In this research and development, we present the design and manufacture of a radon chamber (PUCP radon chamber), a necessary tool for the calibration of passive detectors, verification of the operation of active radon monitors as well as diffusion chamber calibration used in radon measurements in air, and soils. The first chapter is an introduction to describe radon gas and national levels of radon concentration given by many organizations. Parameters that influence the calibration factor of the LR 115 type 2 film detector are studied, such as the energy window, critical angle, and effective volumes. Those are strongly related to the etching processes and counting of tracks all seen from a semi-empirical approach studied in the second chapter. The third chapter presents a review of some radon chambers that have been reported in the literature, based on their size and mode of operation as well as the radon source they use. The design and construction of the radon chamber are presented, use of uranium ore (autunite) as a chamber source is also discussed. In chapter fourth, radon chamber characterization is presented through leakage lambda, homogeneity of radon concentration, regimes-operation modes, and the saturation concentrations that can be reached. Procedures and methodology used in this work are contained in the fifth chapter and also some uses and applications of the PUCP radon chamber are presented; the calibration of cylindrical metallic diffusion chamber based on CR-39 chips detectors taking into account overlapping effect; transmission factors of gaps and pinhole for the same diffusion chambers are determined; permeability of glass fiber filter for 222Rn is obtained after reach equilibrium through Ramachandran model and taking into account a partition function as the rate of track density. The results of this research have been published in indexed journals. Finally, the conclusion and recommendations that reflect the fulfillment aims of this thesis are presented.

El Radón 222 gas radiactivo, emisor de partículas alfas, que proviene de la cadena de desintegración del Uranio 238; emana desde el subsuelo de forma natural hacia el medio ambiente y se concentra en mayor cantidad en ambientes cerrados, como por ejemplo habitaciones con poca ventilación. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS) el gas Radón 222 es el segundo causante de muerte por cáncer de pulmón. Actualmente, muchos gobiernos y organismos internacionales han recomendado que las exposiciones al gas Radón en las casas sean conocidas y mitigadas en los casos necesarios. Sin embargo, en nuestro país no existe un marco legal so cial basado en estudios locales para interiores, requisito fijado por la Organización Internacional de Energía Atómica (IAEA). Se sabe que los niveles de Radón en viviendas varían ampliamente de un área a otra de acuerdo a la geología del lugar, e incluso para un solo tipo de suelo; los niveles de Radón varían dependiendo de las características de la casa y de los hábitos de vida de los ocupantes, as también por condiciones de ventilación, uso de aerosoles que incrementa los efectos sobre la salud de sus habitantes. Para identi ficar y medir Radón en diferentes viviendas, fue necesario realizar mediciones de las concentraciones de este gas usando detectores de trazas nucleares (LR 115 tipo 2, en modo desnudo) con el objetivo de hacer un mapeo en el distrito. Se realizaron muestreos en 5 periodos, comprendidos desde Octubre del 2015 hasta Enero del 2017, obteniendo as las concentraciones de Radón en el distrito de Los Olivos en el rango de 69,35 Bq=m3 a 364,08 Bq=m3. La data obtenida cumple con la Log normalidad por cada periodo de medición lo cual es característica en este tipo de investigaciones. Este trabajo forma parte del proyecto 120-PNICP-PIAP-2015 "Desarrollo de un sistema de monitoreo de Radón 222 ambiental mediante la técnica de huellas nucleares, en la ciudad de Lima - Perú", el cual abarca un monitoreo a gran escala en la ciudad de Lima, para establecer un precedente y conocer los niveles a los cuales se encuentra expuesta la población. / Trabajo de investigación

