Implementación y puesta a punto de un blindaje activo anti-muones adaptado al espectrómetro de rayos-γ Mazinger y aplicación a la datación por 210Pb y 137Cs de un testigo sedimentario de la laguna de Sobrado dos Monxes (Galicia, España)

Abstract

[ES]Los estudios sobre los efectos climáticos y antropogénicos a lo largo de la historia de la Tierra requieren métodos de datación absoluta. La mayoría de estos métodos dependen de técnicas precisas para la determinación de radionúclidos. Para mejorar las capacidades de la espectrometría de rayos γ y facilitar su uso en la datación absoluta, se ha actualizado Mazinger, un sistema de espectrometría de rayos γ de muy bajo fondo y alta eficiencia utilizado en el análisis de sedimentos oceánicos y lacustres de interés paleoclimático. Esta actualización incluye la instalación de su segundo sistema veto anti-muones que permite mejorar los límites de detección (ld), logrando medir con éxito fuentes pequeñas con bajos niveles de actividad como los requeridos en la datación con 210Pb o U-Th. Ha sido necesaria una reconfiguración de la electrónica de adquisición que permitiera manejar el incremento de la tasa de eventos generados al añadir el nuevo blindaje activo, logrando mantener la alta eficiencia de detección que caracteriza a Mazinger. En este trabajo se describe la nueva configuración de la electrónica, así como el rendimiento de Mazinger obtenido con ella en términos de resolución, eficiencia y figura de mérito (FOM). Las correcciones por suma-coincidencia no aleatorias también se ven afectadas por la nueva configuración. Se realiza una caracterización completa del fondo del detector tras la actualización del sistema y se compara con la obtenida con el sistema anterior. Las FOM logran mejorar en dos veces las de la versión anterior del detector y en ocho veces las de un detector convencional HPGe de bajo fondo. El simple hecho de añadir un nuevo veto redujo a la mitad el número total de cuentas y disminuyó las tasas de conteo de los picos de fondo. La mejora de Mazinger fue validada con éxito mediante la datación por 210Pb de un núcleo sedimentario de la laguna de Sobrado en Galicia, España. Los primeros 26 cm del núcleo, desde la parte superior hacia abajo, fueron muestreados en hemidiscos de 1 cm de altura. Este núcleo se caracteriza por su baja densidad seca (0.5 g/cm3 en promedio) y la baja masa seca disponible, que es inferior a 1.5 g. Sus niveles de actividad son aproximadamente 0.068 Bq/g para 210Pb total y 0.049 Bq/g para 226Ra. Las actividades de 210Pb y 226Ra se han medido en las 26 muestras con gran exactitud, logrando determinar las actividades de 210Pb en exceso con mucha precisión, obteniendo un modelo de edad con incertidumbres menores al 5 % en gran parte del testigo, y menores al 2 % en las secciones más profundas. El gran acuerdo con las fechas de referencia proporcionadas por los perfiles de 137Cs y 14C garantizan la validez y robustez de la datación obtenida al aplicar el modelo CRS sobre este testigo.

[EN]Studies on climatic and anthropogenic effects throughout Earth’s history require absolute dating methods. Most of these methods rely on precise techniques for radionuclide determination. To enhance the capabilities of γ-ray spectrometry and facilitate its use in absolute dating, Mazinger, a very-low-background and high-efficiency γ-ray spectrometry system used in the analysis of oceanic and lacustrine sediments of paleoclimatic interest, has been updated. This update includes the installation of its second anti-muon veto system, which improves the detection limits (ld), enabling the successful measurement of small sources with low activity levels, as required in 210Pb or U-Th dating. A reconfiguration of the acquisition electronics was necessary to handle the increased event rate generated by adding the new active shielding, while maintaining Mazinger’s high detection efficiency. This work describes the new electronics configuration, as well as Mazinger’s performance achieved with it in terms of resolution, efficiency, and figure of merit (FOM). Corrections for true-summing-coincidences are also affected by the new configuration. A complete characterization of the detector background after the system upgrade is performed and compared to that obtained with the previous system. The FOM improves twofold compared to the previous version of the detector and eightfold compared to a conventional low-background level HPGe detector. Simply adding a new veto halved the total count rate and reduced the background peaks count rates. The improvement of Mazinger was successfully validated by 210Pb dating of a sediment core from Sobrado Lagoon in Galicia, Spain. The first 26 cm of the core, from top to bottom, were sampled in 1 cm high hemidiscs. This core is characterized by its low dry density (0.5 g/cm3 on average) and the low available dry mass, which is less than 1.5 g. Its activity levels are approximately 0.068 Bq/g for total 210Pb and 0.049 Bq/g for 226Ra. The activities of 210Pb and 226Ra have been measured in the 26 samples with great accuracy, allowing the excess 210Pb activities to be determined with high precision, obtaining an age model with uncertainties less than 5% in most of the core, and less than 2% in the deepest sections. The strong agreement with the reference dates provided by 137Cs and 14C profiles ensures the validity and robustness of the dating obtained by applying the CRS model to this core.