Monografía 2 ims

Primera Edición, 2015.Monografías sobre Tecnologías IMS. Cuaderno 2.Análisis del espectro de radionucleidos en la Estación RN50.

Se tienen los derechos de autor. Sin embargo, se autoriza la reproducción sin fines de lucro (gratuita) con objetivos educativos. Es suficiente con informar a los autores.

Editor: Omayra PérezEnero, 2015.Monográfico Editado en entorno Mac.Programa utilizado para la edición: Adobe InDesign CS5.Mapas Conceptuales elaborados con CmapTools.

Análisis del espectro de radionucleidos en la Estación RN50.

Omayra Pérez y Bernardo Fernández

Estación [email protected]

Facultad de Ciencias Naturales, Exactas y Tecnología. Universidad de Panamá

CONTENIDO

A manera de preámbulo 71. Introducción 112. Algoritmo de la detección y formación del espectro 19

2.1 - Orígenes del espectro detectado 22 2.2 - Interacción de la radiación con la materia 24

2.3 - Control del fondo del laboratorio de medición 333. Características que deben tener los resultados 454. Corrección por Auto-absorción 535. Protocolo de la Estación PAP50 616. Mandato del Tratado 757. Referencias 818. Indice de figuras 859. Indice de Tablas 87

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Monografías sobre Tecnologías IMSCuaderno 2

Análisis del espectro de radionucleidos en la Estación RN50.Bernardo Fernández y Omayra Pérez, 2015.

A manera de preámbulo

¿Por qué una monografía sobre análisis del “Espectro de Radionucleidos” en la Es-

tación RN50? Para comprenderlo debemos hacer una pequeña introducción sobre

qué es la estación, sus funciones, en qué contexto se inserta y el papel de una mono-

grafía sobre los espectros y su análisis. Las monografías juegan un papel importante

en este tipo de instituciones (Universidades) y en el tipo de instalaciones como la Es-

tación RN50 del IMS (Sistema Internacional de Vigilancia). Una de las funciones de

ambas instituciones (universidad y estación), es divulgar su quehacer a la población,

para que contribuyan con los objetivos de preservar la paz y se contribuye mejor,

mientras mejor ilustrado se está.

Escogimos la variante monografía porque nos parece adecuada para el propósito

educativo. En internet, al buscar monografías, encontramos:

http://blog.udlap.mx/blog/2013/03/monografia/

“por sus raíces griegas (“mono”, uno, y “graphos”, estudio), se refiere al estudio de

un tema específico. En una extensión regular de 30 a 50 cuartillas, aborda un asunto

que ha sido investigado con cierta sistematicidad; por lo general, es producto de un

trabajo de investigación documental que únicamente da cuenta de la información re-

cabada. Se puede presentar como un trabajo argumentativo, expositivo, explicativo o

descriptivo”. El lector entenderá, con la lectura, cuáles de las opciones adoptamos,

por razones educativas. Y continúa, “una monografía es la mejor opción para desa-

rrollar la capacidad de buscar información de calidad, saber analizarla y organizarla

con el fin de lograr la comprensión de un tema delimitado de forma precisa. Supone

un ejercicio mental ya que implica un recuento de conocimientos propios, a partir de


8


los cuales comienza la compilación de información”.

A largo plazo, las estaciones (la red) no sólo demostrarán la importancia que tienen

para el tratado en referencia, si no que permitirán entender la importancia de conocer

el fondo radiactivo de una región y las características (validez y fiabilidad) de las medi-

ciones hechas, para así dar el valor apropiado a los datos recogidos. Por el otro lado,

se trata de conocer un instrumento que permite estudiar los datos de otras estaciones

de manera a comparar y tener una visión global del planeta en lo referente a los pará-metros en cuestión.

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1. INTRODUCCIÓN

El objetivo del tratado de Prohibición Completa de Ensayos Nucleares (CTBT) es

prohibir cualquier ensayo nuclear, por lo tanto, hacerlo sería un delito nuclear (cuando

entre en vigor el tratado) y para perseguir el delito, hay que normar (aprobar las leyes

que lo tipifican, investigan, juzgan y castigan) y recolectar las evidencias forenses.

Para esa recolección de evidencias forenses se previó la instalación de una red de vi-

gilancia del cumplimiento del tratado denominada Sistema Internacional de Vigilancia,

SIV (IMS, por sus siglas en inglés). Como se trata de vigilar todo el planeta (que es

inmenso) y la infracción se puede cometer en cualquier lugar del globo, se necesita,

entre otras cosas, un sistema eficiente que detecte la radiación específica del ensayo

nuclear (como prueba indiscutible del delito) que se haya realizado en cualquier sitio

y como no se puede tener una estación en cada lugar del planeta, se diseñó un sis-

tema que, en un periodo de hasta un máximo de 14 días, sea capaz de detectar una

explosión (estaciones sismo-acústicas de localización precisa) de un mínimo de 1 kT

de equivalente al TNT, que sea de tipo ensayo nuclear (estaciones de radionucleidos

con la modelización del trasporte atmosférico, ATM). Con el diseño escogido apareció

la necesidad de un método de “backtracking” o trazado del lugar de origen hacia atrás

(FOR y PRS), asociado a la detección de la radiación usando el método mejor mane-

jado y más eficiente para ese propósito y esa radiación es la radiación gama. Los ra-

dionucleidos de interés, para fines del CTBT, emiten principalmente radiación gama (γ)

y la espectroscopia gama mejor diseñada para ello, es la basada en el semiconductor

de Germanio (hiperpuro), enfriado a bajas temperaturas.


12


Características básicas de la Espectrometría gama (γ) asociada a un detector de Ge

HP el cual se usa en los sistemas del SIV.

Principales Ventajas:

1. Fácil identificación porque se tiene un sistema de alta resolución, no se necesita

análisis químico de la muestra, se pueden analizar a la vez varios radionucleidos,

si no hay interferencias cada isótopo se puede analizar separadamente.

2. Hay tecnología disponible para realizar análisis de niveles bajos de radiactividad.

Esto se puede lograr con un bajo fondo en la región del pico. También sirve para

grandes cantidades de muestra (no se satura rápidamente).

3. Alta confiabilidad en los resultados, precisión y alta rapidez en el análisis de los

picos, instrumentos de análisis usando dispositivos confiables y software.

Algunas desventajas

1. Método complejo y difícil para la calibración de la eficiencia.

2. Instrumentación y mantenimiento costosos.

Al igual que los niveles de energía del átomo, los niveles de energía del núcleo

también están cuantificado. Los rayos gama surgen de transiciones entre estados de

energía fijos, dentro del núcleo. Por lo tanto, cada rayo gama tiene una energía fija

que es característica del núcleo (como una huella digital). Si podemos determinar la

energía de un rayo gama, podemos identificar el núcleo (o radionucleido).

Las muestras se obtienen de la colección de las partículas suspendidas en el aire

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y de gases, en nuestro caso de la atmósfera. En nuestra estación PAX50, los ga-

ses pertinentes al tratado (Xe) se obtienen por cromatografía gaseosa a temperatura

ambiente, con el sistema SPALAX (Système de Prélèvements et d’Analyse en Ligne.

d’Air pour quantifier le Xénon) y las partículas, haciendo pasar el aire por un filtro 3M,

usando una aspiradora de alto flujo llamada Snow White.

Pasos que se siguen en el manejo diario de los datos de radionucleidos, en la Es-

tación RN50.

1. Recolección de la muestra durante 24 horas.

2. Control de calidad del sistema y análisis de la muestra por espectroscopia gama.

3. Transmisión del espectro por VSAT (Very Small Aperture Terminal) al IDC (Centro

Internacional de Datos) usando el Sistema Global de Comunicación (GCS).

4. En el IDC, se realiza un control de calidad de los parámetros, se hace un análisis

y revisión de los espectros.

5. Cuando sea pertinente, se fusionan los datos con otras tecnologías (sismo-acús-

ticas y ATM).

6. Se pone a disposición de los centros nacionales de datos (NDC) los productos

(resultados de los análisis y de los controles de calidad).

