Calibración del sistema de espectrometría GeRe-3522 para mediciones in situ

Abstract

La espectrometría gamma in situ con detectores de germanio hiperpuro es una técnica pasiva, no destructiva, que permite la identificación y la cuantificación de los radionúclidos presentes en el medioambiente. Esta técnica requiere una calibración en energía para la parte cualitativa y una calibración en eficiencia para la parte cuantitativa, esta última calibración no es trivial, ya que cada detector tiene una respuesta única y particular para cada energía de los fotones gamma emitidos por radionúclidos en el medioambiente. Esta respuesta, en la geometría in situ, depende tanto de las características del detector como de la distribución vertical y horizontal de los emisores gamma. Para este trabajo se realizaron dos calibraciones en eficiencia para el sistema de espectrometría gamma in situ GeRe-3522 de la Unidad Académica de Estudios Nucleares de la Universidad Autónoma de Zacatecas. La primer calibración consiste en calcular tres factores que describen la respuesta del detector, para una energía determinada, en la geometría in situ; la eficiencia a un haz paralelo de fotones en la línea central del detector (𝑁̇0𝜑), el flujo de fotones que arriban al detector por unidad de actividad en el suelo (𝜑𝐴𝑠) y el factor de corrección angular (𝑁̇𝑁̇0). Este último es el factor crítico de esta calibración, ya que depende únicamente de las características del detector, y se determina como la integral de 0 a π/2 radianes de la función de respuesta angular del detector (ṄṄ0=1φ∫ φcos θcos θ2cosθ1Ṅ (θ)Ṅ0 d cos θ), la cual se determinó en forma empírica. Al tener estos tres factores, para cada energía de los rayos gamma de interés, es posible determinar la actividad específica de los radionúclidos presentes en el medioambiente a partir de mediciones in situ. La segunda calibración se realizó mediante simulación del transporte de la radiación gamma a través de la materia usando el método Monte Carlo con el código MCNPX del laboratorio de Los Álamos (EUA), para las simulaciones se creó un modelo del detector, modelos de seis suelos diferentes (seis composiciones químicas diferentes con cinco densidades diferentes cada uno) y una fuente radiactiva inmersa en los suelos, esta fuente emite los fotones gamma de las energías más abundantes en el medioambiente, que pertenecen a los radionúclidos de la serie del torio, de la serie del uranio y del potasio-40 (normalizados a una abundancia relativa de 1:1:1). A partir de las simulaciones de la interacción de la radiación gamma desde que es emitida hasta que llega e interacciona con el detector, se obtuvieron los factores de eficiencia absoluta que permiten convertir las mediciones in situ, de suelos con las características simuladas, en actividad específica.