Como dice la pregunta del título, me pregunto qué material se puede utilizar eficazmente para apantallar los rayos gamma, aparte del plomo. Creo que el hormigón se utiliza a menudo, pero no es ni de lejos tan eficaz como el plomo (6 cm para igualar 1 cm de plomo, según tengo entendido). También he oído que las masas de agua importantes ayudan, al igual que la tierra bien compactada, pero seguro que debe haber otros materiales que apantallen casi tan eficazmente como el plomo.
Respuestas
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Joe Liversedge
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Hay tres procesos por los que los rayos gamma interactúan con la materia: el efecto fotoeléctrico, la dispersión Compton y la producción de pares.
El efecto fotoeléctrico es una interacción entre los rayos gamma y un electrón. Está prohibido por la conservación de la energía y el momento, a menos que haya algún otro cuerpo presente también, como un núcleo atómico. Por esta razón, la probabilidad del efecto fotoeléctrico es proporcional no sólo a la densidad de electrones sino también aproximadamente a $Z^n$ , donde $Z$ es el número atómico y $n$ es de 4 a 5.
La dispersión Compton puede producirse sin la presencia de nada más que un electrón, por lo que sólo depende de la densidad de electrones.
La producción en pareja va como $Z^2$ a las energías típicas de los rayos gamma.
Por estas razones, el mejor blindaje contra los rayos gamma se consigue con una sustancia que tiene una alta densidad de electrones (que se correlaciona con una alta densidad de masa) y también una alta $Z$ . El plomo tiene estas propiedades. También es barato. Hay elementos con una mayor $Z$ como el bismuto, el polonio y el uranio, pero no son baratos y sus números atómicos son sólo ligeramente superiores.
No hay nada mágico en el plomo para este propósito. El factor determinante es el número de electrones por unidad de volumen, que se reduce (en una primera aproximación) a la densidad de masa.
El oro, el tungsteno, el mercurio, etc., ofrecen un rendimiento de blindaje muy bueno (mejor que el del plomo) y el hierro o el cobre ofrecen un rendimiento bastante razonable.
Pregunta para el estudiante: ¿por qué el plomo es una opción tan común para esta aplicación?
M.A. Padmanabha Rao
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El plomo se utiliza habitualmente por dos razones. Al ser un metal pesado, ocupa menos espacio; es más barato que otros metales como el oro; y absorbe significativamente la radiación gamma de baja y media energía.
También se pueden utilizar materiales como el hormigón, pero ocupa mucho espacio porque se necesita un hormigón grueso. Hay datos detallados en Internet y en libros de Física Radiológica y Protección Radiológica. Sin embargo, es muy necesario investigar sobre nuevos materiales de blindaje.
user139486
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