7. En los NDC se comparan los resultados obtenidos por la estación, con los produc-

tos del IDC y se asesoran los responsables del país.

La espectroscopia gama es la técnica que nos permite medir y ordenar los dife-

rentes rayos gama procedentes de una muestra y determinar las energías (mediante

la calibración en energías) de cada uno y por lo tanto permite identificar los radionú-

clidos presentes en la muestra. Al calcular la intensidad de las emisiones, podemos


14


(mediante un proceso de calibración de eficiencia) determinar las cantidades de cada

radionucleido presente. Las explosiones nucleares producen nucleidos radiactivos

(radionucleidos) como parte del combustible nuclear de la bomba, residuos de la fi-

sión del combustible y los radionucleidos de activación. La mayoría es emitida a la

atmósfera 1- en forma de partículas que se producen durante la explosión, 2- adherido

a las partículas suspendidas en el aire, 3- en forma de gases. Los radionucleidos, en

las partículas suspendidas en el aire, se colectan en las estaciones de vigilancia, por

filtración del aire, ya que grandes volúmenes de aire se bombean a través de filtros

especiales con aspiradores muy eficientes (por ejemplo Snow White). Los filtros con

partículas, de las estaciones de partículas, se miden in situ mediante espectroscopia

gama. El espectro gama resultante se analiza en la estación y se transmite al IDC

para que también sea analizado.

En el esquema mostrado en la figura 1, se detalla el algoritmo de la detección y

toma del espectro. La detección es el producto de la interacción controlada del fotón

gama con el germanio hiperpuro y la búsqueda y medición de la transformada de Fou-

rier (análisis espectral).

El detector gama de germanio hiperpuro (HPGe) está conectado a un “analizador

de altura de pulso” que ordena (discrimina) los pulsos del detector de acuerdo con su

altura. Los pulsos análogos pasan a forma digital a través de un convertidor análogo

digital (ADC). Esos pulsos convertidos en información digital son almacenados en

las memorias (canales), de un analizador multicanal (MCA). Cada uno tiene una di-

rección (número de canal) apropiado (calibrado) para la altura del pulso. Los pulsos se

recogen durante un período largo de tiempo (12 o 24 horas) o el tiempo de adquisición

del espectro (cada dos horas se tiene un espectro preliminar). La altura de voltaje del

15



Fig.

1. F

orm

ació

n de

un

espe

ctro

.


16


pulso es proporcional a la cantidad de energía depositada, en el detector, por el rayo

gama que lo originó. Así, en los casos en que se deposita toda la energía, el núme-

ro de canal es proporcional a la energía y el histograma que aparece se denomina

fotopico. Los datos (espectro) de la muestra, cuando se codifican en altura de pulso,

se escriben SPHD. Estos datos se transmiten desde la estación al IDC, al final de

la adquisición, por una canal seguro, vía satelital (VSAT) de manera automática. El

espectrómetro está calibrado (con una fuente certificada y con trazabilidad, para nues-

tro caso NPL) de manera que el eje X (número de canal) tiene unidades de energía

(electrón-voltios, o kilo-electrón-voltios keV).

El germanio es un semiconductor, al cual se le aplica un campo eléctrico de manera

que al ingresar el rayo gama se ioniza (energía de 2,96 eV), formándose N pares elec-

trón-hueco que viajan, según el campo eléctrico, a los electrodos positivo y negativo

respectivamente y generan un pulso proporcional al número de pares N. El sistema

analiza (mide) la altura del pulso (pre-amplificado, luego amplificado y además ajusta

la señal, para un mejor análisis). El reloj, por comparación, asigna a la altura de pulso,

el número de escalones (latidos) denominada dirección (digitalización por el ADC) que

corresponde a un canal (según una ganancia calibrada) del MCA. Se forman histo-

gramas (ver figura 2 y 3).

Los registros del eje Y indican cuántos pulsos se contaron en cada energía (canal).

Así la posición de un pico en el eje X determina la energía, y por lo tanto la identidad

del nucleído, y el área del pico proporciona una medida de la cantidad presente del

radionucleido.

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Fig. 2. Ejemplo de histograma 1.

Fig. 3. Ejemplo de histograma 2.

19



2. ALGORITMO DE LA DETECCIÓN Y FORMACIÓN DEL ESPECTRO

Hoy día el espectrómetro se ha simplificado. En la figura 4 se muestra un sistema

completo tipo MCA en una PC. Consiste en una tarjeta interna que contiene un ADC

y una fuente de alto voltaje, insertada en un slot de expansión de la PC. Se usan las

memorias de datos de la misma PC, la pantalla, etc., administrada por un programa

que emule el MCA.

Fig. 4. MCA en una PC.

En la figura 5 se describen las partes del espectrómetro que debe tener la PC.


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Fig. 5. Partes del espectrometro en la PC.

1. Una altura de pulso de entrada (PH) se compara con una rampa lineal creciente

de voltaje (VR), asociada a un reloj.

2. Se abre una compuerta TG hasta que se alcanza el voltaje VR del PH (altura del

pulso), usando un comparador.

3. Mientras la compuerta está abierta, un reloj manda pulsos escalonados (NC o

escalones) a alta frecuencia que son contados con un escalador de direcciones

(asignación numérica o digitalización).

4. NC determina el número del canal al cual se ingresa el pulso de entrada con la

altura dada. ESQUEMA DE UN ADC TIPO WILKINSON

5. El número de bit se convierte a voltaje (V) por ADC, comenzando por el bit máxi-

mo.

21



6. Si V es mayor que PH, entonces se reinicia. Si no, el próximo bit inferior aparece y

se resta para convertirlo a V.

7. El proceso se repite hasta el mínimo bit.

8. El número binario final determina el número del canal PH.

Fig. 6. Descripción esquemática de lo que ocurre en un ADC.


22


Tiene varios orígenes y señalamos:

• La radiación cósmica: es la radiación de alta energía que proviene del espacio in-

tergaláctico e interactúa con la atmósfera de la Tierra, produciendo radiación gama

y otras radiaciones secundarias que se detectan en el sistema. Los radionucleidos

inducidos por los rayos cósmicos son principalmente: Berilio-7, Sodio-22, sodio-24,

isótopos del Germanio.

• Radionucleidos naturales que están en el entorno del detector, por ejemplo en

materiales de construcción de los pisos y paredes de los locales, y los equipos y

materiales del entorno. Así que cada espectro contiene información sobre el me-

dio ambiente del detector, o "fondo". Podemos señalar radionucleidos terrestres:

Radio-226, Actinio-228, Uranio-235, Potasio-40, U-238 y sus descendientes.

• Radionucleidos naturales en las partículas que se recogen en el filtro de aire, como

los productos de desintegración del radón y radionucleidos cosmogénicos que son

detectados e identificados en cada espectro diario. Productos del decaimiento del

radón: Plomo-212, Bismuto-212, Bismuto-214, Talio-208.

• Radionucleidos inducidos: hay neutrones liberados durante las reacciones de ra-

diación cósmica que producen la activación del germanio y otros materiales del

sistema, creando radionucleidos emisores gama que luego son detectados.

• Radionucleidos antropogénicos en el filtro, (son artificiales) y que son de interés

primordial en el control de verificación del Tratado. Son éstos los que se tratan de

detectar en presencia de todos los efectos anteriores.

Para reducir los efectos de la radiación cósmica y la radiación natural de fondo,

2.1 - Orígenes del espectro detectado.

23



todos los detectores están protegidos con escudos de plomo de baja radiactividad de

al menos 10 cm (4 pulgadas) de espesor. Presentamos algunas imágenes de blindaje

posibles (figura 7).

Fig.7. Ejemplos de blindajes de detector.

Fig.8. Blindaje del detector de partículas de la Estación PAP50.


24


2.2 - Interacción de la radiación con la materia.

Esta interacción genera varios efectos como “nuclear scattering” o difusión nuclear

coherente, el efecto fotoeléctrico, difusión Compton, formación de pares, etc.

