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nización de pequeños volúmenes \\\[3,4\\\] y en principio, los espectros de fotones pudieran determinarse a partir de la deconvolución de espectros de altura de pulsos, medidos con equipos de espectrometría de fotones \\\[5,6,7\\\]. Sin em- bargo, cuando las tasas de kerma en aire son elevadas, en particular en haces de fotones con energías iguales o supe- riores a la del 137Cs, la obtención de los espectros por la vía experimental introduce una serie de variables de influencia adicionales cuya incertidumbre es de difícil cuantificación. Debido a esto, la simulación Monte Carlo de los haces, utili- zando códigos validados y modelos detallados de las fuen- tes, se ha convertido en la primera opción \\\[8,9\\\]. La simu- lación estadística también se aplica a la caracterización de haces de fotones con muy bajas tasas de kerma en aire \\\[10\\\].
En el presente trabajo se describe el procedimiento uti- lizado en la simulación estadística del haz de 137Cs del irra- diador NI-645, instalado en el Laboratorio de Metrología de Radiaciones Ionizantes (LMRI) del Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y tecnológicas (Ciemat). Se analiza la contribución de los diferentes componentes del irradiador al espectro de kerma en aire y se muestran los resultados de las verificaciones experimentales realizadas.
matErialEs Y métoDos
Para la simulación estadística se utilizó el método Monte Carlo, mediante el código MCNPX (2.6.0) \\\[11\\\], con la li- brería de fotones MCPLIB04 \\\[12\\\] y la librería de electrones EL03 \\\[13\\\]. Durante la simulación estadística del transporte de fotones se consideraron las siguientes interacciones: dispersión coherente, efecto fotoeléctrico incluyendo los procesos de relajación atómica, dispersión inelástica y formación de pares electrón-positrón. Las secciones eficaces de interacción de thomson y de Klein-Nishina son modificadas con el factor de forma para la dispersión coherente y con la función de dispersión no coherente, respectivamente. Se utilizó la opción: “tratamiento físico detallado”, que implica el seguimiento de todas las par- tículas secundarias que surgen durante las interacciones de los fotones. La energía de corte para los fotones fue 10 keV. Durante la simulación estadística del transporte de electrones se consideraron las dispersiones elásticas y las colisiones inelásticas con los electrones orbitales y los núcleos del medio, incluyendo los procesos de relajación atómica y la emisión de radiación de frenado. Se aplicó la dispersión múltiple para predecir tanto la dirección del electrón (procedimiento de Goudsmit-Saunderson) como su energía (procedimiento de Landau y Blunck-Leisegang) tras un determinado recorrido en el medio. El paso para el muestreo de la energía se determinó por el código, con una pérdida de energía promedio igual al 8,1% en cada paso. A su vez, en función del material, cada paso se dividió en pasos más pequeños para el muestreo de la di- rección del electrón. Se utilizaron los valores por defecto, con un promedio de 8 subdivisiones por paso. Si bien el transporte detallado de los electrones en la fuente y en los
materiales del irradiador no es necesario en este caso, se realizó el seguimiento riguroso de todos los fotones secun- darios producidos durante la interacción de los electrones. Estos fotones secundarios son rayos X (característicos y de frenado) predominantemente de bajas energías. En corres- pondencia, la energía de corte seleccionada para los elec- trones fue 100 keV. Por debajo de este valor la producción de radiación de frenado puede considerarse despreciable.
Mediante la variable de salida “f4” (track length estima- tor) se calculó la fluencia de fotones utilizando una esfera pequeña de aire. La fluencia se registró para cada canal de energía de 5 keV de ancho, entre 50 y 665 keV. El es- pectro de kerma en aire se obtuvo a partir del espectro de fluencia de fotones, aplicando los valores del coeficiente de transferencia de energía másico en aire, correspon- dientes a cada canal de energía \\\[14\\\]. El número de fotones a simular se seleccionó de forma tal que la incertidumbre típica relativa en el canal correspondiente a 661,66 keV resultara inferior al 0,2% y del orden del 2% en el resto de los canales. Para ello, las simulaciones se realizaron en el clúster Euler del Ciemat, utilizando un total de 128 pro- cesadores (3 GHz, 2 GB ram/núcleo). El tiempo máximo de simulación por cada espectro fue de unas 10 horas, con un total de 2 x 1011 fotones simulados.
Para la visualización de las geometrías se utilizó el có- digo Vised \\\[15\\\], compilado para MCNPX. Como técnicas de reducción de varianza se utilizaron las energías de corte para fotones y electrones, así como el truncamiento geométrico. No se aplicaron otras técnicas de reducción de varianzas con vistas a reducir la probabilidad de obte- ner resultados sesgados.
La modelación de los diferentes componentes del irra- diador NI-645 partió de los planos de diseño aportados por el fabricante, que fueron verificados exhaustivamente durante el montaje de los diferentes componentes en el LMRI del Ciemat \\\[16,17,18,19\\\]. Los datos específicos de la fuente de 137Cs se obtuvieron a partir de los catálo- gos del fabricante, complementados con la información adicional aportada al LMRI sobre la fuente en particular \\\[20, 21, 22, 23, 24\\\].
modelo de la fuente
El material activo de la fuente de 137Cs está constituido por pellets comprimidos de cloruro de cesio (CsCl). El en- capsulado es doble, del tipo X.66/1, construido con acero inoxidable AISI - 316 \\\[25\\\]. La cápsula de la fuente tiene un diámetro exterior de 36,1 mm y una longitud de 67,9 mm. El espesor total del encapsulado es de 1,3 mm por la par- te frontal, 1,8 mm por el lateral y 4,0 mm por la parte pos- terior. La parte activa de la fuente tiene un diámetro de 32,0mm±0,5mmyunalongitudde54,7mm±1,5mm, con las incertidumbres expresadas para una probabilidad de cobertura del 95%. En la parte posterior de la parte activa hay una lámina delgada de cerámica que mantiene la separación con la pared posterior del encapsulado. La
SIMULACIóN EStADíStICA DEL HAz DE 137CS DE REFERENCIA EN EL LMRI DEL CIEMAt
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Colaboraciones