TFM. Máster en Física Nuclear

Determinación con Geant4 de los factores de corrección por suma en coincidencia verdadera y aleatoria en espectrometría γ con detectores HPGe

Wed, 01 Oct 2025 00:00:00 GMT

[ES]La espectrometrÍa γ con detectores de germanio hiperpuro (HPGe) es una técnica fundamental en la física nuclear aplicada, debido a su elevada resolución energética y capacidad para cuantificar radionucleidos en una amplia variedad de muestras. Sin embargo, la presencia de fenómenos de suma en coincidencia cuando se miden radionucleidos emisores de cascadas gamma introduce distorsiones significativas en la determinación de la eficiencia de la medida y de la actividad de los radionucleidos contenidos en la fuente, especialmente en geometrías en las que la distancia entre la fuente y el detector es muy pequeña o nula. Para corregir estos efectos de manera que los resultados sean más próximos a los valores reales, es necesario recurrir a métodos avanzados que permitan reproducir con precisión la configuración experimental y la física de la interacción radiación-materia en el intervalo de energía de la radiación electromagnética y de todas las partículas que se generan. En este trabajo se ha desarrollado e implementado en Geant4 un modelo de fuentes que, a diferencia de los modelos convencionales, reproduce la temporización de los procesos de desintegración dada por la estadística poissoniana a la que están sujetos, con el objetivo de estudiar la influencia de dicha temporización en los fenómenos de suma en coincidencia que ocurren durante la medida por espectrometría γ de bajo fondo. Conocer si es necesario o no contemplar efectos significativos por suma en coincidencia aleatoria, es fundamental para la medida. Esta implementación se adapta a los sistemas de espectrometría de bajo fondo del Laboratorio de Radiaciones Ionizantes y Datación (LRI-D) de la Universidad de Salamanca, incluyendo la simulación de geometrías experimentales especificas a partir de las ya utilizadas y la generación de partículas primarias en la matriz de medida, garantizando la representación adecuada de los procesos de coincidencia. A partir de dichas simulaciones se han obtenido tanto eficiencias de detección como factores de corrección por suma en coincidencia, los cuales se han comparado con resultados experimentales. Los análisis muestran una concordancia satisfactoria entre las eficiencias experimentales y simuladas, validando la capacidad de la simulación para reproducir la respuesta de los espectrómetros del LRI-D con diferentes geometrías. La aplicación de pruebas estadísticas y validación cuantitativa apoya la consistencia de los resultados. El estudio realizado concluye que los efectos en la medida de los fenómenos por suma en coincidencia aleatoria no suponen una alteración significativa del resultado de la misma en el intervalo de actividades con las que se trabaja en los espectrómetros γ de bajo fondo del LRI-D. En conjunto, este trabajo demuestra que la implementación de la temporización de los procesos de desintegración de los raidonucleidos contenidos en la fuente en simulaciones Montecarlo constituye una herramienta eficaz y versátil para la corrección de efectos por suma en coincidencia en espectrometría γ. Los resultados permiten avanzar hacia una determinación más precisa de las actividades de los radionucleidos presentes en las muestras.; [EN]γ spectrometry with high-purity germanium (HPGe) detectors is a fundamental technique in applied nuclear physics, owing to its high energy resolution and its capability to quantify radionuclides in a wide variety of samples. However, the presence of coincidence summing phenomena when measuring cascade gamma emitters introduces significant distortions in the determination of detection efficiency and radionuclide activity within the source, especially in geometries where the source-to-detector distance is very small or even null. To correct these effects so that the results approach the true values, it is necessary to employ advanced methods capable of accurately reproducing the experimental configuration and the physics of radiation–matter interaction over the energy range of electromagnetic radiation and all the secondary particles involved. In this work, a source model has been developed and implemented in Geant4 which, unlike conventional approaches, reproduces the timing of decay processes according to the Poisson statistics that govern them. The objective is to study the influence of such timing on coincidence summing phenomena occurring during low-background γ spectrometry measurements. Determining whether random coincidence summing effects need to be explicitly considered is essential for accurate activity determination. The implementation has been specifically adapted to the low-background spectrometry systems of the Laboratory of Ionizing Radiations and Dating (LRI-D) at the University of Salamanca, including the simulation of their experimental geometries and the generation of primary particles within the sample matrix, ensuring a realistic representation of coincidence processes. From these simulations, both detection efficiencies and coincidence summing correction factors have been obtained and subsequently compared with experimental results. The analyses show satisfactory agreement between experimental and simulated efficiencies, validating the ability of the simulations to reproduce the response of the LRI-D spectrometers under different geometrical configurations. The application of statistical randomness tests and quantitative validation supports the consistency of the results. The study concludes that, within the range of activities relevant to the low-background systems at LRI-D, the effects of random coincidence summing do not significantly affect the measurement outcomes. Overall, this work demonstrates that the implementation of decay-time sampling for the radionuclides contained in the source within Monte Carlo simulations constitutes an effective and versatile tool for correcting coincidence summing effects in gamma spectrometry. The results enable a more accurate determination of the activities of the radionuclides present in the samples.