2.2.1. Efecto fotoeléctrico

1) Los rayos γ pierden su energía total en la interacción con un electrón que se en-

cuentra en un orbital de la capa K y el electrón se libera: se le llama fotoelectrón.

2) Uno de los electrones de un orbital L o M llena el espacio de la capa-K que quedó

sin un electrón, y es seguido de la emisión de un rayo-X de tipo K o un electrón Auger.

Fig.9. Efecto fotoeléctrico.

25



3) Uno de los electrones de un orbital M o N llena el espacio de la capa L, seguido de

la emisión de un rayo-X de tipo L o un electrón Auger.

Si todos los electrones y rayos - X y/o electrones Auger generados por el proceso

1) ~ 3) son absorbidos en la región sensitiva del cristal de Ge, la energía total es igual

a la energía del rayo γ. Si los rayos K-X (9,9 keV) escapan de la región sensitiva, los

picos de rayos X de escape, E (keV)= hν - 9,9, deben aparecer en el espectro.

2.2.2. Dispersión Compton

Fig.10. Dispersión Compton.


26


Energía del rayo γ dispersado

Distribución de la Energía de los rayos γ dispersados por los materiales tales como

el blindaje. Aparece como el continuo de dispersión de retroceso en el espectro de

rayos γ. La energía de distribución de electrones secundarios en un detector de Ge

aparecen como un continuo Compton, pero es diferente de la distribución teórica cal-

culada por la expresión de Klein-Nishina, debido a las múltiples interacciones tales

como el efecto fotoeléctrico de los rayos γ dispersados y se suman al fotopico.

Fig.11. Distribución de la Energía de los rayos γ .

27



Debido a las múltiples interacciones, un detector grande tiene como resultado una

eficiencia mayor en el conteo del fotopico.

2.2.3. Producción de pares

1) En el campo eléctrico alrededor del núcleo, el rayo γ crea un par electrón-positrón

el cual tiene la energía cinética siguiente.

2) El positrón combinado con un electrón cercano, se anihila (aniquila), seguido de la

emisión de dos fotones:

3) Debido a la interacción de los dos fotones de la anihilación (aniquilación), los si-

guientes tres tipos de procesos de absorción de energía se observan.

A. Dos fotones de anihilación (aniquilación) escapan de la región sensible del detector

Fig.12. Producción de Pares .


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de Ge.

B. Uno de los fotones de anihilación (aniquilación) escapa de la región sensible del

detector de Ge.

C. Los dos fotones de anihilación (aniquilación) pierden sus energías totales en la re-

gión sensible del detector.

Los picos de 511 keV y hν - 511 keV son más anchos, alrededor de 1 keV en FWHM

(ancho a media altura), debido al efecto Doppler en el proceso de anihilación (aniqui-

lación). Luego para calcular el área del pico se debe tomar en cuenta.

La sección eficaz juega un papel importante, por ejemplo para el efecto Compton de-

pende del ángulo y de la energía.

Sección eficaz de Interacción en función de la energía para el Si y el Ge, según la

literatura (figura 14).

Fig.13. Sección Eficaz diferencial Compton para distintas energías (usando un diagrama polar).

29



Fig.

14. S

ecci

ón E

ficaz

dife

renc

ial d

e in

tera

cció

n pa

ra e

l Si y

el G

e.


30


Hay los sistemas compactos, los modulares y los de tipo PC. Tecnología antigua y

moderna en los sistemas de detección (figura 15).

Fig.15. Sistema de medición.

Fig.16. Espectro gama típico obtenido con el programa open spectra desarrollado por el CTBTO.

31



Se parte de un espectro: se busca el canal central, y con la calibración se asigna la

energía. Se mide el área (tasa de conteo) y con la eficiencia se busca la radiactivi-

dad. En el laboratorio, con el programa Genie 2000, se realiza el primer análisis de

la muestra.

Algoritmo de tratamiento de la muestra por el software del computador. ROI: área de

interés (area of interest), FWHM (Full Width at Half Maximum): Ancho a media altura,

Bibliotecas: estándares o fabricadas según el historial del laboratorio, MCA (multi-

channel analyzer): Analizador multicanal.

Fig.17. Espectro de energía de las partículas en PAP 50.


32


Fig.

18. P

roce

so d

e an

ális

i de

un e

spec

tro.

33



Las fuentes del fondo pueden clasificarse en:

1. Radiactividad del propio detector.

2. Radiactividad de los materiales del sistema de espectrometría que están próximos

al detector.

3. Radiactividad de suelos, techos y paredes del laboratorio.

4. Radiactividad del aire del laboratorio.

5. Componentes primaria y secundaria de la radiación cósmica.

La primera contribución es despreciable ya que se trabaja con una alta pureza

de los cristales de Ge (HPGe) que utiliza la red del CTBTO y la contaminación del

propio detector es despreciable. La segunda se minimiza usando materiales, en el

sistema de espectrometría, con bajo contenido en elementos radiactivos. Por ejem-

plo, el blindaje, que es uno de los dispositivos más cercanos al detector, está libre de

radio elementos de periodo de semi-desintegración corta como el 210 Pb (blindaje

de bajo fondo). La tercera componente del fondo del detector tiene que ver con la

radiactividad contenida en los materiales de construcción del laboratorio (piso, techo,

paredes), que podrían contener básicamente radioelementos de las series del uranio

y del torio, así como el radioisótopo 40K. Para ello se hizo un estudio previo de la ra-

diación en el laboratorio y en los alrededores. La cuarta componente está constituida

por los elementos radiactivos que se encuentran suspendidos en el aire, entre los que

destacan los isótopos del radón. Para evaluar el radón, se hizo un estudio (con tres

métodos), SPALAX permite esa medición diaria, se utilizó un detector portátil comer-

cial y se midió simultáneamente con detectores plásticos de trazas del Radón Control

Laboratory, Dosirad Company, de Francia, para hacer la inter-comparación (mayo de

2.3- Control del fondo del laboratorio de medición


34


2012). Para controlar los radioelementos presentes en el polvo en suspensión en el

aire se mantiene el laboratorio limpio y se realizó una toma durante una semana con

una aspiradora portátil erik 01. Por último, la quinta componente hace referencia a las

radiaciones de origen cósmico que afectan directamente al detector, o que provocan

estados excitados en los materiales próximos al detector, que se des-excitan mediante

emisión gama. El blindaje pasivo de plomo, con una capa de cobre-plástico-estaño

empleado, reduce (para cortar, entre otras, la componente de R-X del plomo que es

una de las más energéticas), en torno a dos órdenes de magnitud, las componentes

del fondo debidas a las paredes y a la radiación cósmica, que representan la mayor

parte del fondo del sistema de espectrometría.

La medición del fondo permite identificar la contribución a la muestra debida al am-

biente. A fin de determinar correctamente las tasas de emisión de los radioelementos

en las muestras, si el fondo es importante (por ejemplo contaminación) y está en la

región donde están los picos de los radioelementos relevantes, se sustraen las tasas

de fondo y para ello se toma por siete días, el espectro del fondo. En otros casos se

sustrae automáticamente siempre o cuando se llena un criterio (superior a dos veces

la desviación estándar).

A continuación vemos el tratamiento del fondo o “background” (BG). Hay tres situa-

ciones posibles del fondo (BG) y se escoge la adecuada a la situación.

35



2.3.1. FWHM: ancho a media altura o resolución

Determinación del FWHM (ancho a media altura del máximo) y del máximo del foto-

pico. El FWHM es uno de los parámetros desconocidos cuando se asume un pico

dado. Se determina simultáneamente con otros parámetros por el método de ajuste

de mínimos cuadrados. En la figura se han corrido el espectro experimental de puntos

verdes, el ajuste en línea continua y la derivada en rojo, para mejor visualización (se

registran los canales n+, valores superiores, n- valores inferiores y no valor del centro).

Fig.19. Tratamiento del fondo o background.


36


1) El máximo se busca interpolando con un mínimo de tres puntos alrededor del máxi-

mo. Para ello se procede primero a buscar la derivada de la función gaussiana y el

máximo es el punto donde la derivada cruza el origen.

2) Se busca por etapas, primero una primera derivada suavizada.

