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Instituto Peruano de Energía Nuclear
CARACTERIZACIÓN DE UN SISTEMA DE ESPECTROMETRÍA GAMMA USANDO DETECTOR DE INa(TL)
Practicante: Andrés M. Gonzales GálvezAsesor: Dr. Agustin Zúñiga Gamarra
DIRECCION DE INSTALACIONESGRUPO DE CALCULO, ANÁLISIS Y SEGURIDAD – Andrés M. G onzales G.
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Contenido• Resumen• Objetivo• Introducción• Aspectos Teóricos
– Sistema Nuclear de Medición (SNM)– Características del SMN
• Aspectos Experimentales– Voltaje de trabajo– Calibración en energía
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– Calibración en energía– Resolución– Eficiencia en función de la energía– Medición de periodo de semidesintegración de radioisótopo– Medición de actividad de radioisótopo
• Resultados• Conclusiones• Referencias
Resumen
• En este trabajo se muestran los conceptos básicos que se debende conocer para un buen estudio de un Sistema Nuclear deMedición (SNM), así como sus partes y característicasprincipales, para buscar tener el mejor funcionamiento yeficiencia de la cadena, teniendo en cuenta algunasexperiencias básicas, como la medición del voltaje de trabajo,calibración en energía,eficiencia en función de la energía,resolucióny actividadabsolutadeun isótoporadiactivoenuna
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calibración en energía,eficiencia en función de la energía,resolucióny actividadabsolutadeun isótoporadiactivoenunaCadena Nuclear de Medición (CNM) del RP0, del InstitutoPeruano de Energía Nuclear (IPEN). Estableciendo lacorrespondencia en energía de las alturas de los pulsosgenerados por los rayos gamma provenientes de las fuentesradiactivas Cs-137 y Co-60 para la calibración y usando undetector de centelleo INa(Tl).
Objetivo
• Conocer las partes de un sistema nuclear demediciones.
• Conocer las características de un sistema nuclearde mediciones.
• Realizaralgunasmedicionesde aplicacióncon un
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• Realizaralgunasmedicionesde aplicacióncon unsistema nuclear de mediciones.
Diagrama de bloques del Sistema Nuclear de Mediación (SNM)
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Sistema Nuclear de Medición (SNM)
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Fuente
Fuentes de Cesio y Cobalto para la
calibración en energía
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FuenteCadena de Desintegración del Cs-137
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FuenteCadena de Desintegración del Co-60
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• PRINCIPIO :Radiación atraviesacentellador, excitaátomos→ emisión de luz. La luz setransmite porguías al PMT : fotones→ e- Se amplifica la señal que seanaliza en elsist. electrónico.
• INFORMACION:
Centellador de INa(Tl)
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• INFORMACION:
• Energíadepositada o total de la partícula
• Tiempo de llegada del fotoe- (<1ns)• Posición(área que abarca en el
centellador)
MATERIAL
Longitud de
onda de max.
Emisión λm (nm)
Constante de
decaimiento
µs
Indice de
refracción
para λm
Densidad
(gr/cm2)
Eficiencia
relativa al
NaI (TI)
NaI (TI) 410 0.23 1.85 3.67 100%
CsI (TI) 565 1 1.8 4.51 45%
LiI (Eu) 470 - 485 1.4 1.96 4.08 35%
Algunos Centelladores
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ZnS (Ag) 450 0.2 2036 4.09 130%
CaF2 (Eu) 435 0.9 1.44 3.19 50%
Bi4Ge3O12480 0.3 2.15 7.13 8%
• IODURO DE SODIO ACTIVADO CON TALIO – NaI (TI)• IODURO DE CESIO ACTIVADO CON TALIO - CsI (TI)• IODURO DE LITIO ACTIVADO CON EUROPIO – LiI (Eu) • SULFURO DE CINC ACTIVADO CON PLATA – ZnS (Ag)• FLUORURO DE CALCIO ACTIVADO CON EUROPIO – CaF (Eu)
•• Sistema ColectorSistema Colector•• Eficiencia de DetectoresEficiencia de Detectores
Centellador de INa(Tl)
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Eventos en la vecindad del detector - fuente -blindaje
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Fotomultiplicador
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PORTANIM
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Amp 2015
Osciloscopio
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Analizador Multicanal Serie 40
