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ES2550402B1 - Dispositivo de medida de actividad y de segregación de tierras contaminadas por 241Am - Google Patents

Dispositivo de medida de actividad y de segregación de tierras contaminadas por 241Am Download PDF

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ES2550402B1
ES2550402B1 ES201530582A ES201530582A ES2550402B1 ES 2550402 B1 ES2550402 B1 ES 2550402B1 ES 201530582 A ES201530582 A ES 201530582A ES 201530582 A ES201530582 A ES 201530582A ES 2550402 B1 ES2550402 B1 ES 2550402B1
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container
earth
contaminated
detectors
rotating element
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ES201530582A
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ES2550402A1 (es
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Carlos SANCHO LLERANDI
David BURGOS GARCÍA
Enrique CORREA GARCÉS
José Carlos SÁEZ VERGARA
José Alberto ABARRATEGUI RODRÍGUEZ
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Tecnologias Asociadas Tecnasa Sl
Tecnologias Asociadas Tecnasa S L
Centro de Investigaciones Energeticas Medioambientales y Tecnologicas CIEMAT
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Tecnologias Asociadas Tecnasa Sl
Tecnologias Asociadas Tecnasa S L
Centro de Investigaciones Energeticas Medioambientales y Tecnologicas CIEMAT
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor

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Abstract

Dispositivo de medida de actividad y de segregación de tierras contaminadas por {IMAGEN-01}, que comprende:#- una estructura de soporte (17);#- un elemento giratorio (12) que bascula alrededor de la estructura de soporte en una posición de llenado (4), una posición de medida (5) y una posición de descarga de material contaminado (6);#- un recipiente de tierras (3) con las tierras a analizar, solidario al elemento giratorio (12);#- cuatro detectores de centelleo (9) de Nal (TI) tipo FIDLER enfrentados dos a dos, encargados de determinar si las tierras contenidas en el recipiente (3) están contaminadas por {IMAGEN-01}.#En la posición de medida (5) el recipiente de tierras (3) queda ubicado en el espacio comprendido entre los cuatro detectores de centelleo (9) enfrentados, realizándose la medida simultánea del recipiente de tierras (3), con los detectores de centelleo (9) que estén activados.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de medida de actividad y de segregación de tierras contaminadas por 241Am.
Campo de la invención 5
La presente invención se engloba dentro del campo de los sistemas de tratamiento de suelos contaminados con 241Am y en particular está dirigida a la medición de la radiactividad y la segregación de las tierras contaminadas.
10
Antecedentes de la invención
Los suelos contaminados con transuránicos constituyen un serio problema medioambiental. Se han evaluado tecnologías convencionales con potencial para reducir riesgo, coste y volumen de terrenos radiológicamente contaminados, tales como lavado, flotación, 15 biorremediación, separación magnética, separación por gravedad y vitrificación. Estas técnicas a menudo resultan caras, siendo difícil obtener volúmenes de reducción por encima del 70%.
En las últimas dos décadas, se ha venido utilizando un tecnología novedosa para la 20 remediación de terrenos contaminados, basada en la clasificación de suelos por su concentración de actividad. Esta tecnología conocida como Segmented Gate System (SGS), mide la radiactividad del suelo cuando está siendo transportado por una cinta mecanizada. Básicamente, el sistema SGS consta de una cinta transportadora, y una matriz de detectores de centelleo de yoduro de sodio activado con talio, NaI (Tl). El sistema utiliza 25 agua para la supresión del polvo generado durante el proceso de segregación de tierras. La tierra contaminada se carga sobre la cinta transportadora, formando una fina capa no superior a 5,08 cm, que pasa bajo los detectores. Cuando éstos detectan material radiactivo, la tierra es desviada hacia una pila donde se deposita la tierra contaminada; el resto del suelo se dirige hacia una pila de suelo “limpio”. Este sistema permite tratar del orden de 26 30 m3h-1 de suelo, con una densidad de 1,2 gcm-3.
El sistema SGS ha sido utilizado en diversas localizaciones, según se describe en las referencias bibliográficas [1-5]. Frente a los sistemas referidos a las tecnologías convencionales, el sistema SGS no utiliza productos químicos y la generación de residuos 35 secundarios (agua de los lavados y equipos de protección individual) es mínima. Sin embargo, una de las exigencias del SGS es que la tierra tiene que estar homogéneamente distribuida en una fina capa sobre la cinta transportadora; de esta forma se alcanzan límites de detección del orden de 0,37 Bqg-1 de suelo.