La curva roja (primera derivada suavizada) nos da el valor exacto del centro del pico;

cuando cruza se registra como el origen o centro del pico (P: máximo del pico es el

origen), el cual se determina por interpolación. Posteriormente se afina la derivada.

3) Método de ajuste del pico.

Los parámetros desconocidos de la curva gaussiana (la cual se asume como función

que mejor describe el pico) se establecen por el método de ajuste de mínimos cuadra-

dos no lineales.

Fig.20. FWHM.

37



Donde, BG (i) : es la función de la línea de base bajo el pico que se tiene estudiado, i

cada punto (o variable, por ejemplo canal), A: altura del pico, P : canal del máximo del

pico, W : FWHM que es un parámetro esencial y que se usa para varios propósitos:

1) Determinación de la resolución de la energía;

2) región de los canales para el análisis de los picos,

3) valores iniciales del ajuste,

4) decidir sobre la multiplicidad de los picos

2.3.2. Área bajo el fotopico

El área bajo es fotopico es importante para estimar la cantidad o concentración

de radionucleidos en la muestra. Sin embargo, existe el fondo que no forma parte del

fotopico. Por ello hay que conocer el fondo. El valor FWHM = W se utiliza para

determinar la región de los canales orientados al análisis de los picos. En la figura 21

se explica cómo se utiliza W.

En el siguiente caso se tiene un pico complejo en la medida que en realidad son dos

picos superpuestos (figura 22).

Se supone que el pico que interfiere es parte de un radionucleido multi-picos. Se

conoce su contribución en el mul-tipico (se busca en la biblioteca digital), luego el eva-

luar PB2 permite suponer con cuánto contribuye PB1, en la interferencia.


38


Fig.

21.

El v

alor

FW

HM

= W

.

39



Caso de dos picos simples interfiriendo, pero separados más allá de la resolución.

Fig.22. Análisis de un pico complejo.

Fig.23. Dos picos interferiendo.


40


B es un polinomio de la variable i y G es una gaussiana

2.3.3. MDC (Mínimum Detection Concentration) y toma de decisiones si un pico

lo es realmente

La expresión de los resultados, en las experiencias con radiaciones, se da referen-

tes al límite crítico, Lc y al límite inferior de detección, LID (MDC, por sus siglas en

inglés, mínimum detection concentration).

Frecuentemente, la radiactividad ambiental se mide en unos niveles donde el radio-

nucleido de interés no puede diferenciarse de los niveles del fondo. En esos casos

la incertidumbre relativa asociada al resultado suele aumentar hasta un punto en que

el intervalo de incertidumbre incluye el valor cero. Esto significa que se está en una

región asociada con el denominado límite de detección para un determinado método.

Por tanto, para obtener resultados sobre la actividad de radionucleido, con una fiabili-

dad adecuada al fin del estudio, es necesario tener muy bien definida esta zona.

En primer lugar se debe tomar la decisión de si se trata de una detección o no

(Umbral de Decisión o Límite Crítico), es decir ¿la muestra contiene o no una cantidad

positiva del radionucleido?). En estadística se nos enseña que la decisión de detec-

41



ción implica una elección entre dos hipótesis, en este caso, respecto a la presencia

del radionucleido en la muestra de análisis con una probabilidad de error determinada:

hay dos hipótesis, la que queremos rechazar o hipótesis nula (la muestra no contiene

el radionucleido) y la hipótesis alternativa (la muestra si contiene el radionucleido); en

principio se asume la más “fácil” o más probable de rechazar como la hipótesis nula

la cual se asume como verdadera a no ser que exista evidencia estadística suficiente

que asegure lo contrario.

La estadística nos dice que para la determinación del Umbral de Decisión y el Lími-

te de Detección se debe evaluar la desviación (incertidumbre) típica de la magnitud a

medir (concentración de actividad). Así mismo, se debe especificar la probabilidad

α del error de tipo I, la probabilidad β del error de tipo II, y la probabilidad (1- γ) del

intervalo de confianza.

El Umbral de Decisión es un número de cuentas, determinado “a priori”, que permite

decidir, con una determinada probabilidad, si el resultado de una medición concreta es

asignable al fondo o a una actividad real y permite, por tanto, establecer si el resultado

de una medición es estadísticamente significativo, es decir si no es debido al fondo.

Para ello se establece el denominado “Límite crítico” (Lc) que corresponde al nivel

que, a priori, permite establecer (con un determinado nivel de confianza) si se ha obte-

nido señal. El “Límite inferior de detección” (LID o MDC) se corresponde con un nivel

que a posteriori, permite establecer que se ha registrado señal. En general se emplea

un nivel de confianza del 95%, en cuyo caso las expresiones para ambos parámetros

serían (donde σ es para el caso sin señal):

Lc = 1,645 σ LID = 4,66 σ


42


El resultado de la medición (R) se situará en uno de los siguientes intervalos:

R< Lc; Lc < R < LID; R > LID

Representación gráfica del significado del Lc y del LID.

f: representa la señal correspondiente a la medida del detector sin “señal” (sin presen-

cia de actividad en la muestra o fondo).

α: error de tipo I (afirmar que hay señal cuando no la hay)

β: error de tipo II (afirmar que no hay señal cuando si la hay)

El resultado se expresa de forma diferente según el intervalo en el que se sitúe:

a- Resultado: R < Lc. En este caso el resultado se suele expresar como R < LID.

b- Resultado Lc < R < LID. El resultado suele expresarse como R ± 2σ entre el límite

crítico y el LID (con un intervalo de confianza del 95,5 %).

c- Resultado: R > LID. El resultado suele expresarse como R ± 2σ (con un intervalo

de confianza del 95,5 %).

Fig.24. Identificación de picos.

43



En el programa esto aparece como curvas de diferentes colores para que cuando

se haga la revisión manual se compare con la revisión automática del espectro que

hizo el programa open spectra (autosaint).

45



Repetitividad

Es el grado de coincidencia existente entre los resultados de sucesivas mediciones

del mismo mesurando (de acuerdo al VIM, Vocabulario Internacional de metrología,

es el atributo, sujeto a medición, de un fenómeno, cuerpo o sustancia que puede ser

distinguido cualitativamente y determinado cuantitativamente), permaneciendo inalte-

rables las condiciones de medición. Se hace con una fuente patrón de control de

calidad llamada QC (Quality Control).

Reproductibilidad

Es el grado de coincidencia existente entre los resultados de sucesivas mediciones

del mismo mesurando, habiéndose producido, durante el proceso, la variación de al-

guna de las condiciones de medida (ejemplo, distintos operadores). Se hace con la

fuente patrón de control de calidad llamada QC.

Trazabilidad

Es la capacidad del resultado de una medición o de un patrón tal que pueda relacio-

narse con referencias determinadas, generalmente a patrones nacionales e interna-

cionales, por medio de una cadena ininterrumpida de comparaciones, teniendo todas

ellas las incertidumbres determinadas.

Para la trazabilidad se usa un filtro patrón certificado por un laboratorio certificado

(Testing Services, STUK-Radiation and Nuclear Safety Authority, 2000, filtros 3M) y

3. CARACTERÍSTICAS QUE DEBEN TENER LOS RESULTADOS


46


con una fuente patrón como la NPL (National Physical Laboratory, de Inglaterra), su

contenido y la actividad está en el certificado emitido con fecha de calibración. Ade-

más se tienen los certificados de calibración de cada uno de los instrumentos e insu-

mos referidos a laboratorios certificados.

CALIBRACIÓN

El “Bureau International des Poids et Mesures” (BIPM) define la calibración como:

“conjunto de operaciones que establecen, en unas condiciones especificadas, la re-

lación que existe entre los valores indicados por un instrumento de medición, o los

valores representados por una medida materializada y los correspondientes valores

conocidos de una magnitud de medida”

La calibración determina las características metrológicas del instrumento o del ma-

terial de referencia y se realiza mediante comparación directa con patrones de medida

o materiales de referencia certificados. La calibración da lugar a un Certificado de

Calibración y, en la mayoría de los casos, se fija una etiqueta al instrumento calibrado.

