y no de la pared y
que también las capta la parte B de nuestro detector (correspondiente al poliéster) y
que son tan energéticas que lo atraviesan hasta llegar a la capa de nitrocelulosa donde
se produce efectos de difracción. Hay que recordar que en el ambiente exterior existen
gran cantidad de part́ıculas subatómicas debido a los rayos cósmicos que poseen más
enerǵıa de las que captamos en interiores y que pueden impactar e ingresar por el
lado B del detector de manera que van rompiendo el detector por niveles formando
dichos anillos además de los descendientes del Torio como se indicó antes. Para
discriminar fehacientemente este otro tipo de part́ıculas se pueden aplicar las otras
técnicas descritas en la sección (1.3) pero exceden los alcances de esta investigación.
50
Caṕıtulo 4
Conclusiones
Como conclusiones de este trabajo de investigación podemos decir lo siguiente:
Los materiales, equipos, la técnica y demás experiencias implementadas en el
Laboratorio de Huellas Nucleares de la PUCP hicieron posibles el desarrollo
de este trabajo.
La aplicación de la técnica de huellas nucleares en el poĺımero LR-115 tipo 2
usado como detector, permite establecer fluctuaciones del contaminante am-
biental radiactivo Radón 222 en la zona elegida.
Al medir la presencia del Radón 222 que es uno de los contaminantes radiacti-
vos ambientales más estudiados por todo el mundo, se pueden obtener también
huellas que se deben a otras part́ıculas α de origen radiactivo no identificadas
que al impactar y penetrar en el detector por la parte no sensible (poliester
base) forman anillos concéntricos al llegar a la parte sensible nitrocelulosa.
Al realizar medidas aplicando esta técnica usando el poĺımero LR-115 tipo 2
se debe tener en cuenta la radiación UV ambiental. Lo que podŕıa hacerse
a futuro para obtener mejoras en las mediciones es disminuir el tiempo de
detección o colocar protectores o filtros de radiación UV adecuados.
El factor de radiación UV es uno de los factores ambientales resaltantes en
este tipo de mediciones y muy importante a tener en cuenta, dado que en la
ciudad de Lima la presencia de radiación UV es alta, con más notoriedad se ha
encontrado en el mes de diciembre del 2015 en adelante y se ha pronosticado
la presencia de un alto ı́ndice de radiación UV en el Perú.
Las part́ıculas que forman las huellas de forma concéntrica son aquellas pro-
venientes del exterior el cual interaccionan principalmente con la parte no
sensible del detector (poliester).
51
De acuerdo al cálculo usando la teoŕıa óptica para un proceso de difracción
de part́ıculas α se puede establecer que la enerǵıa es mucho mayor a la que
pueden generar una part́ıcula α de Radón 222 igualmente en le tabla (2.9) y
tabla (2.10); ya que, estas huellas se forman principalmente cuando atraviesan
completamente el material. Igualmente part́ıculas α con enerǵıas mayores a
4.5 MeV no son detectadas por nuestro detector [71] por lo que se asume otro
tipo de part́ıcula con una enerǵıa mayor.
La técnica de huellas nucleares no solo permite realizar mediciones de Radón
222 en un ambiente en particular teniendo en cuenta que para cada caso hay
factores que pueden afectar los datos, si no que se puede utilizar esta técnica a
otro tipo de aplicaciones, debido a que la geometŕıa de las huellas proporciona
información de la part́ıcula penetrante.
Las mediciones de Radón 222 obtenidas con otras técnicas como el del Alpha-
GUARD y las del apéndice (B), fueron realizadas en laboratorios externos de
apoyo a modo de entrenamiento en las técnicas de huellas nucleares.
Finalmente, para complementar las mediciones de Radón 222 podemos hacer
comparaciones con mediciones obtenidas usando otras técnicas o medidores
directos de Radón 222 a mediano plazo; estos también pueden ser usados en
la zona seleccionada para este trabajo. Esto podŕıa aumentar confiabilidad en
los resultados obtenidos con la técnica de huellas nucleares.
52
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58
Apéndices
59
Apéndice A
Proceso de Calibración del
detector LR-115 tipo 2
Para el proceso de calibración, primero se necesita de fundamentación teórica
que permitirá enteder la técnica de calibración.