40
En la patente US5,573,738 se describe un método para su uso en la descontaminación de materiales tales como suelos, lodos, sedimentos, desechos de polvo de patio y similares, que estén contaminados con materiales radiactivos como el 226Ra, 238U, o del 238Th. El material es verificado directamente con un escáner, por ejemplo un detector de yoduro de sodio. La medida se realiza sobre una cinta transportadora, donde el material es extendido 45 con un grosor uniforme, preferiblemente no superior a 6´´ (15,24 cm). Los detectores usados preferiblemente son sondas de baja energía de radiación que operan en un rango de energía alrededor de 13 a 24 keV. Posteriormente se lleva a cabo la eliminación del uranio mediante un proceso de lixiviación en dos etapas.
50
En la patente US5,045,240 se describe un sistema complejo que realiza el tratamiento de grandes volúmenes de material, por ejemplo 9 Th-1. Hace un cribado inicial del residuo
radiactivo (suelos) e identifica el rango de tamaño de partícula de la fracción del material severamente contaminado, procesando dicha fracción. Esta fracción es sometida a un tratamiento para eliminar los compuestos solubles (radio, uranio, torio radiactivos y otras especies radiactivas), mediante su paso a través de un lecho fluidificado, que contiene una solución de lixiviado. La detección se hace con un escáner de radiactividad, por ejemplo 5 detectores de yoduro de sodio, dispuesto sobre la muestra a medir, que a su vez se coloca sobre una cinta transportadora.
La presente invención aporta notables mejoras sobre el sistema SGS y otros sistemas descritos anteriormente. En numerosas ocasiones, especialmente cuando las emisiones del 10 material contaminado que se inspecciona son de baja energía, la disposición geométrica del material es esencial. Defectos en la disposición de éste, como por ejemplo irregularidades en el espesor de la capa que se sitúa sobre la cinta transportadora puede dar lugar a mediciones erróneas. La presente invención trabaja con una geometría del material muy bien definida, que evita que tengan lugar este tipo de errores. 15
Otro aspecto que resulta de especial importancia en los sistemas descritos anteriormente es que la segregación del material no se efectúa simultáneamente a su medida, sino que entre ambas transcurre un cierto tiempo. Eso obliga al sistema a tener una perfecta coordinación temporal entre la realización de la medida de actividad y los mecanismos de separación del 20 material. Si por cualquier motivo se pierde esta coordinación, se corre el riesgo de mezclar las corrientes de materiales contaminados y no contaminados.
La presente invención evita este tipo de situaciones, al disponer el material en muestras discretas sobre las que se efectúan las determinaciones de actividad. De este modo, cada 25 una de las muestras se mide, manteniéndose separada del resto del material, y se direcciona a la corriente de material contaminado o no contaminado, según corresponda.
Otro aspecto importante de la presente invención es la selección de detectores FIDLER Field Instrument for Detection of Low Energy Radiation y su disposición alrededor de las 30 muestras discretas que se inspeccionan, que confieren al sistema de una capacidad de medida extremadamente sensible en tiempos relativamente cortos.
Referencias bibliográficas
35
[1] C. A. Judd (1997). Maywood Chemical Company Superfund Site. Administrative record (1997). Document Number MISS- 106. 02/27/97.

http://www.fusrapmaywood.com/Docs/MISS-106.pdf.
[2] L. S. Hoeffner, J. D. Navratil, G. Torrao (2000). Evaluation of Remediation 40 Technologies for Plutonium Contaminated Soil. WM’02 Conference, February Tucson, AZ (US) 24-28/2002.
http://www.wmsym.org/archives/2002/Proceedings/12/435.pdf
[3] R. P. Wells (1999). Treatability Study (ts) Work Plan for Segmented Gate System 45 Technology Deployment. Document Number
INEEL/EXT-98-01097
.
http://ar.inel.gov/owa/getimage_2?F_PAGE=1&F_DOC=INEEL/EXT-98-01097&F_REV=00.
[4] R. Patteson (2000). The Accelerated Site Technology Deployment Program/Segmented Gate System Project. In Spectrum 2000 Conference; Chattanooga TN 50 (US) 09/24/2000-09/28/2000.

http://www.osti.gov/scitech/servlets/purl/763108.
[5] R.W. Doane
,
R.H. Grant
(1994). Johnston Atoll Plutonium Contaminated Soil Cleanup Project. 5th quarterly report, 1 August 94 to 31 October 1994. Technical report, 1 August to 31 October 1994.
5
[6] Manual Genie 2000, Spectroscopy System- Operations. Canberra Industries, Meriden, CT. United States of America.