La verificación, por su parte, consiste en revisar, inspeccionar, ensayar, comprobar,

supervisar, o realizar cualquier otra función análoga, que establezca y documente que

los elementos, procesos, servicios o documentos están conformes con los requisitos

especificados. En cierto modo, puede decirse que la verificación es una calibración

“relativa” ya que no se está tan interesado en el resultado final como en saber si, a

partir de ese resultado, se cumplen o no unos requisitos especificados.

47



Se reserva el término CALIBRACION al establecimiento, por parte de un laboratorio

calificado, de los factores de conversión de la lectura de un instrumento a unidades de

la magnitud métrica establecida (longitud, volumen, exposición, actividad, equivalente

de dosis…, etc.). Cuando la acción tenga como finalidad verificar la confirmación de

este factor de conversión se emplea el término VERIFICACIÓN. Igualmente se emplea

el término VERIFICACIÓN al establecer el factor de conversión en los instrumentos de

medición de la variable física en cuestión.

El modo de trabajo para asegurar, razonablemente, que la respuesta del equipo de

Fig.25. Controles de Calidad.

Fig.26. Encabezado de un certificado de calibración.


48


medición se corresponde con el valor de la magnitud a evaluar, tiene las siguientes

características (aseguramiento de la calidad):

La eficiencia del pico es una llave para la espectrometría γ (gama) cuantitativa de

alta precisión. Sin embargo, depende de la energía del γ, de la geometría, de la com-

posición elemental, de la densidad y del volumen para muestras ambientales. Pero,

no hay método global para determinar la eficiencia sin aproximación o hipótesis de

trabajo.

La eficiencia ε como función de la energía para una geometría dada sigue la siguien-

te relación polinómica, que a todas luces es compleja (observe el doble logaritmo):

Conocer la dependencia de la eficiencia ε con la Geometría es necesaria para de-

terminar la radiactividad del volumen de la muestra, en la cual la altura de la muestra

es usualmente tomada como variable para la eficiencia y la auto-absorción de los

rayos γ debe ser corregida con el coeficiente de atenuación.

La eficiencia de conteo del detector de Ge es función de la energía del fotón, del

tamaño del cristal, de la capa muerta del electrodo, etc. En los siguientes ejemplos,

las curvas A, B y C son las eficiencias en función de la energía según el fabricante

Canberra (nótese que el papel es doblemente logarítmico), tomando la distancia más

pequeña de la fuente. Atención, la curva D no incluye la geometría. Los tipos deben

asociarse con la mejor utilización según el objetivo y radionucleidos de la medición.

49



(A) detector tipo p de Ge hiper puro, es n+ y la superficie está formada por Litio difundi-

do, el espesor es cerca de 0,5 ~ 0,8 mm. La eficiencia del pico para fotones menores

de 100 keV es baja por la no absorción de fotones en la capa n+. Se aplica un voltaje

positivo HV (2 ~ 5 KV) para la colección de los portadores de carga (electrones y hue-

cos positivos).

(B) detector tipo n de Ge hiper puro, es p+ y la superficie está formada por implan-

tación de iones de boro acelerados, el espesor es de cerca de 0,3 μm. La eficiencia

de los picos no decrece para las bajas energía cerca de 10 keV. Se aplica un voltaje

negativo HV para colectar los portadores de carga.

(C) Detector de tipo pared o pozo. Sólo se puede utilizar para cierto tipo de muestras.

Fig.27. Eficiencia del conteo del detector de Ge en función de la energía del fotón.


50


Es importante conocer cómo es la dependencia de la eficiencia con la Geometría

para determinar la radiactividad de un volumen dado de la muestra. La altura de la

muestra es usualmente tomada como variable para la eficiencia y la auto-absorción

de los rayos γ debe ser corregida con el coeficiente de atenuación. Por otro lado, la

eficiencia depende de la autoabsorción, que a su vez depende de la geometría esco-

gida, de la matriz sobre la cual están los radionucleidos, del espesor de la muestra, del

contenido de la muestra e incluso de factores ambientales.

Fig.28. Tipos de detectores de Germanio hiperpuro.

Fig.29. Forma esperada de la eficiencia en función de la energía (HPGe).

51



En la gráfica mostrada en la figura 31, se puede observar, los resultados de una

experiencia en PAP50, indicando el cambio de la curva de eficiencia con la geometría.

En rojo para una muestra de 50,0 mm de diámetro y 5,0 mm de espesor y en negro

para una muestra de 70,0 mm de diámetro y 5,0 mm de espesor, todo lo demás idén-

tico.

Cuando la medición es difícil se puede simular la situación experimental. Se emplea

la simulación Monte Carlo cuando se tienen que realizar correcciones a las curvas de

eficiencias por cambio de geometría (por ejemplo altura) y o en la auto-absorción en

las muestras.

Fig.30. Curva de eficiencia en la estación PAP50.

Fig.31. Cambio de la curva de eficiencia con la geometría.

53



¿Qué es la auto-absorción? Cuando el material de muestras ambientales tie-

ne cierto espesor, algunos de los rayos gama emitidos se pierden en la matriz

de la muestra (puede ser por el suelo, agua, etc.) debido a la absorción o a la di-

fusión. La auto-absorción depende del coeficiente lineal de atenuación de la ma-

triz y de la geometría como el volumen o espesor de la muestra. Al tener mues-

tras con diferentes características se deben usar aproximaciones o hipótesis, para

simplificar los cálculos. El coeficiente lineal de atenuación µ (cm-1) depende de la

energía del rayo gama, de la composición atómica y de la densidad de la matriz.

Hay varios métodos de corrección

Primer método de corrección de la eficiencia por matriz diferente y por diferente

volumen. Haga una medición con una energía dada, en un volumen estándar con una

4. CORRECCIÓN POR AUTO ABSORCIÓN

Fig.32. Auto-absorción.


54


matriz estándar y encuentre el coeficiente de atenuación µ, para diferentes matrices.

Haga variar la matriz manteniendo todos los otros parámetros y calcule, por ajuste de

mínimos cuadrados los parámetros de la siguiente expresión genérica:

Y cuando desea obtener la eficiencia para otra matriz lo hace por interpolación. Des-

pués hace la experiencia para diferentes volúmenes (haciendo variar solo la altura H

o espesor) con la misma matriz estándar. Para el coeficiente de auto-absorción. Pero

supone que la variación afecta la eficiencia con la altura H como un polinomio (inver-

so) .

Deriva el polinomio,

Lo que le permite obtener el factor de auto-absorción.

El segundo método consiste en hacer lo mismo pero construye los gráficos de lo

ajustado y lo compara con el gráfico medido de la eficiencia para la matriz en cuestión

(figura 33). El coeficiente de atenuación lo obtiene por diferencia con el estándar y lo

introduce en la segunda expresión del coeficiente de atenuación.

55



La curva muestra las diferencias de la auto-absorción (a diferentes alturas) para un

haz paralelo y un haz no paralelo con diferentes energías (figura 34), en una matriz

dada (agua).

Varios autores proponen un método como el indicado en la figura 35. En cuanto a

la eficiencia, se puede resumir, en un cuadro, lo que nos indica que la función es una

forma complicada (figura 36).

Fig.33. Gráfica de la eficiencia observada.

Fig.34. Absorción a diferentes alturas.


56


Fig.

35. F

acto

r de

corr

eció

n.

57



Fig.

36. L

a efi

icie

ncia

.


58


En el análisis de los espectros hay que tomar en cuenta otro fenómeno llamado

de coincidencia. Dos rayos gama pueden coincidir en un instante en el detector. Si

la energía de los dos es totalmente absorbida en el detector, tenemos un foto-pico

suma de ambas energías y llama a confusión. Si uno de ellos experimenta un efecto

Compton tenemos un pico suma, pero menor que el anterior pues el segundo fotón del

efecto Compton puede escapar y depende de la energía de enlace del electrón (figura

37). Los dos rayos gamas experimentan efecto Compton y tenemos las diferentes

posibilidades, entre ellas si los fotones secundarios a su vez experimentan efectos

Compton o Auger.