Equilibrio secular
Como primer concepto que se debe tener conocimiento del equilibrio secular
[72]. El equilibrio secular se da cuando la actividad del padre es igual a la del
hijo en un tiempo determinado, cuando la vida media del padre es muy grande
en comparación con la del hijo. Como ejemplo, tenemos que NRa es la cantidad
de núcleos del padre y NRn es la cantidad de núcleos del hijo (se hace uso de
estos elementos; ya que, serviran para el proceso de calibración), entonces se
tiene las siguientes relaciones de desintegración:
dNRa
= − dNRn
λRaNRa = λRaNRa − λRnNRn (A.1)
dt dt
Resolviendo estas ecuaciones diferenciales se puede obtener la actividad de
cada elemeto (NRa y NRn):
60
Para NRa:
dNRa
= −λRaNRa
dt
∫ dNRa
= −λRad
NRa ∫t
dNRa
( ) = −λRa dt
NRa
ln (NRa)− l(n N0
Ra) = −λ (A.2)
Rat
NRa
ln = −λ
0 Rat
NRa
NRa
= exp (−λRat)
N0
Ra
N 0
Ra = NRa exp (−λRat)
Usando lo anterior se puede encontrar la relación de actividad del Radio 226:
A = A0
Ra Ra exp (−λRat) (A.3)
Para NRn:
dNRn
= λRaNRa − λRnNRn
dt
dNRn
= λ N0
Ra Ra exp(−λRat)− λRnNRn
dt
dNRn
( = λ 0
RaNRa exp(−λRat)− λRnNRn)
dt
· exp(λRnt)
− λRnNRn exp(λRnt)
dNRn
exp(λRnt)+λRnNRn exp(λRnt) = λ N0
Ra Ra exp(−λRat+ λRnt)
dt
∫ dNRn exp(λ t) (A.4)
Rn
= λ∫ 0
RaNRa exp(−λRat+ λRnt)
dt
dNRn exp(λRnt) = λ 0
RaNRa exp(−λRat+ λRnt)dt
λRa
NRn exp(λ t) = N0
Rn Ra exp(−λ
− Rat+ λRnt)
λRn λRa
+ C
λRa
N 0
Rn = NRa exp(−λRat+ λRnt)
λRn − λRa
· exp(−λRnt) + C exp(−λRnt)
61
Para poder calcular el valor de la constante C, se hace t = 0, entonces:
0 λRa
N = N0 exp(−λ0 0 0 0
Rn λ − λ Ra Ra + λRn) exp(−λRn) + C exp(−λRn)
Rn Ra
0 λRa
NRn = N0 + C (A.5)
λ Ra
Rn − λRa
λRa
C = N0 0
Rn − N
λ − λ Ra
Rn Ra
Reemplazando el valor de C en la ecuación (A.4) , tenemos:
λRa
NRn =( N0
Ra exp(−λRat+ λRnt) exp(−λRnt)
λRn − λRa )
+ N0 λRa 0
Rn − NRa exp(−λRnt)
λRn − λRa (A.6)
λRa
NRn = N0
Ra exp(−λRa − λRn)t+N0
Rn exp(−λRnt)
λRn − λRa
λRn
ARn = A0
Ra exp(−λRa − λRn)t+ A0
Rn exp(−λ
− Rnt)
λRn λRa
Para poder obtener el equilibrio secular se tiene que igualar ambas actividades
(Rn y Ra):
Para A0
Rn = 0
ARn = ARa
λRn
A0
Ra exp(−λ 0
Ra − λRn)t = ARa exp (−λRat)
λRn − λRa
λRn
exp(−λ
− Ra − λRn)t = exp (−λRat)
λRn λRa
λ − λ
(exp(−λRat)− exp(−λRnt)) exp(λ
Rn Ra
Rat) =
λ
Rn
− λ − λ
1 exp(λ − λ )t = Rn Ra (A.7)
Ra Rn
λ
Rn
λ
( Ra = exp(λRa − λRn)t
λ
R)n
λ
ln Ra = (λRa − λRn)t
λ
Rn ( )
λ
ln Ra
λ
t = Rn
λRa − λRn
62
Para A0
Rn ̸= 0
ARn = ARa
λRn
A0 exp(−λ − λ )t+ A0
Ra Ra Rn Rn exp(−λRnt) = A0
Ra exp (−λ
− Rat)
λRn λRa
λ 0
Rn
(1− A
exp(−λ t+ λ t)) + Rn
Rn Ra exp(−λRnt+ λ
− 0 Rat) = 1
λRn λRa ARa
A0
Rn − − λRn − λRn
exp( λRnt+ λRat) e(xp( λRnt+ λRat) =)1−A0
Ra λRn − λRa λRn − λRa
A0 λRn λRa
exp(−λRnt+ λRat)
Rn − =
A0
Ra λRn − λRa λRa − λRn
λRa
λ −λ
exp(−λ t+ λ t) = ( Ra Rn
Rn Ra )
 A0
Rn − λRn
A0
Ra λRn−λRa
λRa
−λ  λRa−λRn 
Rnt+ λRat = ln ( )
A0
Rn − λRn
A0
Ra λRn−λRa
 
( λRa
ln λRa−λRn )
A0
Rn− λRn
A0 λ
Ra Rn−λRa
t =
λRa − λRn
(A.8)
Con esto se puede saber el tiempo en el que estos dos elementos llegan al
equilibrio secular, dependiendo si se tiene concentración de Radón 222 o no.