[7] P. Arce, J.I. Lagares, L. Harkness, D. Pérez-Astudillo, M. Cañadas, P. Rato, M. de Prado, Y. Abreu, G. de Lorenzo, M. Kolstein, A. Díaz. Gamos: “A framework to do Geant4 10 simulations in different physics fields with an user-friendly interface”. Nuc. Instr. Meth. A, Vol. 735, 21 January 2014, Pages 304–313)
Descripción de la invención
15
La invención se refiere a un dispositivo de uso semi-industrial para la medida de actividad y segregación de suelos contaminados por transuránicos, y en particular por 241Am. El dispositivo dispone la tierra en muestras discretas, de geometría cilíndrica y de un volumen aproximado de 9,4 l. Sobre estas muestras discretas se efectúa la determinación de actividad (o alternativamente concentración másica de actividad) y en función de este 20 resultado, un sistema automatizado lleva a cabo la segregación del material.
La determinación de la actividad sobre las muestras discretas se lleva a cabo con un sistema de cuatro detectores de centelleo de NaI (Tl) tipo FIDLER enfrentados dos a dos. Estos detectores FIDLER son equipos específicos para la medida en campo, diseñados para 25 la detección de radiación de baja energía. En particular son especialmente adecuados para detectar la emisión gamma de 59,54 keV del 241Am presente en las tierras contaminadas.
El dispositivo de medida de actividad y de segregación de tierras contaminadas por 241Am objeto de la presente invención comprende: 30
- una estructura de soporte;
- un elemento giratorio que bascula en diferentes posiciones alrededor de la estructura de soporte,
- un recipiente de tierras en el que se depositan las tierras a analizar, donde dicho recipiente está integrado en el elemento giratorio y dispone de una base móvil; 35
- cuatro detectores de centelleo de NaI (Tl) tipo FIDLER enfrentados dos a dos a una distancia entre sí que permite el paso del recipiente de tierras, y configurados para determinar, mediante la detección de radiación de baja energía, si las tierras contenidas en el recipiente están o no contaminadas por 241Am;
40
Las posiciones del elemento giratorio incluyen:
- Una posición de llenado en la que un operario realiza la carga manual de tierras en el recipiente de tierras.
45
- Una posición de medida en la que el recipiente de tierras queda ubicado en el espacio comprendido entre los cuatro detectores de centelleo enfrentados (preferentemente a una distancia de 2 cm de los detectores), y en la que se realiza la medida simultánea del recipiente de tierras, con los detectores de centelleo que estén activados.
50
- Dos posiciones de descarga diferentes, una para la descarga de material no contaminado y otra para la descarga de material contaminado, en las que las tierras del
recipiente de tierras se descargan, mediante la apertura de su base, respectivamente a un contenedor de descarga de material no contaminado o a un contenedor de descarga de material contaminado.
En una realización preferida el dispositivo también comprende un cuadro de mandos 5 encargado de gobernar el movimiento del elemento giratorio mediante un autómata.
El recipiente de tierras es preferentemente cilíndrico y fabricado en metacrilato.
En una realización preferente la estructura de soporte comprende una base central unida 10 mediante brazos de soporte a una estructura circular.
El dispositivo puede comprender también una tolva solidaria al elemento giratorio y a través de la cual se alimenta al recipiente de tierras con muestras discretas de tierras.
15
El dispositivo comprende preferentemente una electrónica digital asociada a los detectores de centelleo para el conteo de pulsos, y un ordenador conectado a dicha electrónica digital, encargado del control y operación de los detectores de centelleo.
En una realización preferida los detectores de centelleo están preferentemente configurados 20 para realizar la medición con diferentes niveles de llenado del recipiente de tierras (preferentemente 100%, 75%, 50% o 25%).
El dispositivo puede utilizar una modelización del sistema de medida del dispositivo para el cálculo de valores de eficiencia, correspondientes a diferentes densidades de tierras y para 25 diferentes niveles de llenado del recipiente.
En una realización preferida la posición de descarga de material no contaminado corresponde a la posición de llenado y la posición de descarga de material contaminado corresponde a una posición diferente de la posición de llenado y de la posición de medida. 30 La posición de llenado, la posición de medida y la posición de descarga de material contaminado corresponden preferentemente a posiciones de giro de 0º, 90º y 180º, respectivamente, del elemento giratorio.
La gran superficie del volumen activo (cristal de centelleo cilíndrico de 127 mm de diámetro) 35 hace que estos detectores sean capaces de inspeccionar grandes superficies en tiempos relativamente cortos. Su pequeño espesor de 2 mm hace que la influencia en la medida de otros radionucleidos emisores gamma de mayor energía, sea mínima. Además, estos detectores están protegidos por una tapa de material plástico DELRIN, que los dota mecánicamente de la robustez necesaria para su uso en condiciones desfavorables. Esta 40 tapa prácticamente no interfiere con los fotones de 59,54 keV.
