Se ha estudiado la anisotropía de una fuente de Am-Be de 111 GBq (3Ci) mediante el uso de un  pequeño motor que permite girar paso a paso la fuente situada en su posición de irradiación  habitual. Las medidas se han realizado con un contador proporcional de 3He alojado en el interior  de una esfera moderadora de 8” correspondiente a un sistema de espectrometría de esferas Bonner.  Se reportan los resultados obtenidos y el factor de anisotropía determinado para esta fuente

Gallego Díaz, Eduardo F.

Guerrero Araque, Jorge Enrique

Ibáñez-Fernández, Sviatoslav

Lorente Fillol, Alfredo

Méndez Villafañe, Roberto

Archivo Digital UPM

Estudio de la anisotropía de una fuente de Am-Be de 111 GBq

Ibáñez, Sviatovslav

Servicio de Coordinación de Bibliotecas de la Universidad Politécnica de Madrid

  
 
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ESTUDIO DE LA ANISOTROPÍA DE UNA FUENTE DE Am-Be DE 
111GBq 
R. Méndez-Villafañe
1,
, E.Gallego Díaz
2
, A. Lorente Fillol
2
, S. Ibáñez Fernández
2
, J.E. 
Guerrero Araque
1
. 
1
Laboratorio de Metrología de Radiaciones Ionizates, CIEMAT, Madrid 
2
Departamento de Ingeniería Nuclear, ETSII-UPM, Madrid 
RESUMEN 
Se ha estudiado la anisotropía de una fuente de Am-Be de 111 GBq (3Ci) mediante el uso de un 
pequeño motor que permite girar paso a paso la fuente situada en su posición de irradiación 
habitual. Las medidas se han realizado con un contador proporcional de 
3
He alojado en el interior 
de una esfera moderadora de 8” correspondiente a un sistema de espectrometría de esferas Bonner. 
Se reportan los resultados obtenidos y el factor de anisotropía determinado para esta fuente.  
Palabras claves: Fluencia neutrónica, neutrón, ciclotrón, TLDs, activación 
ABSTRACT 
The anisotropy of an Am-Be source of 111 GBq (3Ci) has been studied using a small engine that 
allows rotate step by step the source located in its usual position of irradiation. Measurements 
were performed with a 
3
He proportional counter housed inside a 8” moderating sphere belonging 
to a spectrometry system of Bonner spheres. The obtained results and the determined anisotropy 
factor for this source have been reported.  
Key Words:  Neutron source, neutron, anisotropy, Am-Be. 
 
1. Introducción 
Las fuentes isotópicas de 
241
Am-Be y de 
252
Cf son las recomendadas la norma ISO-8529-2 [1] para 
la calibración de monitores y dosímetros neutrónicos. Se trata de fuentes neutrónicas alojadas 
habitualmente en cápsulas dobles cilíndricas de diferentes dimensiones dependiendo de su tasa de 
emisión, pudiendo considerarse las segundas como prácticamente puntuales a efectos prácticos, ya 
que sus dimensiones normalmente no pasan de 7,8 mm de diámetro por 10 mm de altura. Sin 
embargo, las de 
241
Am-Be presentan una cierta anisotropía, debido a su tamaño, que puede ser de 
hasta 30 mm de diámetro por 60 mm de altura en las más grandes, y a su geometría cilíndrica, 
unido a las inhomogeneidades de los materiales que constituyen la fuente, tanto en la parte activa 
como en la cápsula.    
 
                                                          

  roberto.mendez@ciemat.es 
 
  
 
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Fig. 1 Sistema de coordenadas considerado para analizar la anisotropía de la fuente. 
Si consideramos un sistema de coordenadas esféricas con el centro de la fuente como origen del 
mismo, Fig.1, tendremos dos posibles anisotropías correspondientes a los dos ángulos que 
definimos. Por un lado la anisotropía dependiente del ángulo polar, α, y por otro lado la 
dependiente del ángulo azimutal, θ. En el primer caso, debido a la supuesta geometría de cilíndrica 
de la fuente será poco importante, si bien será medida. En el segundo caso será más importante y 
dará lugar a que sea necesario introducir el factor de anisotropía de una fuente, FI(θ) que se 
determina habitualmente para θ = 90º, que es la situación más frecuente de medida, es decir, con el 
detector a una cierta distancia de la fuente sobre el plano XY. 
El factor de anisotropía puede ser definido como la relación entre la fluencia neutrónica en un 
punto de una línea desde el centro de la fuente y haciendo un ángulo θ con respecto al eje de la 
fuente cilíndrica, Φθ ,y la fluencia promediada sobre todos los puntos localizados a la misma 
distancia del centro de la fuente Φprom, (ec.1). 
( )I
prom
F 



