Actas del Congreso Nacional de
Tecnología Aplicada a Ciencias
de la Salud
Actas del Congreso Nacional de Tecnología Aplicada a Ciencias de la Salud Vol. 6, 2024
Se propone el desarrollo de un material que combine resina epoxica con sulfato de bario (BaSO4) de origen mineral, comúnmente conocido como barita, con el fin de aprovechar la barita no apta, por su grado de impurezas, para la industria petroquímica en la preparación de lodos de perforación. El material resultante tiene como objetivo principal atenuar la intensidad de la radiación emitida por fuentes de rayos X. Se obtuvieron muestras variando el porcentaje de barita utilizado en relación con la cantidad de resina epoxica. Las muestras fueron irradiadas con el objetivo de estudiar el nivel de atenuación logrado mediante distintos espesores de las muestras. Se obtuvieron valores de la capa hemirreductora, decirreductora así como del coeficiente de atenuación lineal del material para cada concentración de barita utilizado.
Palabras claves: Protección radiología, barita, resina epoxica
The development of a material, combining epoxy resin with mineral-origin barium sulfate (BaSO4), commonly known as barite, to utilize barite that is unsuitable, due to its impurity level, for the petrochemical industry in the preparation of drilling muds. The primary goal of the resulting material is to attenuate the intensity of radiation emitted by X-ray sources. Samples were obtained by varying the percentage of barite used in relation to the amount of epoxy resin. The samples were irradiated to study the level of attenuation achieved through different thicknesses of the samples. Values for the half-value layer, tenth-value layer, and the linear attenuation coefficient of the material were obtained for each concentration of barite used.
Keywords: Radiological protection, barite, epoxy resin
La radiación ionizante es ampliamente utilizada en el campo de la medicina, aplicándose en diversos estudios como radiografías, tomografías o mamografías, por mencionar algunos ejemplos. Si bien estos estudios han sido fundamentales en la detección y tratamiento de diversas enfermedades, es necesario tomar precauciones rigurosas tanto en el manejo de los equipos, como en las medidas de protección radiológica aplicadas en las salas que contienen dichos equipos, esto con la finalidad de prevenir la dispersión de radiación ionizante y garantizar la seguridad de pacientes, así como del personal ocupacionalmente expuesto [1].
Teniendo esto en cuenta, se han desarrollado blindajes especializados para evitar filtraciones de radiación en salas continuas. Una de las primeras soluciones implementadas fue el uso de placas de plomo, debido a las excelentes propiedades de atenuación de radiación que ofrece este material. El plomo, con su alta densidad y número atómico, es capaz de absorber una cantidad significativa de radiación ionizante, minimizando el riesgo de exposición no deseada [2]. Sin embargo, el uso de plomo también presenta desafíos destacables, como son su elevado peso y toxicidad, lo que ha impulsado la búsqueda de materiales alternativos [3].
El concreto baritado es un tipo de concreto al que se le ha añadido un porcentaje específico de barita, un mineral rico en bario. La ventaja del concreto baritado sobre el plomo radica en su facilidad de manejo, menor toxicidad, y la capacidad de ser moldeado, permitiendo su uso en una variedad de construcciones arquitectónicas, lo cual lo convierte en un material ideal para aplicaciones en hospitales, clínicas y centros de diagnóstico para imágenes [4].
La barita se utiliza principalmente en los lodos de perforación en la industria petrolera. Estos lodos son mezclas de sólidos, líquidos y aditivos diseñados para facilitar la perforación de pozos de petróleo y gas. La abrasividad de la barita favorece la perforación eficiente del material rocoso, mejora la estabilidad del pozo y facilita la limpieza del barreno al transportar los recortes y desechos a la superficie. Sin embargo, para que la barita sea adecuada para la formulación de lodos de perforación, debe cumplir con estrictos estándares de pureza. La presencia de impurezas, como arcillas, sílice o metales pesados, puede afectar negativamente el rendimiento del lodo de perforación y la integridad del pozo. Por lo tanto, es fundamental que la barita utilizada en estas aplicaciones tenga un alto grado de pureza y esté libre de contaminantes que puedan comprometer la eficacia del proceso de perforación.[5].