Los detectores están asociados a sistemas electrónicos digitales, controlados desde un ordenador. Los espectros registrados por cada uno de los cuatro detectores son enviados a un programa donde se procesan y se obtienen los resultados necesarios para poner en 45 funcionamiento los mecanismos de segregación del material.
El dispositivo supone un desarrollo integral de una máquina específica para la medida de actividad y segregación de tierras contaminadas con 241Am. Se basa en la disposición de la tierra a evaluar en muestras discretas, en una geometría y volumen optimizado, y con gran 50 capacidad de medida de actividad sobre estas muestras, al usar cuatro detectores FIDLER enfrentados. El sistema puede discriminar suelos contaminados con concentraciones
másicas de actividad inferiores a 1 Bqg-1 de 241Am, con tiempos de medida de 15 s y en volúmenes normalizados de 9,4 l.
Breve descripción de los dibujos
5
A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.
Las Figuras 1A, 1B y 1C muestran una vista en perspectiva, planta y alzado, 10 respectivamente, de una realización particular del dispositivo para la medida tierras con detectores FIDLER.
Las Figuras 2A, 2B y 2C muestran las posiciones operativas previstas en el dispositivo: posición de carga manual y de descarga del material no contaminado (Figura 2A), posición 15 de medida del recipiente de tierras (Figura 2B) y posición de descarga del material contaminado (Figura 2C).
La Figura 3 muestra en detalle la posición de medida con cuatro detectores FIDLER alrededor del recipiente de tierras. 20
La Figura 4 representa en detalle la descarga del recipiente de tierras sobre un contenedor de descarga.
La Figura 5 muestra una vista lateral del dispositivo donde se aprecia el frontal del cuadro de 25 mandos.
La Figura 6 muestra la pantalla de inicio y entrada de parámetros de medida del programa informático que controla el dispositivo.
30
La Figura 7 muestra una lista con los valores de eficiencia para diferentes densidades de las tierras considerado.
La Figura 8 muestra los botones de conexión de los detectores.
35
La Figura 9 muestra un ejemplo de resultado de las medidas realizadas por los cuatro detectores FIDLER.
La Figura 10 muestra los espectros obtenidos por los detectores FIDLER.
40
La Figura 11 muestra la modelización de los componentes básicos de los detectores utilizados.
La Figura 12 muestra la modelización de los cuatro detectores FIDLER dispuestos en el dispositivo. 45
Descripción detallada de la invención
En una realización preferida mostrada en las Figuras 1A, 1B y 1C (vista en perspectiva, planta y alzado, respectivamente), el dispositivo de la presente invención comprende una 50 estructura de soporte que integra y/o sustenta diversos sistemas electromecánicos del dispositivo, formada en una realización preferente por una base central 17 con diámetros de
67 y 90 cm en la parte superior e inferior respectivamente, unida mediante brazos de soporte 18 a una estructura circular 19 con un diámetro exterior de 222 cm e interior de 211,5 cm. Comprende también un dispositivo giratorio 12 soportado por la base central 17 y que bascula alrededor de la estructura de soporte en tres diferentes posiciones. La estructura de soporte (17, 18) y la estructura circular 19 están fabricados en acero 5 electrosoldado y mecanizado, siendo desmontables y autoportantes. La estructura de soporte está anclada en suelo de hormigón mediante pernos o tornillos, habituales en la fijación de pequeñas estructuras. En la estructura de soporte se emplean materiales y acabados que facilitan su limpieza y eventual descontaminación radiactiva.
10
En el elemento giratorio 12 se dispone solidariamente un recipiente de tierras 3. A través de una tolva 2 superior, también solidaria al elemento giratorio 12, se alimenta con las tierras al dispositivo, asegurando su fluencia hacia el recipiente de tierras 3, que es de forma cilíndrica (20 cm de diámetro, 30 cm de altura y aproximadamente 9,4 l de capacidad). El material del recipiente de tierras 3 es de metacrilato extrusionado de 3 mm de espesor, con una 15 resistencia mecánica suficiente y disponible en el mercado lo que facilita la reposición del recipiente en caso de rotura.
El elemento giratorio 12 se mueve en el plano horizontal en un campo de ±100° mediante accionamiento de giro servocontrolado. Se prevén tres posiciones del elemento giratorio 12 20 para su operación:
- Una posición de llenado 4 (posición 0°), en la que un operario 13 realiza la carga manual de tierras y donde también se lleva a cabo la descarga del material no contaminado a un contenedor 8 de descarga de material no contaminado. 25
- Una posición de medida 5 (posición 90°), en la que se realiza la medida simultánea del recipiente de tierras 3 con cuatro detectores FIDLER.