Se posee 2 cámaras las cuales nos permitirán realizar la calibración, las dimen-
siones exactas de estas no son muy importantes, lo más importante a tener en
cuenta es que una de estas cámaras sea muchisimo mayor que la otra como se
muestra en el siguiente esquema.
Figura A.1: Esquema de la cámara y antecámara
Como se observa se tiene la cámara A y la antecámara B. En la cámara A se
63
coloca la fuente radiactiva de Radio 226 la cual permite tener una concentra-
ción de Radón 222 en dicha cámara. Antes de realizar el experimento se debe
llegar al equilibrio secular entre ambos elementos, para esto usamos la ecua-
ción (A.7) y aśı obtenemos t = 65,77 d́ıas aproximadamente. Este es el tiempo
que se debe esperar para que se cumpla el equilibrio secular y poder tener
aśı una concentración constante en la cámara A. Si se quiere abrir la cámara
A para colocar los detectores o retirarlos cada cierto tiempo, se debe esperar
dicho tiempo para cada coloción o retiro, por lo que este proceso seŕıa muy
ineficiente. Dado esto, se creó la antecámara B la cual es mucho más pequeña,
esta servirá para la colocación o retiro rápido de los detectores. El proceso
para mejorar la técnica de calibración con la antecámara es la siguiente:
Al tener el equilibrio secular en la cámara A, primero se cierra la puerta entre
la cámara A y la antecámara B, luego se abre la cámara B y se colocan los
detectores. Finalmente, se cierra la antecámara B y se abre la puerta entre
la cámara A y B. Aśı hemos podido colocar detectores sin cambiar la con-
centración debido al equilibrio secular en la cámara A, pero hay una pequeña
porción de aire (al abrir la antecámara B) que se debe tener en cuenta. El
efecto dilución corrige la pequeña porción de aire que entra.
Mientras los detectores están en detección, se sabe que a mayor tiempo más
part́ıculas α ingresa en el detector, factor a considerar en el proceso de cali-
bración.
Luego de solucionar el problema del equilibrio secular, ahora se puede colocar y
retirar detectores de manera eficiente. Finalmente, se elige cuantos detectores
se colocan y cada que tiempo se retiran, de acuerdo a lo anterior.
A modo de ejemplo experimental, se puede colocar 20 detectores y se retirarán
2 detectores cada 3 d́ıas. Se retiran 2 para obtener una mejor estad́ıstica comparada
con solo retirar 1. Después de retirados, se realiza el proceso de grabado y de lectura,
lo que se espera es que los datos obtenidos y graficados de huellas vs. tiempo posea
un ajuste lineal, de tal manera que los puntos con sus errores esten dentro del ajuste,
cumpliento la estad́ıstica del caso; ya que, si uno de los datos se aleja demasiado del
comportamiento lineal, debe ser evaluado y, en consecuencia, corregido o desechado
[73].
Finalmente, al tener las densidades de huellas, el tiempo de detección y la con-
centración definida y constante debido al equilibrio secular, se hace uso de la ecua-
ción (1.22) despejando el factor de calibración y reemplazando la información res-
tante conocida para cada par de detectores, igualmente el factor de calibración para
64
los 10 pares deben ser aproximadamente constantes y aśı se puede tener un buen
factor de calibración. En este proceso la cantidad de detectores se puede aumentar
para una mayor precisión.
Como resultado incial de esta experiencia en la figura (A.2) se muestra el com-
portamiento lineal entre la cantidad de huellas y la cantidad de horas, es el resultado
esperado.
Figura A.2: Comportamiento lineal entre cantidad de huellas promedio y horas.
