Análisis de métodos de reducción de varianza aplicados a cálculos de blindajes mediante el método Monte Carlo

Abstract

Las radiaciones ionizantes pueden alterar las estructuras químicas de las moléculas que forman las células de nuestro organismo con consecuencias nocivas. Una manera eficiente para el control de la exposición a la irradiación externa consiste en la interposición de blindajes de materiales adecuados entre las fuentes de radiación y las personas expuestas. El diseño de estos blindajes de radiación debe asegurar que la tasa de dosis que reciban las personas expuestas no ponga en riesgo su integridad y puedan desarrollar sus tareas de manera segura. Uno de los programas más utilizados en dicho cálculo es MCNP (Monte Carlo N-Particle), basado en los métodos numéricos Monte Carlo para simular el transporte de partículas en geometrías complejas. El programa permite modelar todo tipo de escenarios mediante la especificación de distintas geometrías, materiales, fuentes de radiación y ofrece diferentes maneras para estimar la tasa de dosis. Por otro lado, si bien los resultados obtenidos son más precisos que los conseguidos por otros métodos de cálculo, los tiempos implicados resultan muy altos. Para disminuir estos tiempos, el código implementa diferentes métodos de reducción de varianza que permiten enfocar el cálculo en alguna región del espacio modelado. Uno de los objetivos de este trabajo es el aprendizaje y uso de la herramienta MCNP, complementado mediante búsqueda bibliográfica relacionada al tema, como así también el estudio de los fundamentos teóricos de la dosimetría, cálculo de blindajes y métodos Monte Carlo. Para ello, a modo de inicializarse en cálculos de dosimetría mediante MCNP, se comparan diferentes formas que tiene este programa para calcular dosis absorbida por un fantoma debido a fotones. Se determinan y analizan los resultados de los cálculos de tasas de dosis, obtenidos a partir de la deposición de energía, y mediante la fluencia de partículas, junto con los factores de kerma correspondientes. El otro objetivo de este trabajo consiste en analizar diferentes herramientas relacionadas con la optimización de cálculos de blindajes de radiación. El estudio se enfoca en analizar la utilidad de los métodos de reducción de varianza, esquema de importancias, transformación exponencial y ventanas de pesos aplicados a un sistema con radiación gamma, y al estudio de su sensibilidad ante la modificación de los distintos parámetros que definen a cada uno. Los resultados obtenidos permiten determinar si existen diferencias significativas en las formas de obtener la tasa de dosis y comparar los métodos de reducción de varianza de modo de optimizar el tiempo de cálculo necesario para obtener resultados confiables.