- Una posición de descarga de material contaminado 6 (posición 180°), en la 30 que se descargan las tierras del material contaminado a un contenedor 8’ de descarga de material contaminado.
El dispositivo dispone también de un cuadro de mandos 7, ubicado en la posición de 270º, que actúa siempre a dos manos por motivos de seguridad. El cuadro de mandos 7 gobierna 35 el movimiento del elemento giratorio 12 mediante un autómata con pantalla y cuyo lenguaje de programación permite su integración en ordenadores personales, en particular el entorno Genie 2K de Canberra [6], que se utiliza para la configuración y adquisición de datos de los equipos FIDLER.
40
En función de los resultados de la medición (material contaminado o no contaminado), el recipiente de tierras 3 se moverá según corresponda a la posición de llenado 4 o a la posición de descarga de material contaminado 6 (posiciones 0° o 180°), donde el contenido se descargará respectivamente en el contenedor 8 de descarga de material no contaminado o en el contenedor 8’ de descarga de material contaminado (implementados por ejemplo en 45 bidones de 50 l de capacidad), evitando la producción de polvo durante esta operación.
Las Figuras 2A, 2B y 2C muestran las distintas posiciones (4, 5, 6) operativas del elemento giratorio 12 previstas en el dispositivo.
50
En la posición de llenado 4 (Figura 2A) se efectúa la carga de las tierras manualmente por parte de un operario 13 a través de la pequeña tolva 2, situada a una altura aproximada de
1,25 m con respecto al suelo. Con objeto de reducir la emisión de polvo, durante la carga de las tierras se dispone de las protecciones suficientes (la parte superior de la tolva 2 se cubre con plástico o loneta adecuada) y se habilita un sistema de extracción dirigido a la tolva 2. Las tierras entran por gravedad en el recipiente de tierras 3.
5
En la posición de medida 5 (Figura 2B) se efectúa la medida. La Figura 3 muestra en detalle esta situación con el elemento giratorio 12 ubicado en la posición de medida 5. En esta posición de medida hay hasta cuatro detectores FIDLER 9 localizados alrededor del recipiente de tierras 3, a una distancia de aproximadamente unos 2 cm. El dispositivo dispone de soportes regulables en altura 15 que permiten posicionar los detectores FIDLER 10 9 alrededor del recipiente de tierras 3, los cuales se operarán con electrónicas digitales 11 conectadas a una unidad de control (por ejemplo un ordenador personal) vía USB y/o Ethernet, y que también se conectarán con el autómata de control del elemento giratorio 12.
En función de las medidas registradas sobre el contender de tierras 3, un ordenador 15 personal envía una señal a la electrónica del elemento giratorio 12 que gira a la posición de llenado 4 o a la posición de descarga de material contaminado 6 (Figura 2C) según haya sido del resultado de la medida. A continuación, el recipiente de tierras 3 se vacía mediante la apertura de su base sobre el correspondiente contenedor de descarga (8, 8’). El dispositivo contempla las estructuras y extracciones precisas para evitar la dispersión de 20 polvo. La Figura 4 representa en detalle, para la situación mostrada en la Figura 2C, la descarga del recipiente de tierras 3 sobre el contenedor de descarga 8’ de material contaminado.
La Figura 5 muestra una vista lateral del dispositivo donde se aprecia el frontal del cuadro 25 de mandos 7.
A continuación se detalla el proceso de medida en el dispositivo. En primer lugar, un operario 13 abre un depósito con tierras a analizar y vierte su contenido al recipiente de tierras 3, procurando que no se produzca polvo y que no se vierta más muestra que la 30 prevista indicada por unos niveles máximos marcados en la geometría estándar. Los restos del depósito se arrastran manualmente con ayuda de cepillos o brochas. Finalizada la carga del recipiente de tierras 3, se coloca una tapa en dicho recipiente 3 para cerrarlo de modo estanco y evitar la dispersión del material.
35
El proceso de medida se efectúa con un programa informático desarrollado a tal efecto que controla el autómata del dispositivo según el siguiente orden:
1º Primero se introducen los datos de identificación de la muestra. El programa dará señal visual y acústica para el inicio la medida. 40
2º Seguidamente y por motivos de seguridad, es necesario actuar con ambas manos sobre el armario de control 7, con lo que el recipiente se mueve a la posición de medida 5.
45
3º Se efectúa la medida bajo la configuración seleccionada. El recipiente se moverá automáticamente a la posición de llenado 4 para descargar las tierras no contaminadas o a la posición de descarga de material contaminado 6 para descargar las tierras contaminadas, en función de los resultados obtenidos en la medida.