Existen diversos estudios de las concentraciones de Radón 222 [36], los cuales comenzaron en minas, el objetivo de este tipo de estudios era determinar la dosis a la que estaban expuestos los trabajadores por diversas fuentes naturales entre ellas el Radón, las concentraciones de Radón 222 encontradas fueron muy elevadas llegando a la conclusión que las hijas del Radón 222 son las mas nocivas adicionándose a los efectos que causa el fumar, dado que el Radón 222 es un gas exhalado por el suelo y por tanto se encuentra en forma natural en la atmósfera cobra enorme importancia medir las concentraciones de Radón 222 en las viviendas y lugares de trabajo en el cual las personas pasamos la mayor parte de nuestras vidas. En este trabajo se muestra resultados de mediciones de Radón 222 en interiores (viviendas) de la zona sur de Lima (principalmente en el distrito de Villa el Salvador) y se analiza los resultados encontrados, así mismo la data encontrada será incluida en la elaboración del mapa de Radón 222 de Lima-Metropolitana. En la actualidad se acepta que la inhalación de los productos de decaimiento del Radón 222 incrementa la incidencia de cáncer al pulmón, estas observaciones han sido estudiadas por diversas organizaciones como la OMS (Organización Mundial de la Salud) [32], ICRP (según sus siglas en inglés, Internacional Commission Radiological Protection )[19]. Si bien es cierto, el interés en esta fuente de radiación natural inicio en países desarrollados, actualmente un importante número de estudios se han desarrollado para evaluar los niveles de Radón 222 y el Radón 220 en casas y áreas con un potencial alto de riesgo a la exposición a este gas radiactivo. En nuestro país recientemente se ha iniciado este tipo de estudios pero aún es insuficiente, este trabajo pretende contribuir con la determinación y estudio de los niveles de Radón 222 en viviendas en la zona sur de la ciudad de Lima, teniendo en cuenta las condiciones atmosféricas, el tipo de suelo, los materiales de construcción utilizados son parámetros que influyen en la medición, la concentración del Radón 222 y sus productos de decaimiento en la atmósfera del interior de las viviendas. Se encuentra que la velocidad con la que entra y sale el aire de una casa es un parámetro determinante, siendo la ventilación una de las formas más efectivas de reducir las concentraciones del Radón 222 en una vivienda habitada.

El objetivo de este trabajo es determinar los niveles de Radón 222 y su progenie en interiores en el distrito de San Martín de Porres durante cinco periodos en los a~nos 2015-2016. Las mediciones se realizaron usando detectores pasivos de huellas nucleares de nitrato de celulosa (LR-115 tipo 2). Las mediciones se realizaron al interior de viviendas considerando diferentes parámetros como el material de construcción, edad de la vivienda, tipo de suelo entre otros, colocando dos detectores en diferentes ambientes de las viviendas. Para la adquisición de imágenes luego de haber sometido a los detectores a un tratamiento químico que revela las huellas latentes, se empleó el software V.4.0 del microscopio óptico marca Leica, que permite una mejor calidad en cuanto a la adquisición de imágenes. Para realizar el conteo de las huellas nucleares en los detectores luego de haber adquirido las imágenes mediante el microscopio se uso el software ImageJ, para el cual se implementó un macro que permite automatizar el proceso de conteo. Finalmente con los 125 puntos de medición se reportan valores promedio por vivienda en el rango de 103,0 Bq=m3 hasta los 218,9 Bq=m3, con los cual se ha elaborado el primer mapeo para el distrito de San Martín de Porres en el cual se muestra los variaciones de los niveles de concentraciones de Radón 222 ambiental y su progenie. Además se determinó que existe un 7,6% de probabilidad de superar el nivel de referencia de 200 Bq=m3 establecido por el IPEN.

Se realizó la medición de los niveles de Radón 222 en las estaciones de otoño y primavera del 2014 en residencias correspondientes a 30 distritos de Lima Metropolitana, incluyendo a las zonas Norte, Centro y Sur de la ciudad. Las casas en donde se realizaron las mediciones fueron seleccionadas considerando diversas variables como antigüedad, materiales de construcción, revestimientos, tipo de suelo, uso de las habitaciones monitoreadas, etc. Para las mediciones de Radón 222 se utilizaron detectores pasivos (Detectores de Estado Sólido de Huellas Nucleares) de nitrato de celulosa (LR – 115). En el trabajo se muestra el procedimiento de toma de datos, lectura de los dosímetros y los resultados de la medición, que es la primera que se realiza en esta ciudad. Los resultados solo indican la presencia de Rn 222, los detectores empleados no permiten discriminar la presencia de los descendientes del Radón 222.