 (1) 
Así, la fluencia neutrónica para una fuente con una tasa de emisión B a una distancia r dependerá 
del factor de anisotropía FI(θ) como se muestra en la ec.2. [2] 
2
()
(, )
4
IBFr
r



   (1) 
 
2. Materiales y métodos 
El Departamento de Ingeniería Nuclear de la Universidad Politécnica de Madrid cuenta con una 
sala de irradiación de dimensiones 9m x 16m x 8m en la que se emplea una fuente de 
241
Am-Be de 
111 GBq (3 Ci) alojada en una doble cápsula cilíndrica de acero inoxidable con dimensiones de 
19,05 mm de diámetro y 50,20 mm de longitud. Se trata de una fuente antigua por lo que no se 
dispone de datos precisos sobre su composición interna. Existen otros trabajos en los que se ha 
determinado la anisotropía de un extenso catálogo de fuentes neutrónicas con diferentes tamaños 
[3,4] pero en ninguno de ellos se ha estudiado la anisotropía para las dimensiones de la fuente 
analizada aquí. 
Para estudiar con precisión la anisotropía de dicha fuente se ha diseñado un dispositivo, Fig. 2 que 
consta de un soporte para la fuente unido al eje de un motor paso a paso cuyo movimiento está 
controlado por un autómata programable, que permite girar la fuente según una secuencia 
  
 
804                                                     
 
previamente establecida. El dispositivo instalado en la bancada se ha situado de forma que la 
fuente mantiene una posición análoga a la que tiene durante las irradiaciones, lo que permite usar 
los elementos de posicionamiento del detector con la misma precisión.  La fuente con su doble 
encapsulamiento está alojada a su vez dentro de una cápsula de transporte, que es la que se aprecia 
en las fotografías de la Fig.2.  
 
Fig. 2 Fotografías de las disposiciones de la fuente neutrónica para determinar su 
anisotropía relativa al ángulo α y al ángulo θ. También se observa en la primera fotografía  
la situación de la esfera de 8” con el detector de 3He alojado en su interior. 
En las diversas medidas realizadas se ha utilizado la esfera de 8” con el detector activo de 3He 
perteneciente al sistema de espectrometría mediante esferas de Bonner del CIEMAT, situándolo a 
una distancia de 0,804 m de la fuente, distancia que corresponde al ángulo sólido de 14,4º (1,8º x 
8) visto por la esfera de 20,32 cm del detector. El ángulo de 14,4º se ha elegido por ser el múltiplo 
más adecuado de 1,8º, que es el paso angular mínimo del motor, Fig. 3. 
 
Fig. 3 Ilustración del cálculo de distancia para la cual el ángulo de 14,4º cubre toda la 
esfera de 8”. 
 
Se han efectuado 25 medidas cubriendo sectores circulares de 14,4º, dando una vuelta completa a 
la fuente. Se han realizado medidas tanto con la fuente en posición vertical, para determinar la 
anisotropía con el ángulo α, como en posición horizontal, para determinar la anisotropía con la 
variación del ángulo θ. Finalmente se ha determinado el factor de anisotropía para θ = 90º.  
 
  
 
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3. Resultados 
Los resultados para el estudio de la anisotropía dependiente del ángulo α son los que se muestran 
en la Fig. 4. Se han comparado las medidas con el detector para cada posición, que corresponde a 
un intervalo angular de 14,4º, con el promedio para las medidas en todas las posiciones y también 
para el resultado de girar de forma continua durante un periodo de 1000 s que corresponde 
aproximadamente a 100 vueltas, tomando registros periódicamente. En este último caso, la medida 
proporcionada por el detector en cuentas por segundo es de 210,37 con una incertidumbre 
estadística del 0,3% (k=1 en todos los casos), mientras que el valor promedio para el total de las 25 
medidas corresponde a una tasa de cuentas de 210,57 con una desviación máxima del 2,05%. 
En la Fig. 5 se muestran estos resultados normalizados sobre el valor promedio para que se aprecie 
mejor las variaciones para cada posición de medida sobre este valor, incluyendo las incertidumbres 
estadísticas en cada una de ellas. 
 
Fig. 4 Anisotropía en función de la variación del ángulo polar α, es decir el ángulo de 
rotación de la fuente cilíndrica. 
 
