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Mazinger: sistema de espectrometría γ de alta eficiencia y muy bajo fondo
Ma del Canto Pedrosa García
Laboratorio de Radiaciones Ionizantes, Departamento de Física Fundamental, Universidad de Salamanca Supervisor: Begoña Quintana Arnés
RESUMEn: La obtención de cronologías en testigos oceánicos de interés paleoclimático requiere de la puesta a punto de métodos de medida que alcancen la máxima sensibilidad en sus determinaciones. En el Laboratorio de Radiaciones Ionizantes se ha puesto a punto Mazinger, un sistema de espectrometría γ de alta eficiencia y muy bajo fondo, con dos detectores de germanio híperpuro (HPGe) y blindaje pasivo y activo. A esto hay que añadir su localización a 12 metros de profundidad con respecto al nivel del suelo en el nuevo Edificio de I+D+i de la Universidad de Salamanca, lo que lo dota de unos niveles de fondo únicos en este tipo de sistemas.
En este trabajo se estudia el rendimiento de Mazinger en el rango de energía útil para la determinación de radionucleidos naturales; principalmente, 230Th y 238U por su aplicación a la datación de testigos sedimentarios de interés paleoclimático. La importancia de la determinación de radionucleidos como el 230Th, 238U, 235U y 231Pa, entre otros, radica en que permiten ampliar el periodo de tiempo cubierto por el 14C. Concretamente se presenta el método empleado para la optimización de la electrónica digital de Mazinger, el cual permite obtener de manera directa el espectro total sin que empeore la resolución final, y se estudian las prestaciones de Mazinger, como sistema de espectrometría γ adecuado en la medida de bajas actividades en un amplio tipo de muestras y de aplicaciones, entre ellas y muy principalmente la vigilancia radiológica ambiental.Se obtienen la resolución en energía y eficiencia de pico en el intervalo que va desde la emisión γ del 210Pb (46.539 keV) hasta la del 40K (1460.822 keV) y se estudia el fondo del detector comparándolo con el fondo típico de un detector individual de características similares, pero sin sistema antiCompton. Además, para poder realizar este estudio comparativo se calcula la figura de mérito (FOM) asociada tanto a Mazinger como al detector convencional a las energías de interés.
Por último, se muestran los resultados de la determinación del 230Th en un testigo sedimentario antiguo obtenidos de Mazinger, con el sistema de espectrometría γ convencional y por espectrometría α.
AbSTRAcT: The obtaining chronology in oceanic sediments of paleoclimatic interest requires of the development of measurement methods that reach the maximum sensibility in its determinations. In the Ionizing Radiation Laboratory (IRL) there has been designed Mazinger, a gamma spectrometry system of high efficiency and very low background, with two hyper-pure germanium detectors (HPGe) and passive and active shielding. To this, it is necessary to add its location at 12 meters underground regarding the level of the soil in the new R+D+I University of Salamanca building, which provides it with some unique levels of background in this type of systems.
In this work Mazinger’s performance is studied in the range of useful energy for the determination of natural radionuclides; principally, 230Th and 238U for his application to the dating of marine sediments of paleoclimatic interest. The importance of the determination of radionuclides as 230Th, 238U, 235U and 231Pa, among others, it consists in allowing to extend the period of time covered by 14C. Concretely, the method used for the optimization of Mazinger’s digital electronics is displayed, which allows to obtain the total spectrum directly without a decline of the final resolution, and Mazinger’s presentations are studied, as gamma spectrometry system adapted in the mea- surement of low activities in a wide type of samples and applications, between them and mainly the radiological environmental survei- llance. The resolution in energy and efficiency range is obtained in the interval that goes from the emission of 210Pb (46.539 keV) up to 40K (1460.822 keV) and the background of the detector is studied comparing it with the typical background of an individual detector of similar characteristics, but without anti-Compton system. In addition, to be able to realize this comparative study the figure of merit (FOM) associated both Mazinger and the conventional detector to the energies of interest are calculated.
Finally, the results of the determination of 230Th in an old sedimentary obtained from Mazinger, with the conventional system and by α spectrometry are shown.
Palabras clave: Mazinger, espectrometría gamma, fondo cósmico, datación 230Th/238U. Keywords: Mazinger, gamma spectrometry, cosmic background, sediment dating 230Th/238U.
InTRODUccIÓn
La espectrometría γ de muy bajo fondo ha demostrado en las últimas décadas ser una de las herramientas más po- tentes en la medida de radionucleidos pertenecientes a las cadenas de desintegración naturales en una amplia varie- dad de materiales \\\[1-3\\\]. Su uso se ha extendido a diferentes campos de investigación como la protección radiológica en
lo que se refiere al estudio de la radiactividad ambiental, el estudio del impacto ambiental en zonas costeras y el cambio climático \\\[4-8\\\]. Sin embargo, su aplicación a la datación de testigos sedimentarios marinos de interés paleoclimático a través del desequilibrio 230Th/238U e, incluso, 231Pa/235U presenta limitaciones debido a las bajas concentraciones de actividad contenida en estos sedimentos antiguos, así como
MAzINGER: SISTEMA DE ESPECTROMETRíA γ DE ALTA EFICIENCIA y MUy BAJO FONDO
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