50
En una realización particular se emplea el detector FIDLER PROBE 127 BRA2/5M-Q-X, el cual permite la detección de radiaciones de baja energía, en particular los fotones de 59.54 keV emitidos por el 241Am presente en las tierras contaminadas.
Las características del cristal de centelleo de yoduro de sodio activado con talio, NaI (Tl), 5 son: diámetro 127 mm y espesor 2 mm. El cristal de NaI (Tl) está acoplado a un tubo fotomultiplicador de 130 mm de diámetro a través de una guía de cuarzo de 51 mm de grosor.
- Ventana de entrada: Aluminio de 0,0025 mm > 10 keV, con protección extra de 20 µm de Kaptón. 10
- Cobertura de material plástico DELRIN (3 mm de espesor).
Cada uno de los detectores FIDLER 9 tiene asociada una electrónica digital 11 para el conteo de pulsos con las siguientes características:
15
- Analizador multicanal para detectores de centelleo con conexión a ordenador vía USB y Ethernet.
- Convertidor analógico/digital de 60 MHz con ganancia de 2048 canales.
- Modos de operación PHA, MCS, SCA y MSS.
- Fuente de alta tensión de 1300 V con 1 mA de corriente máxima y rampa de subida de 20 100 V/s.
- Memoria de 8912 canales.
- Compatible con programa Genie 2000 v 3.2 de Camberra Industries.
Para el control y operación de los detectores se emplea un ordenador personal estanco y 25 externo al armario de control 7, con discos Flash (sin motores) de 60 GB, memoria RAM de 2 GB y pantalla externa, teclado y ratón.
El proceso de caracterización se completa en aproximadamente 15 s. La alimentación eléctrica es monofásica 220 V CA, con una potencia de 1,5 kW, requiriéndose el diferencial 30 específico adecuado para los motores.
En la Figura 6 se muestra la pantalla de inicio del programa informático que gobierna el dispositivo. Como se puede observar está dividido en diferentes zonas:
35
 Selección de detectores FIDLER 9 activos: Sólo se adquieren datos con los detectores marcados, estos controles están previstos para continuar la operación en el caso de avería de alguno de los detectores.
 Estado de los detectores: Muestra las condiciones de trabajo de los detectores activados y el estado del analizador, indicando los posibles errores. 40
 Botonera. Está formada por tres botones:
o Conexión: Abre los detectores y los asocia al sistema de medida.
o Medida: Inicia el proceso de medida del equipo.
o Desconexión: Libera los detectores para que puedan ser empleados por otro usuario o programa. 45
 Indicadores de estado de la mecánica: Estos indicadores muestran la situación en que se encuentran los elementos móviles de la máquina.
 Identificación: Datos de la muestra leídos desde el autómata.
 Resultados: Hay dos tipos de resultados:
o En el cuadro superior se representan los valores de la integral del pico 50 medido frente a la del fondo aplicado.
o En el cuadro inferior se escriben los valores correspondientes a la actividad, incertidumbre y límite de detección de 241Am, calculado para cada uno de los detectores activados.
 Espectros: representación de los diferentes espectros obtenidos de los detectores activos. 5
La Figura 7 muestra una lista con los valores de eficiencia para diferentes densidades de las tierras considerado. Los valores de eficiencia se almacenan en una base de datos, en una tabla. En esta tabla se define el detector FIDLER 9 al que aplica la geometría, la descripción de la misma y el valor correspondiente de eficiencia para la energía de 10 59,54 KeV, correspondiente al 241Am. La selección de la geometría se realiza en la pantalla de inicio del programa mediante un desplegable que muestra el nombre de la geometría. El nombre debe coincidir en los cuatro detectores FIDLER 9 ya que se seleccionan en bloque.
Para medir es necesario indicar los detectores FIDLER 9 que están activos y conectar el 15 programa con ellos (Figura 8). Esta función se realiza con el botón Conexión. Inicialmente los botones Medida y Desconexión aparecen deshabilitados; sólo se activan después de que la conexión con los detectores FIDLER 9 se haya realizado correctamente. Si se trabaja con el sistema de control apagado es preciso deshabilitar el indicador Automático. Al conectar con los detectores el programa lee la configuración de éstos y la muestra en la zona de 20 Identificación.
En modo manual, después de realizar la conexión a los detectores con el botón Conexión, al pulsar el botón Medida, o al recibir la señal de posición de medida 5 del autómata, comienza el proceso de medida, adquiriendo los diferentes espectros, que se muestran en tiempo real 25 en la pantalla del programa. Es conveniente haber completado previamente los campos identificativos de la muestra; el programa sólo precisa para trabajar el tiempo de medida que lo lee de un fichero de inicio.