En este trabajo se estudia la atenuación de la radiación ionizante alcanzada mediante placas fabricadas con diferentes concentraciones de barita para determinar la eficacia del material compuesto en aplicaciones que requieren propiedades específicas de atenuación de radiación, las muestras han sido etiquetadas como: A, B, C y D. Al analizar los resultados obtenidos, se espera establecer una correlación clara entre el espesor del material y su capacidad de atenuación. Con base en estos datos, se calculará el valor de la capa hemirreductora (CHR), así como la capa décireductora (CDR) [6].
El cálculo del coeficiente de atenuación lineal se fundamenta en la ecuación exponencial de atenuación, la cual describe la intensidad de un haz de radiación al atravesar un material:
donde:
I0 es la intensidad inicial de la radiación.
I es la intensidad de la radiación después de atravesar el material.
μ es el coeficiente de atenuación lineal del material.
x es el espesor del material.
La ecuación 1 es derivada de la ley de Beer-Lambert, que describe la absorción de radiación en medios homogéneos. Esta relación matemática es crucial en el estudio de la interacción entre la radiación ionizante y los materiales, pues permite cuantificar la atenuación de la radiación en función de la composición y espesor del material [7].
Una vez obtenidas las placas resultantes del proceso de mezcla y curado, estas fueron expuestas a un haz de radiación ionizante proveniente del equipo de rayos X, con una potencia de 70 kV, a una distancia de 15 cm entre la muestra y el equipo de radiación. La elección de estos parámetros se fundamenta en estudios previos que indican su eficacia en la evaluación de materiales similares [1,2]. La figura 1 ilustra la configuración experimental detallada.
Figura 1. Esquema del montaje
Para determinar el coeficiente de atenuación lineal de las muestras estudiadas, se midió la intensidad inicial I0 y final I de la radiación tras atravesar diferentes espesores del material x. Con estos datos experimentales, se aplicó la Ec.1 para obtener μ para cada muestra. Con el valor de μ se calcularon los valores de capa hemirreductora (CHR) y capa décireductora (CDR).
3.1 Resultados
A continuación, se muestran los valores de los coeficientes de atenuación lineal de las placas a diferentes concentraciones de barita obtenidos.
Tabla de coeficiente de atenuación con 70kV
| Muestra | Coeficiente de atenuación lineal (cm1) |
|---|---|
| A | 1.66 |
| B | 3.08 |
| C | 5.09 |
| D | 7.20 |
| E | 8.95 |
| Resina epoxica sin Barita | 0.26 |
En la tabla 2 se presentan los valores de la CHR y CDR calculados para las diferentes muestras
Tabla 2. Valores de capa (CHR) y (CDR) a 70kV
| Muestra | CHR (cm) | CDR (cm) |
|---|---|---|
| A | 0.42 | 1.39 |
| B | 0.23 | 0.75 |
| C | 0.14 | 0.45 |
| D | 0.10 | 0.32 |
| E | 0.08 | 0.26 |
| Resina epoxica sin Barita | 2.79 | 9.28 |
Los resultados obtenidos para el coeficiente de atenuación de las muestras A, B, C, D y E muestran un aumento significativo en comparación con la resina epoxica sin barita. Este incremento se refleja en la reducción del espesor de las capas CHR y CDR, siendo considerablemente menores en las muestras con barita que en la resina sin barita.
El estudio de la resina plástica epoxica comercial, combinada con barita ha revelado resultados prometedores en términos de atenuación de la radiación emitida por fuentes de rayos X. Estos hallazgos sugieren un potencial significativo para el uso de este material en aplicaciones de protección radiológica ofreciendo tanto una opción para el uso de la barita considerada inadecuada para la extracción en la industria del petróleo, sino que también tiene el potencial de ser una alternativa efectiva y económica para reducir la exposición a la radiación en aplicaciones médicas y de seguridad.
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