La presencia de contaminantes radiactivos en forma natural es y será un problema medio ambiental. Existen elementos radiactivos que sobreviven en la Tierra desde su formación inicial, como el Uranio 238, Torio 232, Actinio 227 y por intervenciones humanas el Neptunio 235. Particularmente, en la cadena de desintegración del Uranio 238 encontramos un elemento gaseoso radiactivo que puede difundirse en el agua o en el aire que respiramos llamado Radón222. Este gas radiactivo se encuentra en porcentajes importantes en la atmósfera de nuestro planeta Tierra. En este trabajo se muestras mediciones de Radón222 realizadas desde la azotea del edificio de Física (edificio de tres pisos) de la Pontificia Universidad Católica del Perú situado en el distrito de San Miguel, realizadas durante cuatro años, con la finalidad de establecer fluctuaciones de este contaminante en el aire circundante. Las mediciones se hicieron aplicando la técnica de huellas nucleares y usando un detector de estado sólido, el polímero LR-115 tipo 2. Esta técnica permite captar las partículas subatómicas que emiten los elementos al desintegrarse y que al interaccionar con el detector polimérico dejan sus huellas o trazas; en este trabajo se demuestra que no solo se forman las trazas ocasionadas por las partículas alfa asociadas al Radón222 sino también se forman otro tipo de trazas que son analizadas teniendo en cuenta las diferentes fases del procedimiento de medición. Los resultados muestran las trazas asociadas a la presencia del contaminante gaseoso radiactivo Radón222 en el aire y la formación de las otras trazas son analizadas teniendo en cuenta la metodología usada y suponiendo que pueden ser asociadas a otros eventos de origen nuclear.

El radón es un gas radiactivo natural que emana de las rocas del suelo y se transporta por difusión y convección hacia la atmósfera. Tiende a concentrase en espacios cerrados como en casas, edificios o lugares construidos con baja ventilación. Aunque en una vivienda la principal fuente de radón es el suelo, también los materiales de construcción; por ejemplo, el ladrillo y el concreto, contribuyen a la exhalación de radón. La exposición al radón es el mayor contribuyente en la dosis de radiación ionizante recibida por la población en general. Según el UNSCEAR, el 52% de la dosis de radiación natural recibida por el hombre se debe al radón, asimismo la mayor parte de la exposición ocurre en interiores de las viviendas. Por ello, medir los niveles de radón ayuda a entender el potencial de generación de las distintas fuentes de radón en las viviendas. Además, según la OMS, enfermedades como cáncer pulmonar pueden ser causadas por la inhalación de radón. El radón se desintegra emitiendo partículas alfas que pueden ser registradas como trazas nucleares en detectores de estado sólido; por ejemplo, detectores LR115 y CR39. El número de trazas registradas por unidad de área es directamente proporcional a la concentración de radón del ambiente. Mediante un sistema sencillo de detectores LR115 y CR39 se midió la concentración de radón a diferentes distancias respecto de dos paredes opuestas dentro de cada una de dos habitaciones en una vivienda ubicada en la zona norte de Lima. Las habitaciones se diferenciaron por la tasa de ventilación, durante el periodo de medición una permaneció cerrada y la otra mantuvo una ventana abierta. En este trabajo, se pretende demostrar como la concentración de radón disminuye a medida que aumenta la distancia respecto de las paredes y que un ambiente con baja tasa de ventilación presenta mayor concentración de radón comparado con otro de alta tasa de ventilación. Cada sistema de medición consiste en un arreglo de 3 cortinas de detectores colocados en modo descubiertos a diferentes distancias respecto de las paredes, los cuales fueron colocados dentro de cada habitación. Las mediciones se realizaron durante los meses de junio y julio del 2019, por un tiempo de 58 días. Posteriormente los detectores pasan por un proceso de grabado a condiciones estándares en el Laboratorio de Huellas Nucleares de la Sección de Física de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP). El proceso de lectura de las trazas reveladas en los CR39 se realizó con el microscopio óptico LEICA y para los LR115 se empleó el sistema automatizado POLITRACK. El proceso también incluye un análisis por métodos estadísticos para la detección de campos de lecturas con cantidades anómalas de trazas. Cabe señalar que el procesamiento de los CR39 no se completó debido a que no se tuvo acceso al laboratorio por la coyuntura del COVID 19. Finalmente, de acuerdo con los resultados obtenidos con LR115 en modo descubierto, la concentración de radón presenta un comportamiento oscilante que tiende a disminuir a medida que aumenta la distancia de separación de la pared.