El intervalo en el que se espera tratar el pico de 241Am viene marcado por un fichero de 30 regiones de interés, extensión ROI, asociado a cada uno de los detectores FIDLER 9. Cuando finaliza la colección de los espectros, porque el analizador ha llegado al tiempo seleccionado, el programa guarda los espectros de cada uno de los detectores en un fichero, identificado por la fecha y la hora de medida. Estos datos (Figura 9) son almacenados por el programa. 35
A continuación, se determina la integral correspondiente a la ventana del pico; este intervalo se calcula con los canales inicial y final de la región de interés. El valor de dicha integral dividido por el tiempo de medida se muestra en la zona correspondiente a Resultados de integral y fondo, en la casilla Contaje. La misma operación se realiza para determinar la 40 integral correspondiente del espectro de fondo, el resultado se muestra en la casilla Fondo. Los resultados se listan ordenados por el número de detector; en la última casilla se muestra la diferencia entre ambos valores, Neto.
A continuación el programa analiza el espectro (Figura 10). Para ello carga la calibración 45 Eficiencia/Energía correspondiente a la geometría de la muestra y calcula la actividad, incertidumbre y umbral de decisión a partir de los contajes calculados en el apartado anterior.
Los valores obtenidos, tanto de área como los de análisis, además de mostrarse en pantalla, 50 se almacenan en una base de datos o en un fichero de texto. El formato de dicho fichero es el siguiente:
- Fecha.
- Hora.
- Identificación.
- Peso.
- Comentario. 5
- Estado.
- Integral de primer detector.
- Integral del fondo asociado al primer detector.
- Valor neto.
- Actividad de 241Am del primer detector. 10
- Incertidumbre de la actividad de 241Am del primer detector.
- Umbral de decisión del primer detector.
- Integral de segundo detector.
- Integral del fondo asociado al segundo detector.
- Valor neto. 15
- Actividad de 241Am del segundo detector.
- Incertidumbre de la actividad de 241Am del segundo detector.
- Umbral de decisión del segundo detector.
- Integral de tercer detector.
- Integral del fondo asociado al tercer detector. 20
- Valor neto.
- Actividad de 241Am del tercer detector.
- Incertidumbre de la actividad de 241Am del tercer detector.
- Umbral de decisión del tercer detector.
- Integral de cuarto detector. 25
- Integral del fondo asociado al cuarto detector.
- Valor neto.
- Actividad de 241Am del cuarto detector.
- Incertidumbre de la actividad de 241Am del cuarto detector.
- Umbral de decisión del cuarto detector. 30
Cada campo va separado del siguiente por el carácter de tabulación. Cada medida es una línea que se añade al fichero. Si falta algún campo, o varios campos en el caso de que haya detectores inactivos, se mantienen los tabuladores de separación entre campos, de forma que los valores queden siempre en columna. Este fichero al tener tabuladores como 35 separador de campo, se puede leer directamente de Excel y puede ser tratado en la hoja de cálculo.
A continuación se explica la modelización del sistema de medida del dispositivo. Las variaciones de densidad y las diferentes composiciones químicas que normalmente 40 presentan los suelos, hacen aconsejable que se disponga de una modelización (caracterización) matemática del sistema de detección, que permita obtener los valores de eficiencia (necesarios para las determinaciones de actividad/concentración másica de actividad) más adecuados para los diversos tipos de suelos, sin necesidad de tener que recurrir a calibraciones en eficiencia experimentales. 45
La modelización del sistema de medida (Figura 11) permite además del cálculo de las eficiencias correspondientes a diversos tipos de suelo y el cálculo de la eficiencia en aquellos casos en los que el cilindro de metacrilato que alberga la muestra de suelo no esté completamente lleno, sino que presente diferentes niveles de llenado. 50
Por todo ello se ha procedido a modelizar el sistema de medida del dispositivo con el código de cálculo GEANT-4. Este código, reconocido a nivel internacional, se basa en la aplicación de métodos matemáticos específicos (métodos de Monte-Carlo), para simular la interacción de la radiación con el sistema de medida.
5
El código GEANT-4 se ejecuta en el cluster “EULER” del CIEMAT cuyas características básicas son las siguientes: 144 nodos Intel(R) Xeon(R) CPU E5450 @ 3,0GHz, 8 cores/nodo, total 1152 procesadores. Memoria16GB/nodo.
Además, para facilitar el manejo del código GEANT4, se utiliza un interface desarrollado 10 también en el CIEMAT, “GAMOS” [7]. Los datos de salida que se obtiene con el código GEANT4 (GAMOS), corresponden a la respuesta de cada uno de los cuatro detectores FIDLER 9 instalados en el dispositivo. El tratamiento de estos datos, a partir de los cuales se calcula la eficiencia, se realiza con el programa Mathematica 4.
