Diseño de un contenedor para el almacenamiento de fuentes de cobalto-60 en desuso mediante simulaciones de Monte Carlo en la planta de irradiación gamma del Servicio Geológico Colombiano

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas.

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Resumen

The Colombian Geological Survey, attached to the Ministry of Mines and Energy, possesses twelve Cobalt-60 sources acquired in 1993 that have reached the end of their service life and are currently stored temporarily at the Gamma Irradiation Plant. Since the reactivation of this plant is planned, it is necessary to remove the sources. Therefore, the Survey seeks to establish a computational process for managing disused radioactive sources, in the absence of repatriation options. This undergraduate thesis aims to design and optimize a shielding container through Monte Carlo simulations, minimizing the absorbed doses for both the shielding and occupationally exposed workers. The methodology included five phases: training in the simulation tool, review of national and international regulations, analysis of relevant physical processes, validation of the tool, and finally, implementation of the container model. Among the most relevant results is the analysis of Cobalt-60 behavior and the comparison between different simulation models using discrete and generic sources, showing physical equivalence and computational differences. During the validation process, the consistency of the Linear Attenuation Law was demonstrated between monoenergetic beams and equivalent bi-energetic beams (1.17 MeV + 1.33 MeV), with percentage errors compared to NIST data of 0.8 % in lead and 0.73 % in aluminum. Finally, the model allowed for the adaptation of the Linear Attenuation Law to a cylindrical coordinate system, achieving shielding thicknesses with uncertainties below 20 %, within the limits accepted by radiological protection standards. This enables the proposal of a safe container design tailored to the specific needs for the removal of the sources.

Descripción

El Servicio Geológico Colombiano, adscrito al Ministerio de Minas y Energía, posee doce fuentes de Cobalto-60 adquiridas en 1993 que han cumplido su vida útil y se encuentran almacenadas temporalmente en la Planta de Irradiación Gamma. Dado que se planea reactivar dicha planta, es necesario retirar las fuentes. Por ello, el Servicio busca establecer un proceso computacional para la gestión de fuentes radiactivas en desuso, en ausencia de posibilidades de repatriación. Este trabajo de grado tiene como objetivo diseñar y optimizar un contenedor de blindaje mediante simulaciones Monte Carlo, minimizando las dosis absorbidas tanto por el blindaje como por los trabajadores ocupacionalmente expuestos. La metodología incluyó cinco fases: formación en la herramienta de simulación, revisión normativa nacional e internacional, análisis de los procesos físicos relevantes, validación de la herramienta y, finalmente, implementación del modelo del contenedor. Entre los resultados más relevantes se encuentra el análisis del comportamiento del Cobalto-60 y la comparación entre distintos modelos de simulación de fuentes discretas y genéricas, evidenciando su equivalencia física y diferencias computacionales. Durante la validación se demostró la concordancia de la Ley de Atenuación Lineal entre haces monoenergéticos y haces bi-energéticos equivalentes (1.17 MeV + 1.33 MeV), con errores porcentuales frente al NIST de 0.8 % en plomo y 0.73 % en aluminio. Finalmente, el modelo permitió adaptar la Ley de Atenuación Lineal a un sistema de coordenadas cilíndricas, logrando espesores de blindaje con incertidumbres inferiores al 20 %, dentro de los márgenes aceptados por la normativa de protección radiológica. Esto permite proponer un diseño de contenedor seguro y ajustado a las necesidades específicas para el retiro de las fuentes.

Palabras clave

Cobalto-60, Protección radiológica, Fuentes en desuso, Simulaciones Monte Carlo, Ley de atenuación lineal, Contenedor

Materias

Licenciatura en Física -- Tesis y disertaciones académicas , Residuos radioactivos , Protección radiológica , Contenedores -- Diseño , Simulación por computadores , Método de Montecarlo , Radiación gamma

Citación