Contribuição do espalhamento Compton na geração de mapas radiométricos

Abstract

Medidas de espectrometria de raios gama realizadas “in situ”, são de ampla utilidade, além de ser um poderoso método que pode ser empregado em ambos os casos para identificar e quantificar radionuclídeos sem a necessidade do preparo e pré-tratamento físico-químico de amostras e, também, por ser um método não-destrutivo (preservando a integridade da amostra durante a medição). A proposta deste trabalho foi de aprimorar a calibração dos detectores gamaespectrométricos, calcular a incerteza combinada e potenciais efeitos sistemáticos gerados pela interação da radiação gama com a matéria, bem como de fatores que afetam a resposta de diferentes detectores comerciais, como é o caso da resolução em energia, linearidade, eficiência de detecção, o tempo de resposta (LT) e o número total de contagens nas janelas espectrais. A calibração e definição da interferência Compton foi realizada em dois distintos detectores de radiação gama, sendo o primeiro, de NaI(Tl) pertencente ao LABIDRO e outro de NaI(Tl) (portátil) pertencente ao UnesPetro, ambos situados na Unesp de Rio Claro (SP). Por fim foram analisados os dados de amostras provenientes do Projeto Rio Preto (GO) (2002), e da Formação Irati (2021), para a determinação de fatores de interferência da radiação gama nas janelas espectrais dos radionuclídeos naturais de interesse em análises gamaespectrométricas – K, eU, eTh - bem como a confecção de mapas de isolinhas, com base no modelo geoestatístico da “mínima curvatura”, para análise comparativa dos dados com a remoção do efeito Compton nas janelas espectrais de interesse. A quantificação por espectrometria gama possibilitou a mensuração dos radionuclídeos 40K, 214Bi e 208Tl, para um universo de amostras (n = 288) proveniente dos dados do Projeto Rio Preto, e (n = 111) das rochas da Formação Irati, bem como o uso de modelos geoestatísticos que demonstram a distribuição destes radioelementos na área estudada.

Gamma-ray spectrometry measurements performed "in situ" are widely useful, as well as a powerful method that can be employed in both cases to identify and quantify radionuclides without the need for sample preparation and physical-chemical pretreatment and, also, as a non-destructive method (preserving the sample integrity during measurement). The aim of this work was to improve the calibration of gamma spectrometric detectors, calculate combined uncertainty and potential systematic effects generated by the interaction of gamma radiation with matter, as well as factors affecting the response of different commercial detectors, such as energy resolution, linearity, detection efficiency, response time (LT), and the total number of counts in spectral windows. Calibration and determination of Compton interference were carried out on two distinct gamma radiation detectors, the first being a NaI(Tl) detector belonging to LABIDRO and another portable NaI(Tl) detector belonging to UnesPetro, both located at Unesp Rio Claro (SP). Finally, data acquired from samples taken within the scope of the Rio Preto Project (GO) (whose samples collection and analysis was conducted between 1995 and 2001) and the Irati Formation (carried out between 2019 and 2021), were analyzed to determine the interference factors of gamma radiation in the spectral windows of the natural radionuclides of interest in gamma spectrometric analysis - K, eU, eTh - as well as the creation of contour maps based on the "minimum curvature" geostatistical model for comparative analysis of data with the removal of the Compton effect in the spectral windows of interest. Quantification by gamma spectrometry enabled the measurement of radionuclides 40K, 214Bi, and 208Tl for a universe of samples (n = 288) from the Rio Preto Project data and (n = 111) from rocks of the Irati Formation, as well as the use of geostatistical models that demonstrate the distribution of these radionuclides in the studied area.

Las mediciones de espectrometría de rayos gamma realizadas "in situ" son de amplia utilidad y constituyen un poderoso método que puede emplearse en ambos casos para identificar y cuantificar radionúclidos sin necesidad de preparación previa y tratamiento físico-químico de las muestras. Además, es un método no destructivo que preserva la integridad de la muestra durante la medición. El propósito de este trabajo fue mejorar la calibración de los detectores de espectrometría gamma, calcular la incertidumbre combinada y los posibles efectos sistemáticos generados por la interacción de la radiación gamma con la materia, así como los factores que afectan la respuesta de diferentes detectores comerciales, como la resolución en energía, linealidad, eficiencia de detección, tiempo de respuesta (LT) y el número total de recuentos en las ventanas espectrales. La calibración y la definición de la interferencia Compton se llevaron a cabo en dos detectores diferentes de radiación gamma, uno de NaI(Tl) perteneciente al LABIDRO y otro de NaI(Tl) (portátil) perteneciente al UNESPetro, ambos ubicados en la Unesp de Rio Claro (SP). Finalmente, se analizaron los datos obtenidos del Proyecto Rio Preto (GO) (cuyas muestras y mediciones se realizaron entre 1995 y 2001) y de la Formación Irati (entre 2019 y 2021) para determinar los factores de interferencia de la radiación gamma en las ventanas espectrales de interés de los radionúclidos naturales de interés en análisis de espectrometría gamma, como el K, eU y eTh. También se elaboraron mapas de isolíneas basados en el modelo geoestadístico de "mínima curvatura" para analizar comparativamente los datos con la eliminación del efecto Compton en las ventanas espectrales de interés. La cuantificación mediante espectrometría gamma permitió la medición de los radionúclidos 40K, 214Bi y 208Tl en un conjunto de muestras (n = 288) provenientes de datos del Proyecto Rio Preto y (n = 111) de las rocas de la Formación Irati, así como el uso de modelos geoestadísticos que muestran la distribución de estos radioelementos en el área de estudio.