Fig.37. El fenómeno de coincidencia.

59



61



5. PROTOCOLO DE LA ESTACIÓN PAP50

Filtros 3M debidamente estudiados (Valmarn et al., 2000) se introducen diariamente

en una aspiradora de partículas, marca Senya, llamada Snow White, con flujo nomi-

nal de 1 000 m3 por hora, con flujo debidamente calibrado. Arroja un flujo promedio

medido de 980 m3/h, y después de alrededor de 24 horas, se han colectado 23 000

metros cúbicos de partículas PM10.

Se tiene una estación meteorológica Vaisala en el sitio donde está la aspiradora. Por

otro lado en la azotea del laboratorio se tiene otra estación meteorológica conectada a

internet libre (http://rn50ctbtorg.com.pa/weewx/). El laboratorio donde se encuentra el

sistema de detección radiactiva está conectado a la aspiradora y a la estación meteo-

rológica por fibra óptica. De esa manera se tiene mediciones, en tiempo real, de los

diferentes parámetros atmosféricos y de funcionamiento del sistema, cada 10 minutos.

Según el estudio hecho por Valman los filtros tienen una eficiencia de casi 100 %

para las partículas cuyo diámetro es igual o superior a 0,4 μm, (y superior a 85% para

las que están entre 0,15 y 0,4 μm), ver la figura 20, y se verificó la retención de par-

tículas pequeña (finas) por microscopía electrónica de barrido, los cuales interesan

por los hábitos del Be-7 tal como se señaló en la introducción, y por Espectroscopia

Fig.38. Airsampler.


62


Môssbauer de trasmisión se probó que se colectan incluso partículas nanométricas

(ultrafinas).

Una vez recogido el filtro, se lleva al laboratorio situado a unos 300 m de distancia

del sitio de la aspiradora, se prensa (prensa Karl Kolb de Scientific Technical Supplies)

a 100 kN, en un molde que permite hacer pastillas de 50,0 mm de diámetro y 5,0 mm

de espesor, con miras a garantizar la reproductibilidad de la geometría de la muestra

(figura 39).

Las muestras se empaquetan en un porta muestra plástico hechos en un material

estudiado para garantizar la reproductibilidad en los porta muestras que se usan dia-

riamente (figura 40) y con niveles muy bajos de radiación de fondo (Alron Plastics Pil,

Australia). La trazabilidad se garantiza con una etiqueta de código de barras que se

lee cada 10 minutos.

El laboratorio está en condiciones de temperatura y humedad controlados por sen-

Fig.39. Molde para la prensa.

Fig.40. Porta muestra.

63



sores que miden los parámetros en tiempo real. Incluso cada cierto tiempo medimos

las partículas suspendidas en el aire dentro del laboratorio. También se miden diaria-

mente los niveles de radón. Los filtros prensados se dejan decaer por 24 horas con

miras a evitar las interferencias de los nucleidos radiactivos relevantes para el tratado

con los de vida media muy corta. Para la toma de espectros, se utiliza un detector

Canberra de Germanio hiperpuro GC5020, con cristal cilíndrico de 65 mm de diáme-

tro, 67 mm de largo y 5 mm de distancia de la ventana, con una eficiencia a la salida

de fábrica del 56,1 % (relativa al NaI) y una resolución referente al pico estándar de 1

332 keV (Co-60) de 1,93 eV (en el laboratorio se tiene de 1,9 eV en promedio mensual,

y 1,0 eV al pico 122 keV del Co-57) medida para control de calidad diario (QC) con

una fuente patrón NPL (de trazabilidad 81020X). El multicanal es de 8 192 canales

(Canberra DSA- 1000) con una energía hasta de 2 800 keV.

El sistema es enfriado con un criostato eléctrico modelo Cryo-Pulse 5 de Canberra.

Para evitar interrupciones debido a apagones o variaciones en el sistema eléctrico

se tiene un UPS (true-on-line) acoplado a una planta eléctrica auxiliar. Para el control

del espectrómetro y sus accesorios y para el análisis de los espectros utilizamos el

programa Genie 2000 con una biblioteca y una sub-rutina de ajuste especiales del

CTBTO. Se usan filtros electrónicos para evitar el desmejoramiento de la resolución

debida a los efectos piezoeléctricos (vibraciones). El manejo de las muestras se hace

respetando el protocolo que evite la contaminación cruzada.

La geometría detector-porta muestra se garantiza con un soporte-molde de teflón

(al cual se le ha estudiado el fondo radiactivo) para que la muestra ocupe siempre la

misma posición sobre el detector. El sistema está blindado con un “shield” Canberra

modelo 747. Con ese sistema logramos excelentes MDC promedios, como se indica


64


en la tabla 1.

Tabla 1. MDC promedios.Nucleido MDC (μBq/m3)Ba-140 3,80Ce-143 5,13Cs-134 0,90Cs-136 1,04Cs-137 1,03I -131 1,19I -133 4,50Mo-99 12,75Nb-95 1,02Ru-103 0,95Te-132 1,31Zr-95 1,77Zr-97 6,60

Para tener un control externo sobre la calidad de las mediciones, se envían de ma-

nera regular muestras a uno de los 16 laboratorios externos de la red (IMS) que per-

mitan inter-comparar para realizar las correcciones. La inter- comparación con estos

laboratorios especializados y certificados permite a las estaciones hacer los correcti-

vos necesarios a mantener la calidad de las mediciones. Estos laboratorios tienen las

instalaciones en condiciones de laboratorios primarios. En la tabla 2 reportamos los

resultados de las inter-comparaciones hechas por PAP50, desde el año 2008, con los

laboratorios de la red (son 16) y que permiten tener un control de calidad con trazabili-

dad. En la tabla se reportan los laboratorios, la fecha, la identidad de la muestra y los

resultados de la medición de ambos con los porcentajes de diferencia entre ambos.

Esto conduce a los ajustes pertinentes sea en la estación sea en el laboratorio.

En la tabla las siglas significan lo siguiente: AR, Argentina, AU, Australia, CA, Ca-

nadá, FI, Finlandia, FR, Francia, IL, Israel, JP, Japón, GB, Gran Bretaña, US, Estados

Unidos. La letra que sigue L significa laboratorio y le sigue el número del laboratorio

65



asignado por el tratado CTBT. En el código 50 representa el número de la estación.

Los cuatro siguientes dígitos hacen referencia al año. Los cuatro dígitos posteriores

indican con los dos primeros el mes y los otros dos el día. Los dos siguientes la hora

y los dos últimos representan si la muestra es dividida en partes o no.

Tabla 2. Intercomparaciones de resultados de PAP50 y laboratorios internacionales certificados.

Laboratorio Fecha Identidad de la muestra

Nuestro resul-tado (Bq/m3)

Resultado del laborato-rio (Bq/m3)

%

Medición de Be-7CAL05 2008-02-26 50200802251111 4,767 1x10-3 4,846 0x10-3 1,6USL16 2008-04-27 50200804261111 6,605 210-3 6,075 0 x10-3 8,0FIL07 2008-07-30 50200807291211 1,761 0x10-3 1,723 7x10-3 2,2Muestra partida en dos partes para triangular y hacer ajustes en la calibraciónCAL05 2008-10-03 50200810021121 8,224 2x10-4 4,317 9x10-4 47ARL01 2008-10-03 50200810021122 8,224 2x10-4 6,223 9x10-4 24Se hicieron correccionesCAL05 2008-10-03 50200810021121 8,224 2x10-4 8,848 6x10-4 7,6ARL01 2008-10-03 50200810021122 8,224 2x10-4 7,173 3x10-4 12GBL15 2009-03-11 50200903101211 7,715 4x10-3 7,971 3x10-3 3,6CAL05 2009-06-04 50200906031111 2,947 6x10-3 2,884 7x10-3 3,2CAL05 2010-01-30 50201001291211 3,704 2x10-3 4,008 3x10-3 7,6CAL05 2010-04-15 50201004141111 2,305 5x10-3 2,418 9x10-3 4,7