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Analizador Multicanal• Comandos:
– Modo PHA (analizador de altura de pulsos)
– Collect y Clear All (iniciar la medición y borrar todo)
– Ecal (para calibrar automáticamente)
– Expand (expandir región alrededor del cursor)
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– Preset (prefijar los tiempos)
– ROI (para definir la región de interes)
– Read Out (para transferir datos al computador)
– ADE IN (para ingreso de la salida del amplificador)
– Ext (utiliza la amplificación externa)
Espectros
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1500
2000
2500
3000
3500
4000
Cs 137
Con
tage
ns
Espectro γγ de 137Cs
−+→ βBaCs 13756
13755
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0 100 200 300 400 5000
500
1000
Canais
1000
1250
1500
1750
2000
2250
2500
Co 60
Con
tage
nsEspectro γγ de 60Co
−+→ βNiCo 6028
6027
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100 200 300 400 500 600 700 8000
250
500
750
1000
Con
tage
ns
Canais
Características de la cadena de INa(Tl)
� Voltaje de Trabajo� Calibración� Resolución� Eficiencia
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Voltaje de TrabajoVoltage Monocanal Multicanal
400 101 0
500 46 0
600 6881 17165
700 50619 21248
700 51120 21334
710 51353 21867
720 52305 21570
730 52797 21572
740 53629 21583
750 54192 20999
760 54575 21243
770 55153 21525
780 55537 21543
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Diapositiva 23
790 55865 21749
800 54210 21986
800 54515 21562
800 54387 21978
810 54616 22016
820 54488 21982
830 54209 21843
840 54193 21833
850 44105 21858
850 53894 21915
860 53054 21934
870 53282 21968
880 53155 21866
890 53320 22082
900 24911 21550
900 24956 21873
Calibración en Energía
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Calibración en energía
Canal Energía (keV)235 662416 1173474 1333
Calibración en Energía
Calibración en Energía
662
11731333
y = 2.8113x + 1.7725
R2 = 1
600
800
1000
1200
1400
1600
En
erg
ía
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662
0
200
400
600
0 100 200 300 400 500
Canales
En
erg
ía
E(keV) = 2.811 x (canal) + 1.772
Espectro del Cs-137 y Co-60
Espectro Cs_137 y Co_60
4000
5000
6000
7000
8000
Cue
ntas
Canal Energía (keV)235 662416 1173474 1333
Calibración en Energía
Calibración en Energía
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0
1000
2000
3000
0 200 400 600 800 1000 1200
Canales
Cue
ntas
Calibración en EnergíaFeunte CanalCs-137 235Co-60 416Co-60 474
Espectro del Cs-137 y Co-60 en función de la Energía
Espectro _ Energía Vs Cuentas
5000
6000
7000
8000
Cue
ntas
Canal Energía (keV)235 662416 1173474 1333
Calibración en Energía
Calibración en Energía
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0
1000
2000
3000
4000
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Energía (keV)
Cue
ntasCalibración en Energía
Feunte Energía (keV)Cs-137 662Co-60 1173Co-60 1333
E(keV) = 2.811 x (canal) + 1.772
Espectro del Cs-137, INa
Fondo
ÁreaÁrea = Int. - Fondo
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Energía Area TL Int C(i) C(d) Ch(i) Ch(d)
Cs-137 662.428 140477 600 158020 402 260 208 260
Co-60 1171.2733 15784 600 23944 142 113 384 447
Co-60 1334.3287 14067 600 18755 113 28 447 512.5
Fondo
Espectro Gamma del Co-60, INa
Fondo
Fondo
ÁreaÁrea
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Energía Area TL Int C(i) C(d) Ch(i) Ch(d)
Cs-137 662.428 140477 600 158020 402 260 208 260
Co-60 1171.2733 15784 600 23944 142 113 384 447
Co-60 1334.3287 14067 600 18755 113 28 447 512.5
Fondo
Áreas Netas
%32.0/140477137 ±=− scuentasACs
%17.2/1578460 ±=− scuentasACo
%44.2/1406760 ±=− scuentasACo
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Resolución
Ancho de picoa la altura
mitad
# de canal en el centroide del
pico
RESOLUCIÓÓÓÓN (%)
Cs-137 18 235 7.66
Co60 25 416 6.01
Co60 27 476 5.67
Es una medida de su habilidad para resolver (identi ficar) dos fotopicos cercanos.
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Donde:
R : Resolución en %δE: Ancho de pico a la altura
mitad del máximo nivel decontaje, medido en #canales.
E : # canal en la centroide delpico.