  
 
806                                                     
 
 
Fig. 5 Anisotropía en función de la variación del ángulo polar α. Análisis de las 
variaciones sobre el valor promedio. 
 
Un estudio similar se ha realizado para la anisotropía variando el ángulo azimutal θ, tal y como se 
aprecia en la Fig.6. 
 
Fig. 6 Anisotropía en función de la variación del ángulo azimutal θ. 
En este caso las variaciones son más acusadas y se pone de manifiesto claramente la geometría 
cilíndrica de la fuente, con una desviación estándar del 13% sobre el valor promedio obtenido por 
el detector, 198,65 cps, a partir de las medidas realizadas en 100 vueltas.  
  
 
807                                                     
 
 
Fig.7 Factor de anisotropía para 0º <θ < 180º. 
 Estudiamos a continuación el factor de anisotropía para θ = 90º, ec.1, y los resultados son los que 
se muestran en las Fig.7 y Fig.8. En estas figuras se muestra la anisotropía en función de la 
variación del ángulo θ , para el intervalo 0º <θ < 180º en la primera de ellas, y el intervalo 180º <θ 
< 360º, de modo que se están analizando la base superior y la inferior de la fuente cilíndrica.  
También se ha incluido el resultado (en rojo) de una simulación detallada de la fuente de Am-Be 
con MCNPX [5] que ha permitido validar el modelo de fuente elegido [6].  
 
Fig.8 Factor de anisotropía para 180º <θ < 360º. 
Para el primer caso tendríamos un valor de FI(90)= 1,091±0,007, mientras que para el segundo 
caso tendríamos FI(270)= 1,055±0,007. Los resultados reportados por otros autores [3] para la 
fuente más parecida a la estudiada en este trabajo, que correspondería a la que presenta un 
encapsulado del tipo X4, de dimensiones 22,4 mm de diámetro por 48,5 mm de altura para una 
actividad también de 111GBq (3 Ci), son FI(90)= 1,044±0,003. 
Mientras la parte inferior de la cápsula que aloja la fuente es lisa, la parte superior presenta un 
reborde con rosca que permite su manipulación. Estas diferencias en el diseño de las partes 
superior e inferior de la cápsula podrían explicar en parte las ligeras diferencias en los resultados 
obtenidos para 90º y 270º. 
  
 
808                                                     
 
4. Conclusiones 
Se ha estudiado la anisotropía de una fuente de neutrones de Am-Be en su posición de irradiación 
de 111GBq (3 Ci). Los resultados obtenidos son coherentes con los reportados por otros autores 
para fuentes de Am-Be en cápsulas de dimensiones similares y el factor de anisotropía obtenido 
podrá emplearse para mejorar los procedimientos de calibración de equipos. Estos resultados se 
han comparado también con los obtenidos mediante simulación Monte Carlo. 
 
REFERENCIAS 
[1] International Organization for Standardization, Draft International Standard, Reference Neutron Radiations: 
Calibration fundamentals related to the basic quantities characterizing the radiation field,  ISO 8529-2.DIS, 24 
February  1998.  
[2] International Organization for Standardization, Draft International Standard, Reference Neutron Radiations: 
Characteristics and methods of production. ISO 8529-1.DIS, 24 February 1998. 
[3] Bardell, A.G., Burke, M., Hunt, J.B., Tagziria, H., Thomas, D.J. Anisotropy of Emission from Radionuclide 
Neutron Sources. NPL Report CIRM 24 (1998).  
[4] Tsujimura, N., Yoshida, T. & Momose, T. Calculations of anisotropy factors for radionuclide neutron sources due 
to scattering from source encapsulation and support structures. Radiation Protection Dosimetry 126, 168-173 (2007)  
[5] Briesmeister, J F, ed, MCNP – A General Monte Carlo N-Particle Transport Code, version 4B Los Alamos 
National Laboratory report LA-13709-M (2000). 
[6] Méndez Villafañe, R., Los Arcos Merino, J.M., Guerrero Araque J.E., Ortiz Roddríguez J.M., Martínez Blanco 
M.R., Vega Carrillo, H.R., Gallego Díaz, E., Lorente Fillol, A., Töre, Candan. 241Am-Be source term simulation with 
Monte Carlo methods, VI International Symposium on Radiation Physics, Zacatecas (México) (2010). 


http://oa.upm.es/19264/1/INVE_MEM_2011_121315.pdf

Estudio de la anisotropía de una fuente de Am-Be de 111 GBq

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