El número de huellas mostradas en la figura (A.2) es una cantidad promedio de
cinco campos de lectura de cada detector, como se muestra en la figura (A.3). En
cada campo se realizó cinco lecturas para tener una buena estad́ıstica, cada campo
tiene un área de 126,96µm2 y la concentración de Radón 222 dentro de las cámaras
fue en promedio de 472,00Bq/m3. Con esta información y la cantidad de huellas se
puede encontrar el factor de calibración despejando KRn de la ecuación (1.22).
Figura A.3: Cinco campos seleccionados para la lectura del detector LR-115 tipo 2.
Aśı, se obtuvo en promedio 20,28Bq/(m3 ·dı́as) que corresponde a 1huella/mm2
el cual es comparable con resultados anteriores hechos en la PUCP [55] mediante
65
otro método.
66
Apéndice B
Otras aplicaciones del LR-115 tipo
2 en la detección de contaminantes
medio ambientales
El uso del poĺımero LR-115 tipo 2 en medidas medio ambientales es amplio,
aqúı se presentará dos experiencias realizadas en el IPEN de las que pueden surgir
futuros trabajos.
Medidas de exhalación de Radón 222 en subsuelo. A pesar que este gas
proviene del subsuelo, se puede acumular en el interior de las viviendas o en
el medio exterior. Aqui se presentará un adescripción teórica y experimental
de la técnica de medidas de exhalación.
El Radón 222 exhala porque es un gas, dado esto sale al exterior dependiendo
de su difusión. La difusión del Radón 222 es de gran relevancia en el estudio
de su movimiento a través de la corteza terrestre, la capacidad de difusión a
través de cualquier medio se puede describir con el coeficiente de difusión, el
cual se obtiene a partir de la teoŕıa cinética de los gases, donde sus unidades
viene medido en cm2/s [74].
Al no conocer el coeficiente de difusión de manera experimenta una correlación
satisfactoria que permite el cálculo de esta teóricamente es el de Hirschfelder,
Bird y Spotz [75], el cual hace uso de la teoŕıa cinética de los gases.
Este término de difusión como las caracteŕısticas del material en el cual el
Radón 222 se difundirá, como la permeabilidad, porosidad y demás, impor-
tarán cuando dicho gas se difunda de un medio a otro y luego exhale hacia
el exterior. Aqúı por simplicidad se usará un método aplicando la técnica de
67
huellas nucleares y se usa la siguiente expresión que permite obtener la razón
de exhalación de Radón 222 [76–78], la llamaremos la “técnica de la lata”:
CRn (V λ/A)
ExRn = (B.1)
t+ (1/λ) exp−λt− (1/λ)
Donde CRn es la concentración de Radón medida por los detectores de estado
sólido en nuestro caso el polimero LR-115 tipo 2; V , volumen de la lata; A, área
de la base de la lata; t, tiempo de exposición; y λ, constante de decaimiento
del Radón.
El montaje experimental para esta medición se muestra en la figura (B.1), en
esta figura se observa la “lata”(color azul en la figura) que es enterrada en el
subsuelo en la cual se colocan dos detectores LR-115 tipo 2 en su interior.
Figura B.1: Montaje experimental de la “técnica de la lata”.
Aśı finalmente, se puede encontrar la exhalación de Radón 222 del suelo en el
que se colocó la lata.
Medición de Radón 222 proveniente de desechos de Uranio 238. Ima-
ginemos que hay desechos de Uranio 238 enterrados a una cierta profundidad
como se muestra en el esquema de la figura (B.2). Como se sabe, el Radón 222
es el único elemento gaseoso de se cadena de desintegración, entonces se tiene
la seguridad que en el exterior habrá presencia de Radón 222 identificando la
fuente de Uranio 238.
Una forma de poder estudiar el radón que emerge hacia la superficie es colo-
cando detectores en la superficie de los tubos de escape. A modo de experiencia
se pueden colocar 12 detectores LR-115 tipo 2, dividios en 4 grupos (los grupos
representan el norte, sur, este y oeste) y en cada grupo hab́ıan 3 detectores
colocados a diferentes distancias como se muestra en la figura (B.3).
Se establece esa configuración al tener la información acerca del viento (di-
rección, velocidad y demás) en el peŕıodo de detección (12 d́ıas). Luego del
68
Figura B.2: Esquema de un desecho de Uranio 238 con dos tubos que facilitan la difusión
de Radón 222.