Eficiencia• Coeficiente que relaciona las actividades de una muestra (Am)
y el estándar (As):
fAA
S
m
.=ε LTArea
mA =
tS eAA λ−= 0
137Cs
60Co
T1/2 (años) 30.17 5.27
E(keV) 661,661 1173.237
1332.501
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S 0
Donde:• Área: área bajo el fotopico• TL: tiempo vivo• Ao: actividad del estándar• t : tiempo hasta hoy• λ: constante de decaimiento• f: intensidad relativa (fracción de decaimiento)
1332.501
Iγ 0.85 0.99
EficienciaEnergía Eficiencia
Cs-137 661.6 0.0103 ± δ=0.32%Co-60 1173.2 0.0045 ± δ=2.17%Co-60 1332.5 0.0040 ± δ=2.44%
Cálculos
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Cálculos
Espectro del In-116
Potencia 5WTiempo 90 min
Irradiación
Inicio Irradiacion: 9:58:00
Características de la irradiación y trabajo
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Fin Irradiacion: 11:28:00
Medicion:
Inicio Medicion: 12:10:00
Fin Medicion: 15:56:00
Fotopico del Indio
Fondo
Área
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Area Int Ci Chi Cd Chd TL
13035 15983 51 435 37 501 200
Fondo
Irradiación del IndioIsótopo Radiactivo – In-116
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Eficiencia del Indio
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Donde:
a = 80.349
b = -1.38068
Cálculo de a y b
Energía Eficiencia
In-116 1293.4 0.00406± δ=0.00060%
Periodo de Semidesintegración delIn-116
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Cálculos
Siendo: = 0.844
t = 2h 35min = 155min = 9300sT1/2 = 58.2511min
Actividad del Indio
)107.3)()(( 4xIEficienciaT
ÁreaNetaCi
L γµ =
)696.0
(
02/1.)( T
t
eCittCi−
== µµ
γI
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Diapositiva 39
BqCiAIn 65.190130.5139116 ==− µ
BqttAIn 65.3007Ci0.0757)( 0116 ===− µ
Actividad después de la Irradiación:
Actividad finalizando las mediciones:
CONCLUSIONES• Para caracterizar un sistema de espectrometría gamma usando detector de
NaI(Tl) se debe de tener bien claro cuales son las partes de una cadena nuclearde medición (CNM), así como también las condiciones para unfuncionamiento óptimo.
• Para que el SNMfuncione de manera óptima, se debe conocer bien suscaracterísticas: Voltaje de trabajo, calibración de energía, eficiencia yresolución.
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Diapositiva 40
• El valor del voltaje de trabajo esta en el rango de 750V hasta850V, ya que lacurva se estabiliza teniendo datos muy parejos y no tomamos los valoresextremos, porque hay menos probabilidad de estabilidad.
• El número de cuentas que se registra no depende del voltaje,si es que este seencuentra en el rango del voltaje de trabajo, pero si el voltaje escapa de esterango, si depende.
• Gracias al gráfico de la eficiencia en función de la energíaque se calculó,se puede hallar fácilmente cualquier otra eficiencia para otro elementoradiactivo.
• Conforme aumenta la energía del isótopo radiactivo, la resolución tambiénaumenta en valor, por lo tanto empeora. Mientras menor sea laresolución,sepodrátenerun resultadomásdetallado.
CONCLUSIONES
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Diapositiva 41
sepodrátenerun resultadomásdetallado.
• El detector NaI(Tl) es muy eficiente en estos tipos de estudio, teniendo unaresolución de aproximadamente de 50 keV, no necesita refrigeración connitrógeno líquido como los detectores de Ge(HP)Germanio Hiperpuro,aunque la resolución de estos detectores es mucho mejor deaproximadamente de 1 a 2 keV. Por lo tanto no genera muchos gastos en lacompra de nitrógeno líquido. Y hace al NaI un detector muy eficiente paraestos estudios.
Referencias
• [1] TRAVESI, Análisis por Activación Neutrónica.
• [2] ORTEC, Camberra. Manuales de Venta y Mantenimiento decada Tipo xe Módulo.
• [3] LEDERER M. Table of the Isotopes, 6th ed., Wiley. N.Y.(1967)
• [4] SEELMANN W. Tabla de Núclidos, Karlsruhe (1974)
• [5] OIEAEDERERM. Tableof theIsotopes,6th ed., Wiley. N.Y.
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Diapositiva 42
• [5] OIEAEDERERM. Tableof theIsotopes,6th ed., Wiley. N.Y.(1967)
• [6] http://mirador nuclearperu.blogspot.com
• [7] http://www.fisicarecreativa.com/datos/datos/fuentes_rsd.pdf