El Radón-222 es un gas de origen natural el cual se produce a partir de la desintegración radiactiva natural del Uranio, que está presente en suelos y rocas. El Radón emana fácilmente del suelo y pasa al aire, donde se desintegra y emite partículas alfa y produce a su vez una serie de partículas de vida corta (Polonio-218, Polonio-214, y Polonio-210) que también decaen emitiendo partículas alfa. Las personas inhalan las partículas de vida corta, y estas pueden causar significativo daño a las células interiores de los bronquiolos y además pueden terminar conduciendo a la aparición de cáncer de pulmón. Por el motivo antes expuesto es de suma importancia medir y evaluar los niveles de exposición debido al Radón. En esta tesis se determina la concentración de Radón-222 en 27 lugares de trabajo ubicados en sótanos que pertenecen a 10 edificios en la ciudad de Lima- Perú. En las mediciones se emplean detectores LR -115 Tipo 2 los cuales se colocan sobre la pared de los sótanos en estudio en tres niveles, 40 cm, 100 cm 160 cm de altura medidos a partir del piso. Los detectores luego son grabados y leídos siguiendo el protocolo usado en el Laboratorio de del Grupo de Investigación de Técnica de Huellas Nucleares de la PUCP (GITHUNU-PUCP). Los resultados estadísticos demuestran que 12 lugares de trabajo presentaron niveles de concentración mayores a 150 Bq/m3 en diferentes periodos de medición. Se determinó que la distribución de concentración de Rn-222 en un recinto no es homogénea; habiendo mayores niveles de concentración en las zonas del recinto donde hay poca circulación de aire y menores niveles de concentración en las zonas donde hay mayor circulación de aire. Empleando el coeficiente de Pearson se evaluó la correlación de la concentración Rn-222 con la altura alrededor de los puntos de medición, donde dos ambientes mostraron correlación lineal entre estas variables. Empleando el coeficiente de correlación múltiple y de Pearson se logró evaluar la correlación de la concentración de Rn-222 con la humedad relativa y temperatura, en 20 ambientes de trabajo; un ambiente muestra una correlación lineal múltiple justificable entre estas variables, un ambiente muestra una correlación lineal positiva significativa entre la concentración y temperatura y un ambiente muestra una correlación lineal negativa significativa entre la concentración y la humedad relativa. Se concluyó que probablemente la ventilación es la variable que más influencia en los niveles de concentración de Radón en recintos con estas características.

Detectores de trazas nucleares de estado sólido (LR-115 Tipo 2) en modo descubierto fueron usados para monitorear la concentración de la actividad del Rn-222 en 84 viviendas en el distrito de San Luis - Lima (Perú), desde Setiembre del 2015 hasta Enero del 2017. Debido a que no se ha evidenciado estudio alguno de la proporción de U-238/Th-232 en nuestro país, se procedió a plantear dos hipótesis, en la primera se consideró la presencia de Rn-222 y su progenie, y en la segunda la presencia mixta de Rn-222 y Rn-220 con sus respectivas progenies; usando factores de equilibrio “F” y de calibración “k” tomados de la literatura especializada. Usando una metodología de grillado en el distrito y considerando una extensión de 1 km2/grilla, se determinó el promedio ponderado de las concentraciones durante todo el proceso de monitoreo. Los valores de concentración de la actividad del Rn-222 encontrados fueron de (68±21) Bq/m3 y (54±16) Bq/m3 para ambas hipótesis respectivamente. Durante el estudio, se identificaron 2 viviendas que tuvieron un alto índice de concentración de Rn-222 con respecto a las demás, superando los valores referenciales proporcionados por la EPA (148 Bq/m3) y NRPB (200 Bq/m3). Estos valores encontrados fueron de (199±40)Bq/m3 y (257±44)Bq/m3 para la hipótesis 1 y de (205±35)Bq/m3, y (159±32)Bq/m3 para la hipótesis 2 respectivamente. En esta investigación se tuvo en cuenta las velocidades de desgaste superficial de los detectores a partir de los espesores reducidos. Por otro lado, se correlacionaron variables atmosféricas y de vivienda con los valores de las concentraciones, permitiendo conocer el grado de influencia de cada una de ellas sobre el resultado. Se evidencia que los factores atmosféricos, ventilación, ubicación de las habitaciones (primer y segundo piso), tipo de habitaciones (dormitorios y salas), tipo de paredes (ladrillo con pintura y ladrillo sin pintura), tipos de piso (cemento, recubiertos con mayólica y de tierra), ausencia de fumadores, tipo de tránsito vehicular (medio) y tipo de zonificación (residencias de densidad media), influenciaron significativamente en los resultados de las concentraciones de la actividad del Rn-222.