JPL11 2010-06-21 50201006201111 5,095 8x10-4 4,699 1x10-4 8,4

FIL07 2010-10-04 50201010031111 5,003 2x10-4 5,255 3x10-4 4,8FRL08 2011-01-29 50201101281111 2,030 9x10-3 2,120 0x10-3 4,2USL16 2011-03-25 50201103241111 3,505 4x10-3 4,344 5x10-3 19USL16 2011-09-20 50201109191111 8,906 4x10-4 9,115 3x10-4 2,2AUL02 2012-01-14 50201201131111 2,278 5x10-3 2,657 0x10-3 14USL16 2012-03-27 50201203261111 3,493 3x10-3 3,916 8x10-3 11FIL07 2012-07-07 50201207061111 6,069 4x10-4 7,174 4x10-4 15CAL05 2012-10-15 50201210141111 1,479 0x10-3 1,477 9x10-3 7,4Se hicieron los ajustes con Monte CarloUSL16 2013-01-12 50201301111111 1,696 4x10-3 1,950 2x10-3 13AUL02 2013-03-23 50201303221111 3,720 9x10-3 3,717 6x10-3 0,9

ILL09 2013-07-31 50201306231111 5,132 0x10-4 5,229 5x10-4 1,9

AUL02 2013-09-25 50201308311111 6,135 5x10-4 6,132 3x10-4 0,05GBL15 2014-08-20 50201407171111 9,349 4x10-4 1,021 8x10-3 9,3FIL07 2014-08-23 50201408231111 2,298 6x10-3 2,196 9x10-3 1,14ILL09_002 2014-09-27 50201409271111 8,434 0x10-4 8,492 4x10-4 0,7Cada vez que hay una diferencia importante se hacen las correcciones en la calibración.


66


Tipos de datos enviados al CTBTO sobre radionucleidos, por las estaciones.

Espectros de las Muestras: espectros normales de las muestras, en bruto.

Espectros del Blanco: espectros con filtros blancos (sin partículas) en el detector.

Espectros del Background: espectros del background del detector sin filtro en el de-

tector.

Espectros de Calibración: espectros con mezcla de radionucleidos patrones de las

fuentes de calibración.

Espectros Preliminares: espectros de los filtros de aire con las muestras de cada

dos horas.

Espectros de QC: se llaman espectros de control de calidad de fuentes de chequeo

Fig.41. Transporte atmosférico de las partículas radiactivas.

67



relativamente intensas, tomados durante 15 minutos en el detector.

Datos sobre los estados de salud de la estación (SoH).

Datos Meteorológicos (MET).

Fig.42. Procesamiento de los datos obtenidos.


68


La revisión para la categorización se hace según los siguientes criterios (figura 43):

NIVEL 1: Fondo típico: muestra que contiene solamente radionucleidos naturales en

concentraciones normales.

NIVEL 2: Fondo Anómalo: muestra que contiene radionucleidos naturales, pero con

uno o más en concentraciones anormales o contiene un radionucleido de origen an-

tropogénico no relevante.

NIVEL 3: Antropogénico normal: muestra que contiene uno o más radionucleido de

origen antropogénico que se observan normalmente en la estación y en concentracio-

nes normales de la estación.

NIVEL 4: Antropogénico anómalo: muestra que contiene uno radionucleido relevante

de origen antropogénico no observado en la estación o en concentraciones anorma-

les a las observadas en la estación.

NIVEL 5: Antropogénico múltiple: muestra que contiene uno o más radionucleidos re-

levante de origen antropogénico en concentraciones anormales, incluyendo al menos

un producto de fisión.

Una vez transcurrido el tiempo para que el IDC procese los espectros, los NDC pue-

den ingresar al IDC, a través de la caja virtual, por el sitio seguro y con open spectra

(programa guiado e interactivo para revisar el análisis automático hecho por Autosaint)

se pasa a revisar el análisis de los espectros.

69



Fig.

43. N

ivel

es d

e ca

tego

rizac

ión.


70


En la figura 44 tenemos una parte del espectro que contiene (con nivel 4, P4, asignado

automáticamente), según el código de colores siguiente.

Espectro: amarillo.

Picos identificados: azules.

Picos sin comentarios o no identificados: blanco.

SCAC (single channel analyzer curve): rosado.

Línea de base: curva naranja.

Curva del límite crítico: roja.

Se verifica la calibración (en energía, eficiencia y resolución) a través de los picos de

referencia, en particular Be-7, K-40 y Anhilación-creación. La biblioteca digital indica

las energías que deben tener y si no es el caso se modifica el ajuste cambiando los

parámetros de calibración.

Fig.44. Procesamiento de los datos obtenidos.

71



El programa Autosaint calcula de manera automática la línea de base para eliminar

la mayoría del ruido de la detección (usando el algoritmo de cortadora de césped).

Calcula la “Single Channel Analizer Curve” (SCAC) por el ajuste de mínimo cuadrados

no lineal y la curva de “nivel crítico” (LC) para definir los criterios de aceptación de pi-

cos. Calcula la detectabilidad D para la aceptación de un pico. Hace una búsqueda

de picos para identificarlos, con la biblioteca y usa la suma de picos, así como los

picos que forman parte de una n-pleta durante la identificación.

Determinación del límite crítico LC y de la detectabilidad D.

Donde:

LC: límite critico, Lc

B: línea de base, BG.

K: nivel de riesgo asumido

R: Resolución (en canales), FWHM

Configuración estándar: nivel de riesgo 0,001% (k = 4,265). El analista puede selec-

cionar un nivel estándar de riesgo diferente:

0,000 1% (k=4,753)

0,001 % (k=4,265)

0,05 % (k=3,291)

1 % (k=2,326)

5 % (k=1,645)


72


La detectabilidad D refleja la importancia de pico para un nivel de riesgos predefini-

dos. Se deriva de los valores de SCAC, LC y la línea de base (B) dentro de un rango

de canales. Su uso es operacional como un criterio de decisión en los algoritmos

Autosaint, y ofrece las opciones:

(a) Detectabilidad < 1 (estructura SCAC debajo de LC): no es un pico significativo.

(b) Detectabilidad ≥ 1 (estructura SCAC superior a LC): el pico se confirma.

En la primera imagen (figura 45), tenemos picos fácilmente identificados y pusimos el

ajuste en blanco y la línea de base en amarillo, en la segunda y tercera imagen está el

ajuste de la línea de fondo o de base.

Fig.45. Picos identificables.

Fig.46. Ajuste de la línea de fondo o de base -1.

73



Para los picos pequeños o no identificados se hace una búsqueda manual con el

programa aplicando los criterios de detectabilidad.

Fig.47. Ajuste de la línea de fondo o de base -2.

Fig.48. Búsqueda manual de picos pequeños.

75



6. MANDATO DEL TRATADO

Establecimiento de los NDC

• Artículos sobre NDC y la autoridad nacional.

• Funciones de los NDC

• Establecimiento de una cuenta segura en el sitio WEB

- Nominación del PPOC de los NDC

- Formas para el registro

Artículo III. Parágrafo 4:

• Para cumplir con sus obligaciones con respecto al tratado, cada estado parte de-

signará una autoridad nacional e informará a la organización del tratado y tendrá

hasta la entrada en vigor para ello.

• La autoridad nacional servirá de punto focal para el enlace con la organización y

con los estados partes.

Artículo IV. Parágrafo 18:

• Cada estado parte cooperará con el centro internacional de datos a través de su

autoridad nacional.

Artículo IV. Parágrafo A3:

Cada Estado Parte se compromete, de conformidad con el presente Tratado, a

cooperar, por conducto de la Autoridad Nacional establecida de conformidad con el

párrafo 4 del artículo III, con la Organización y con los demás Estados Partes para

facilitar la verificación del cumplimiento del Tratado, entre otras cosas mediante:


76


a) El establecimiento de los medios necesarios para participar en esas medidas de

verificación y el establecimiento de los cauces de comunicación necesarios;

b) La comunicación de los datos obtenidos de las estaciones nacionales que formen

parte del Sistema Internacional de Vigilancia;

c) La participación, cuando corresponda, en el proceso de consultas y aclaraciones;

d) La autorización de inspecciones in situ; y

e) La participación, cuando corresponda, en medidas de fomento de la confianza.