15
El programa de visualización 3D-EXPLORATION v 1.71, permite una visualización, no solo de la geometría simulada mediante el código GEANT4 (GAMOS), sino también de las interacciones que han tenido lugar con el sistema de medida. Para llevar a cabo la modelización del sistema completo de medida (Figuras 11 y 12), es necesario modelizar primero los componentes básicos del tipo de detectores utilizado (en una realización 20 preferida, detectores FIDLER PROBE 127 BRA2/5M-Q-X).
Una vez modelizado uno de los detectores se comprueba la modelización realizada comparando los espectros obtenidos exponiendo el detector a una fuente puntual de 241Am (Figura 11). 25
Para finalizar, se modelizan los cuatro detectores FIDLER 9 dispuestos en el dispositivo (Figura 12).
De esta manera se obtienen los resultados a partir de la eficiencia de las distintas 30 densidades de suelo y los distintos llenados de los cilindros de metacrilato (Figura 7).

Claims (13)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo de medida de actividad y de segregación de tierras contaminadas por 241Am, caracterizado por que comprende: 5
    - una estructura de soporte (17);
    - un elemento giratorio (12) que bascula en diferentes posiciones alrededor de la estructura de soporte, 10
    - un recipiente de tierras (3) en el que se depositan las tierras a analizar, donde dicho recipiente (3) está integrado en el elemento giratorio (12) y dispone de una base móvil;
    - cuatro detectores de centelleo (9) de NaI (Tl) tipo FIDLER enfrentados dos a dos a 15 una distancia entre sí que permite el paso del recipiente de tierras (3), y configurados para determinar, mediante la detección de radiación de baja energía, si las tierras contenidas en el recipiente (3) están o no contaminadas por 241Am;
    donde las posiciones del elemento giratorio (12) incluyen: 20
    una posición de llenado (4) en la que un operario (13) realiza la carga manual de tierras en el recipiente de tierras (3);
    una posición de medida (5) en la que el recipiente de tierras (3) queda ubicado en el 25 espacio comprendido entre los cuatro detectores de centelleo (9) enfrentados y en la que se realiza la medida simultánea del recipiente de tierras (3), con los detectores de centelleo (9) que estén activados;
    dos posiciones de descarga diferentes, una para la descarga de material no 30 contaminado y otra para la descarga de material contaminado, en las que las tierras del recipiente de tierras (3) se descargan, mediante la apertura de su base, respectivamente a un contenedor (8) de descarga de material no contaminado o a un contenedor (8’) de descarga de material contaminado.
    35
  2. 2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende un cuadro de mandos (7) encargado de gobernar el movimiento del elemento giratorio (12) mediante un autómata.
  3. 3. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el 40 recipiente de tierras (3) es cilíndrico.
  4. 4. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el recipiente de tierras (3) es de metacrilato.
    45
  5. 5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la estructura de soporte comprende una base central (17) unida mediante brazos de soporte (18) a una estructura circular (19).
  6. 6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que 50 comprende una tolva (2) solidaria al elemento giratorio (12) y a través de la cual se alimenta al recipiente de tierras (3) con muestras discretas de tierras.
  7. 7. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende una electrónica digital (11) asociada a los detectores de centelleo (9) para el conteo de pulsos, y un ordenador conectado a dicha electrónica digital (11), encargado del control y operación de los detectores de centelleo (9). 5
  8. 8. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los detectores de centelleo (9) están configurados para realizar la medición con diferentes niveles de llenado del recipiente de tierras (3).
    10
  9. 9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado por que los detectores de centelleo (9) están configurados para realizar la medición con el recipiente de tierras (3) llenado al 100%, al 75%, al 50% o al 25%.
  10. 10. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 9, caracterizado por que utiliza 15 una modelización del sistema de medida del dispositivo para el cálculo de valores de eficiencia, correspondientes a diferentes densidades de tierras y para diferentes niveles de llenado del recipiente (3).
  11. 11. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la 20 posición de descarga de material no contaminado corresponde a la posición de llenado (4) y la posición de descarga de material contaminado (6) corresponde a una posición diferente de la posición de llenado (4) y de la posición de medida (5).
  12. 12. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado por que la posición de llenado (4), 25 la posición de medida (5) y la posición de descarga de material contaminado (6) corresponden a posiciones de giro de 0º, 90º y 180º, respectivamente, del elemento giratorio (12).
  13. 13. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que 30 en la posición de medida (5) el recipiente de tierras (3) queda ubicado a una distancia de sustancialmente 2 cm de los detectores (9).
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