La exposición al Radón es una preocupación importante debido a su papel en el aumento del riesgo de cáncer de pulmón. Para evaluar el riesgo de exposición, es necesario realizar mediciones de Radón en el aire interior de los hogares, y tener caracterizado el riesgo radiológico debido a los materiales de construcción y tomar medidas de prevención si es necesario. La exhalación de Radón en materiales de construcción se midió empleando el método de acumulación en una cámara cerrada durante un período de 24 horas para muestra disgregada o pulverizada y de 28 días para material compacto. La concentración de Radón en la cámara se mide regularmente durante este período y se utiliza para calcular la tasa de exhalación en masa y en superficie respectivamente. En el caso de suelos, el riesgo radiológico está asociado con la permeabilidad la concentración de Radón en el suelo. La medición de estos parámetros permitió determinar el potencial geogénico de Radón. Los resultados de este estudio muestran que la exhalación de 222Rn en materiales de construcción y suelos puede variar significativamente. En materiales de construcción, se encontró una tasa de exhalación promedio de 14.01 ± 1.04 mBq kg−1 h −1 , con un rango de [4.50 ± 0.42] a [22.34 ± 1.30] mBq kg−1 h −1 . Además, se encontró una buena correlación entre la concentración total de Radio en los materiales de construcción y la tasa de exhalación de Radón, con un coeficiente de correlación R2 de 0.88. Los dos tipos de ladrillo mostraron las tasas de exhalación más altas, posiblemente debido a la cercanía de la zona de extracción de materia prima para su elaboración con regiones con una alta probabilidad de presentar uranio. Por otro lado, las muestras de yeso no mostraron exhalación significativa de 222Rn, lo que concuerda con la cantidad de Radio en estas muestras. Finalmente, los resultados obtenidos de índices radiológicos de todos los tipos de muestras son importantes ya que demuestran que los materiales de construcción estudiados no representan un riesgo para la salud al usarlos en la construcción de viviendas. / Radon exposure is a major concern due to its role in increasing the risk of lung cancer. To assess radiation exposure risks, measuring radon levels indoor air and characterizing the radiological hazard due to building materials is necessary. The radon exhalation rate in building materials was measured by closed-chamber accumulation over 24 h for dissociated or pulverized samples and 28 days for compacted materials. The Radon concentration in the chamber is measured regularly during this period and is used to calculate the Radon mass exhalation rate and Radon surface exhalation rate, respectively. In the case of soils, the radiological risk is associated with the geogenic potential of Radon. This parameter is obtained from the permeability and the concentration of Radon in the ground. The results of this study show that the radon exhalation rate in building materials and soils can vary significantly. In building materials, an average exhalation rate of 14.01 ± 1.04 mBq kg−1h −1 was found, with a range of [4.50 ± 0.42] to [22.34 ± 1.30] mBq kg−1 h −1 . In addition, a good correlation was found between the total Radium concentration in building materials and the Radon exhalation rate, with a correlation coefficient (R2 0.88). The radon exhalation rate in bricks is higher than in other samples. It can be because the area of raw material extraction for the elaboration of bricks is the closest to the uranium-producing possible regions. Gypsum samples did not show significant radon exhalation, which is consistent with the amount of radium in these samples. Finally, the results obtained for radiological indexes (Radium equivalent Raeq, Gamma index Iγ, and External hazard Hex) all types of samples are suitable for use as building materials because they present a low activity concentration.