Artículo IV, B-19c

c) Transmisión de datos (primarios o elaborados), del Sistema Internacional de Vigi-

lancia al Centro Internacional de Datos por el medio más directo y menos costoso dis-

ponible, incluso, en caso necesario, por conducto de los nódulos de comunicaciones

pertinentes, de las estaciones de vigilancia, de laboratorios e instalaciones de análisis

o de centros nacionales de datos; o esos datos (incluidas muestras, en su caso) a la-

boratorios e instalaciones de análisis desde instalaciones de vigilancia;

Protocolo Parte I

F Asistencia técnica

22. El Centro Internacional de Datos proporcionará asistencia técnica a los Estados

Partes que se la soliciten:

a) En la formulación de sus necesidades para la selección y examen de datos y pro-

ductos;

b) Instalando en el Centro Internacional de Datos, gratuitamente para el Estado Parte

solicitante si se trata de esfuerzos razonables, algoritmos de computadora o progra-

77



mas facilitados por ese Estado Parte para computar nuevos parámetros de la señal

y el fenómeno que no estén incluidos en el Manual de Operaciones para el Centro

Internacional de Datos, considerándose el resultado como producto del Estado Parte

solicitante; y

c) Prestando asistencia a los Estados Partes para desarrollar la capacidad de recibir,

elaborar y analizar datos.

Responsabilidades de los NDC

Asesorar a la Autoridad Nacional en:

- Verificación de la naturaleza de los hechos y el cumplimiento del Tratado

- Revisando proponiendo cambios técnicos en el sistema de verificación

- Proporcionando asesoramiento técnico a los representantes en el Consejo Ejecutivo

Además,

Utilizando los datos del IMS y los productos del IDC, según sea necesario para ayudar

a los esfuerzos de verificación.

Proporcionando los conocimientos científicos a los órganos subsidiarios técnicos

(Consejo Científico Asesor, los grupos de trabajo de expertos científicos)

Actuando como una interfaz con organizaciones científicas nacionales y las aplicacio-

nes civiles de las tecnologías de verificación

Garantizando la responsable y correcta utilización de los datos del IMS y los produc-

tos del IDC (política de confidencialidad)


78


Fig.

49. O

rgan

igra

ma

de la

Est

ació

n R

N50

.

79



Fig.50. Ejemplos de aplicaciones civiles y científicas de los pro-ductos de la Red Internacional de Vigilancia.

81



7. REFERENCIAS

1. CTBTO. (2002). Database Schema. IDC-5.1.1 Rev 5.

2. CTBTO. (2013). WEB-GRAPE 1.7 Software User Manual. IDC/WEB-GRAPE/SUM

11.

3. Schöppner, Michael. (2012). Analysis of the Global Radioxenon Background with

Atmospheric Transport Modelling for Nuclear Explosion Monitoring, Thesis. University

of Roma, the Department of Physic, ROME, ITALY.

4. WMO_TD778_Melbourne. (2010). USERS’ INTERPRETATION GUIDELINES AT-

MOSPHERIC TRANSPORT MODEL OUTPUTS, RSMC MELBOURNE

5. Canarina. (2001). DISPER 4. Aplicación informática para la simulación por ordena-

dor de la contaminación atmosférica. MANUAL DEL USUARIO.

6. Sánchez, Erica Y. (2012). FORMULACIÓN, IMPLEMENTACIÓN Y ACOPLAMIEN-

TO DE UN MODELO DE EXPOSICIÓN AGUDA A UNA NUBE TÓXICA CON MODE-

LOS DE PROPAGACIÓN DE CONTAMINANTES EN AIRE, PARA SU APLICACIÓN

EN EMERGENCIAS QUÍMICAS. Tesis. Universidad de la Plata, Argentina.

7. Factorovich, Pablo M. Jacovkis, Pablo M. y Canziani, Pablo O. (2006). NUEVOS

MODELOS LAGRANGEANOS PARA EL TRANSPORTE DE CONSTITUYENTES

EN LA ATMÓSFERA. Mecánica Computacional Vol XXV, pp. 2733-2743, Alberto Car-

dona, Norberto Nigro, Victorio Sonzogni, Mario Storti. (Eds.) Santa Fe, Argentina.


82


8. V. Tuomas, M. Mikael, “Testing of different types of flat filtering media for IMS radio-

nuclide stations,” Contract 02/1/20/025 Testing Services, STUK-Radiation and Nuclear

Safety Authority, 2000, Research and Environmental Surveillance, Airborne Radioac-

tivity, Finland.

9. http://rn50.org

10. http://www.canberra.com/search.asp?q=HGe

85



8. INDICE DE FIGURAS

Fig. 1 Formación de un espectro. 15Fig. 2 Ejemplo de histograma 1. 17Fig. 3 Ejemplo de histograma 2. 17Fig. 4 MCA en una PC. 19Fig. 5 Partes del espectrometro en la PC. 20Fig. 6 Descripción esquemática de lo que ocurre en un ADC. 21Fig. 7 Ejemplos de blindajes de detector. 23Fig. 8 Blindaje del detector de partículas de la Estación PAP50. 23Fig. 9 Efecto fotoeléctrico. 24Fig. 10 Dispersión Compton. 25Fig. 11 Distribución de la Energía de los rayos γ . 26Fig. 12 Producción de Pares . 27Fig. 13 Sección Eficaz diferencial Compton para distintas energías (usando un dia-

grama polar).28

Fig. 14 Sección Eficaz diferencial de interacción para el Si y el Ge. 29Fig. 15 Sistema de medición. 30Fig. 16 Espectro gama típico obtenido con el programa open spectra desarrollado

por el CTBTO.30

Fig. 17 Espectro de energía de las partículas en PAP 50. 31Fig. 18 Proceso de análisi de un espectro. 32Fig. 19 Tratamiento del fondo o background. 35Fig. 20 FWHM. 36Fig. 21 El valor FWHM = W. 38Fig. 22 Análisis de un pico complejo. 39Fig. 23 Dos picos interferiendo. 39Fig. 24 Identificación de picos. 42

Fig. 25 Controles de Calidad. 47

Fig. 26 Encabezado de un certificado de calibración. 47

Fig. 27 Eficiencia del conteo del detector de Ge en función de la energía del fotón. 49

Fig. 28 Tipos de detectores de Germanio hiperpuro. 50

Fig. 29 Forma esperada de la eficiencia en función de la energía (HPGe). 50

Fig. 30 Curva de eficiencia en la estación PAP50. 51

Fig. 31 Cambio de la curva de eficiencia con la geometría. 51

Fig. 32 Auto-absorción. 53

Fig. 33 Gráfica de la eficiencia observada. 55

Fig. 34 Absorción a diferentes alturas. 55

Fig. 35 Factor de correción. 56


86


Fig. 36 La efiiciencia. 57

Fig. 37 El fenómeno de coincidencia. 58

Fig. 38 Airsampler. 61

Fig. 39 Molde para la prensa. 62

Fig. 40 Porta Muestra 62

Fig. 41 Transporte atmosférico de las partículas radiactivas. 66

Fig. 42 Procesamiento de los datos obtenidos. 67

Fig. 43 Niveles de categorización. 69

Fig. 44 Procesamiento de los datos obtenidos. 70

Fig. 45 Picos identificables. 72

Fig. 46 Ajuste de la línea de fondo o de base -1. 72

Fig. 47 Ajuste de la línea de fondo o de base -2. 73

Fig. 48 Búsqueda manual de picos pequeños. 73

Fig. 49 Organigrama de la Estación RN50. 78

Fig. 50 Ejemplos de aplicaciones civiles y científicas de los productos de la Red In-ternacional de Vigilancia.

79

87



9. INDICE DE TABLAS

Tabla 1 MDC Promedios 64Tabla 2 Intercomparaciones de resultados de PAP50 y laboratorios internacionales

certificados.65

Monografía 2 ims

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