Cálculo de blindaje para una puerta de acceso a un bunker de irradiación con neutrones de 800 MeV y espectro cósmico

Abstract

La radiación cósmica puede inducir alteraciones en el funcionamiento de los dispositivos electrónicos. En los dispositivos de la instrumentación electrónica de la industria aeroespacial son muy frecuentes las perturbaciones debidas a la radiación cósmica. Al ser un sector donde la seguridad es primordial, se están realizando ensayos con estos dispositivos electrónicos para verificar la robustez que tienen frente a los rayos cósmicos. En este proyecto se presenta un bunker de irradiación donde estos dispositivos electrónicos son irradiados con neutrones de espectro cósmico. Para poder llevar a cabo las labores de mantenimiento es necesario construir una puerta que comunique el interior del bunker con alguna sala habilitada para el personal profesional. El objetivo del presente trabajo consiste en calcular y diseñar el blindaje de esta puerta (de un espesor inferior a 50 cm), para garantizar que los trabajadores no reciban una dosis efectiva superior a 6 mSv en un año oficial, conociendo de antemano el espectro de los neutrones (con neutrones de hasta 800 MeV) que inciden sobre la superficie de la puerta. Para realizar este cálculo de blindaje se ha empleado el código de cálculo MCNPX 2.7.0. Este código que se basa en el método de Monte Carlo, dispone de secciones eficaces de hasta 150 MeV. Para aquellas reacciones con energía superior a 150 MeV, es necesario emplear modelos de reacciones hadrónicas, que en este caso, se ha decidido que los más apropiados son el modelo CEM03 y el modelo GEM2. Estos modelos se han validado mediante un benchmark con un experimento real donde se generaban neutrones de hasta 800 MeV. En el cálculo del blindaje, una parte esencial es el estudio de los materiales del blindaje. En este proyecto se han realizado varias simulaciones con diferentes materiales y espesores (hormigón, hierro, polietileno y polietileno borado). Sin embargo, con cualquiera de estos materiales se requiere un espesor de blindaje superior a 50 cm para cumplir con el requisito de tasa de dosis. Por eso, se ha visto necesario combinar varios materiales. La idea principal a la hora de combinar los materiales ha sido elegir un primer bloque de material hidrogenado para moderar los neutrones incidentes, unido a un bloque con un elevado número atómico para absorber los fotones generados en el material hidrogenado. De todas las alternativas que cumplían con los requisito de espesor y tasa de dosis, se ha elegido el blindaje compuesto por 20 cm de polietileno seguido por un bloque de hierro de 13 cm de grosor, ya que es la alternativa que mejores prestaciones presenta teniendo en cuenta los criterios (coste, peso y tasa de dosis) que se han establecido.