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

dc.contributor.advisorMunévar Espitia, Edwin
dc.contributor.authorOssa Varón, Santiago
dc.contributor.orcidMunévar Espitia, Edwin [0000-0002-0578-7717]
dc.date.accessioned2025-06-03T21:23:58Z
dc.date.available2025-06-03T21:23:58Z
dc.date.created2025-05-14
dc.descriptionEl 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.
dc.description.abstractThe 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.
dc.format.mimetypepdf
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11349/95886
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Distrital Francisco José de Caldas.
dc.relation.referencesAgostinelli, S., Allison, J., Amako, K., Apostolakis, J., Araujo, H., Arce, P., Asai, M., Axen, D., Banerjee, S., Barrand, G., ... & Zschiesche, D. (2003). Geant4—a simulation toolkit. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 506(3), 250-303. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(03)01368-8
dc.relation.referencesAmako, K., Guatelli, S., Ivanchenko, V., Maire, M., Mascialino, B., Murakami, K., Pandola, L., Parlati, S., Pia, M. G., & Piergentili, M. (2004). Validation of Geant4 electromagnetic physics versus protocol data. In IEEE Symposium Conference Record Nuclear Science 2004 (Vol. 4, pp. 2115-2119). IEEE.
dc.relation.referencesBé, M.-M., Chisté, V., Dulieu, C., Browne, E., Baglin, C., Chechev, V., Kuzmenko, N., Helmer, R., Kondev, F., MacMahon, D., & Lee, K. B. (2006). Table of Radionuclides (Vol. 3). Bureau International des Poids et Mesures. http://www.bipm.org/utils/common/pdf/monographieRI/Monographie_BIPM-5_Tables_Vol3.pdf
dc.relation.referencesBerger, M. J., Hubbell, J. H., Seltzer, S. M., Chang, J., Coursey, J. S., Sukumar, R., Zucker, D. S., & Olsen, K. (2010). XCOM: Base de datos de secciones transversales de fotones. Base de datos de referencia estándar NIST 8 (XGAM). NIST, PML, División de Física de Radiación. https://www.nist.gov/pml/xcom-photon-cross-sections-database
dc.relation.referencesBrun, R., & Rademakers, F. (1997). ROOT: An object oriented data analysis framework. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 389(1-2), 81-86. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(97)00048-X
dc.relation.referencesCanseco Hernández, Omar. (2015). "Cálculo de blindajes y su verificación utilizando dosimetría tld para una instalación que alojará un mastógrafo por emisión de positrones". (Tesis de Licenciatura). Universidad Nacional Autónoma de México, México. Recuperado de https://repositorio.unam.mx/contenidos/402954
dc.relation.referencesConnor, N. (2020a). Qué es la espectroscopía gamma. Definición. https://www.radiation-dosimetry.org/es/que-es-la-espectroscopia-gamma-definicion/
dc.relation.referencesConnor, N. (2020b). Qué es la interacción de la radiación gamma con la materia. Definición. Radiation Dosimetry. https://www.radiation-dosimetry.org/es/que-es-la-interaccion-de-la-radiacion-gamma-con-la-materia-definicion/
dc.relation.referencesDioxitek. (2024). Fuentes selladas de Co-60 [Brochure FIS 60-03]. https://dioxitek.com.ar/Fuentes/Brochure-Fis-60-03-2024.pdf
dc.relation.referencesFaddegon, B., Ramos-Mendez, J., Schuemann, J., McNamara, A., Shin, J., Perl, J., & Paganetti, H. (2020). The TOPAS Tool for Particle Simulation, a Monte Carlo Simulation Tool for Physics, Biology and Clinical Research. Physica Medica. https://doi.org/10.1016/j.ejmp.2020.01.019
dc.relation.referencesGomez, J. (2013). Diseño de un modelo digital en el programa MCNP para la simulación de la dosimetría de la fuente de cobalto-60 de la EPN y validación del modelo mediante dosimetría FRICKE [Tesis de maestría]. Escuela Politécnica Nacional.
dc.relation.referencesHubbell, J. H., & Seltzer, S. M. (2004). X-Ray Mass Attenuation Coefficients. NIST. https://www.nist.gov/pml/x-ray-mass-attenuation-coefficients
dc.relation.referencesInternational Atomic Energy Agency. (2014). Management of Disused Sealed Radioactive Sources (Nuclear Energy Series No. NW-T-1.3). https://www.iaea.org/publications/10582/management-of-disused-sealed-radioactive-sources
dc.relation.referencesMinisterio de Minas y Energía. (2016). Resolución 41178 de 2016. https://www.minenergia.gov.co/documents/7520/37308-Resoluci%C3%B3n-41178-2Dic2016.pdf
dc.relation.referencesMinisterio de Minas y Energía. (2024a). Resolución 40234 de 2024, por la cual se establecen los requisitos para la seguridad física en el empleo de las fuentes radiactivas de categoría 1, 2 y 3. https://www.suin-juriscol.gov.co/clp/contenidos.dll/Resolucion/30051859?fn=document-frame.htm%24f%3Dtemplates%243.0
dc.relation.referencesMinisterio de Minas y Energía. (2024b). Resolución 40306 de 2024 del Ministerio de Minas y Energía. https://www.minenergia.gov.co/documents/12300/Resoluci%C3%B3n_Reglamento_de_Transporte_40306-2024.pdf
dc.relation.referencesMuir, B., Xiong, G., Selvam, T. P., & Rogers, D. W. O. (2009). 60Co phase-space files generated using BEAMnrc (Technical Report CLRP-09-01).
dc.relation.referencesMurillo, J. I. A., & González, A. M. (2024). Informe del estado actual de las fuentes de 60Co de la planta de irradiación gamma [Informe no publicado]. Servicio Geológico Colombiano.
dc.relation.referencesPerl, J., Shin, J., Schümann, J., Faddegon, B., & Paganetti, H. (2012). TOPAS: An innovative proton Monte Carlo platform for research and clinical applications. Medical Physics, 39(11), 6818-6837. https://doi.org/10.1118/1.4758060
dc.relation.referencesTaylor, J. R., & Thompson, W. (1998). An Introduction to Error Analysis: The Study of Uncertainties in Physical Measurements. Physics Today, 51(1), 57-58. https://doi.org/10.1063/1.882103
dc.rights.accesoAbierto (Texto Completo)
dc.rights.accessrightsOpenAccess
dc.subjectCobalto-60
dc.subjectProtección radiológica
dc.subjectFuentes en desuso
dc.subjectSimulaciones Monte Carlo
dc.subjectLey de atenuación lineal
dc.subjectContenedor
dc.subject.keywordCobalt-60
dc.subject.keywordRadiological protection
dc.subject.keywordDisused sources
dc.subject.keywordMonte Carlo simulations
dc.subject.keywordLinear Attenuation Law
dc.subject.keywordContainer
dc.subject.lembLicenciatura en Física -- Tesis y disertaciones académicas
dc.subject.lembResiduos radioactivos
dc.subject.lembProtección radiológica
dc.subject.lembContenedores -- Diseño
dc.subject.lembSimulación por computadores
dc.subject.lembMétodo de Montecarlo
dc.subject.lembRadiación gamma
dc.titleDiseño 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
dc.title.titleenglishDesign of a shielding container for the storage of disused cobalt-60 sources using Monte Carlo simulations at the gamma irradiation plant of the Colombian Geological Survey
dc.typebachelorThesis
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.degreeInvestigación-Innovación
dc.type.driverinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis

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