Figura B.3: Detectores colocado encima de desechos de Uranio 238.
tiempo estimado y usando la técnica de huellas nucleares se obtuvieron resul-
tados como el que se muestra en la figura (B.4) y figura (B.5), la cual muestra
un pequeño campo del detector.
En la figura (B.6) observamos los resultados de las huellas en función de las
distancias y direcciones del viento para dos tubos seleccionados. Se observa que
no hay correlación con la dirección del viento obtenida (dirección del viento
de Norte a Sur), para esto se debe detallar el estudio para entender mejor el
comportamiento del Radón que sale hacia el exterior.
69
Figura B.4: Campo de 126,96µm2 del detector LR-115 tipo en mediciones de desechos
de Uranio 238.
Figura B.5: Campo de 126,96µm2 del detector LR-115 tipo en mediciones de desechos
de Uranio 238.
70
Figura B.6: Cantidad de huellas en las 12 posiciones seleccionadas para dos tubos de
diferente dimensión.
71
Apéndice C
Comparaciones de medidas en el
interior como en el exterior
Dado que en la subsección (2.2) se demuestra la presencia de otra geometŕıa de
huellas nucleares en los detectores expuestos al ambiente exterior, en esta sección
se demuestra que son huellas que se forman cuando las mediciones se hacen en un
ambiente exterior. Se realizó el con las 7 posibilidades de colocar el detector como
se muestra en la figura (C.1).
Para esta experiencia se colocaron 14 detectores LR-115 tipo 2, los cuales se
separaron en dos grupos de 7, se eligio una pared a una altura de 3 pisos, en la
cara de la pared exterior del cuarto (E) de esta se colocó el primer grupo de 7
detectores y en la cara de la pared interior del cuarto (I) se colocó el grupo restante
de igualmente 7 detectores. Los detectores se colocarón durante 20 d́ıas y luego del
tiempo de detección se realizó el grabado a una temperatura de ◦60 con NaOH al
2,5N por un tiempo de 30 minutos.
En la siguiente tabla (C.1) se muestra en cual montaje experimental se obtienen
las huellas concéntricas. La codificación de cada detector viene dada de la siguiente
manera: (1) E e I indican que el detector desnudo sin contacto con objeto u cosa
alguna esta en el interior y exterior respectivamente; (4) EA2 e IA2, el detector
esta con la parte A en contacto con el aire y la parte B en contacto con una mica
pegada en la pared en el exterior e interior respectivamente; (5) EB2 e IB2, parte B
en contacto con el aire y la parte A en contacto con una mica pegada en la pared en
el exterior e interior respectivamente; (7) EA1 e IA1, detector entre mica y pared
con la parte A en contacto con la pared en el exterior e interior respectivamente;
(6) EB1 e IB1, detector entre mica y pared con la parte B en contacto con la pared
en el exterior e interior respectivamente;(3) EB e IB, detector desnudo con la parte
B en contacto con el aire en el exterior e interior respectivamente; y (2) EA e IA,
72
Figura C.1: 7 diferentes montajes experimentales para la detección de las huellas
concéntricas. P representa la pared; M, representa la mica, un portadetector
simple; A y B partes del detector, nitrocelusosa y poliester base respectiva-
mente.
detector desnudo con la parte A en contacto con el aire en el exterior e interior
respectivamente. (Los números son los representados en la figura (C.1)).
Tabla C.1: Respuesta de la presencia de huellas concéntricas de cada montaje experi-
mental
Exterior Interior
E si I no
EA no IA no
EB si IB no
EA1 si IA1 no
EB1 no IB1 no
EA2 no IA2 no
EB2 si IB2 no
73
Según los resultados obtenidos, ningun detector ubicado en el interior del cuarto
presenta huellas concéntricas; sin embargo, en la parte del exterior se observa la
presencia de estas huellas con el montaje E, EB, EA1 y EB2.
A continuación se muestran los resultados en las siguientes figuras, obsevamos
que el montaje IA2 se observan las huellas que normalmente son las del Radón 222
(figura (C.2)) y en el montaje EB2 se observan las huellas concéntricas y algunas de
las huellas del Radón 222 (figura (C.4)).
Figura C.2: Detector sin huellas concéntricas con el montaje IA2 según formato de la
figura (C.1).
Figura C.3: Detector con huellas concéntricas con el montaje E según formato de la
figura (C.1).
74
Figura C.4: Detector con huellas concéntricas con el montaje EB2 según formato de la
figura (C.1).
75