Datación absoluta mediante 210Pb, 137Cs y 14C del testigo VF2501 de la Laguna Salina Grande (Lagunas de Villafáfila, CyL)

Wed, 01 Oct 2025 00:00:00 GMT

[ES]Los estudios sobre la evolución ambiental reciente requieren métodos de datación absoluta capaces de resolver los procesos sedimentarios ocurridos a escala de décadas o siglos. Entre las técnicas más empleadas, la espectrometría gamma de muy bajo fondo y la espectrometría de masas con acelerador (AMS) constituyen herramientas de alta sensibilidad para la determinación de la actividad de radionúclidos naturales y artificiales. En este trabajo se combinan ambas metodologías con el objetivo de caracterizar y datar un testigo sedimentario procedente de la Laguna Salina Grande (Villafáfila, Castilla y León, España), un sistema lagunar estacional de gran interés paleoclimático. El muestreo fue realizado por la autora junto con el equipo del laboratorio LRI-D, obteniéndose un testigo de 20 cm de longitud que se subdividió en secciones de 1 cm. Cada una de ellas fue analizada mediante las técnicas radiométricas descritas. El análisis por espectrometría gamma se llevó a cabo con detectoresHPGe preparados para medidas demuy bajo fondo (sistemaMazinger) con el objetivo de cuantificar la actividad de los radionúclidos 210Pb y 137Cs, mientras que la datación por 14C se efectuó mediante el sistema AMSMICADAS. Además, se analizó una muestra de aguas de la misma laguna, con el fin de complementar la interpretación radiométrica y establecer un marco cronológico coherente. El testigo se caracterizó por una baja tasa de sedimentación, que dificulta la obtención de un modelo de edad continuo, aunque los resultados permiten establecer una primera estimación cronológica fiable. Esta información constituye una base sólida para el desarrollo de modelos más precisos en futuros estudios. La integración de la espectrometría gamma y la AMS demuestra el potencial de ambas técnicas para la reconstrucción temporal de ambientes sedimentarios con tasas de acumulación muy bajas y ofrece una metodología aplicable a otros sistemas lacustres con características similares.; [EN]Studies on recent environmental evolution require methods of absolute dating capable of resolving sedimentary processes occurring on a decadal or centennial scale. Among the most commonly used techniques, ultra-low background gamma spectrometry and accelerator mass spectrometry (AMS) are highly sensitive tools for determining the activity of natural and artificial radionuclides. In this work, both methodologies are combined with the aim of characterizing and dating a sediment core from the Laguna Salina Grande (Villafáfila, Castilla y León, Spain), a seasonal lagoon system of great paleoclimatic interest. Sampling was carried out by the author together with the LRI-D laboratory team, obtaining a 20 cm long core that was subdivided into 1 cm sections. Each section was analyzed using the radiometric techniques described. Gamma spectrometry analysis was performed with HPGe detectors prepared for ultra-low background measurements (Mazinger system) to quantify the activity of the radionuclides 210Pb and 137Cs, while 14C dating was conducted using the AMS MICADAS system. In addition, a water sample from the same lagoon was analyzed to complement the radiometric interpretation and establish a coherent chronological framework. The core was characterized by a low sedimentation rate, which makes it difficult to obtain a continuous age model, although the results allow for a first reliable chronological estimation. This information provides a solid basis for the development of more precise models in future studies. The integration of gamma spectrometry and AMS demonstrates the potential of both techniques for the temporal reconstruction of sedimentary environments with very low accumulation rates and offers a methodology applicable to other lacustrine systems with similar characteristics.

Estudio de la evolución temporal de las concentraciones de 234U y 238U en acuíferos de la provincia de Salamanca

Sat, 01 Feb 2025 00:00:00 GMT

[ES]En la actualidad, el uso de recursos de agua subterránea es esencial para el abastecimiento de agua dulce a la población. Ante la creciente demanda de estas aguas, es crucial garantizar la calidad y disponibilidad de este recurso. Por ello, el objetivo de este proyecto es estudiar la evolución temporal de las concentraciones de 234U y 238U en acuíferos de la provincia de Salamanca a lo largo de seis meses, con el propósito de determinar las variaciones que se producen en el recurso. Con este fin, se han recogido un total de 59 muestras de agua, procedentes de 10 puntos de la provincia de Salamanca, las cuales han sido preparadas en el laboratorio para llevar a cabo posteriormente el análisis de las mismas a partir de la espectrometría α. Los datos extraídos sobre las variaciones en la concentración de uranio total y en la relación de actividad entre el 234U y 238U, se pueden emplear como un indicador indirecto de las condiciones de reducción y oxidación de las aguas subterráneas, lo que ha permitido identificar como factores tales como la permeabilidad, las precipitaciones o el uso que se hace del recurso, pueden tener un efecto directo en las condiciones del acuífero. Además, aunque los puntos analizados pertenecen a dos masas de agua, este estudio revela una heterogeneidad hidrogeológica en la zona, lo que pone de manifiesto la necesidad de realizar una caracterización de cada punto de forma individual, ya que se muestra que no es posible caracterizar una masa de agua a partir de un número reducido de puntos.; [EN]Nowadays, the use of groundwater resources is essential for the supply of freshwater to the population. Given the increasing demand for groundwaters, it is crucial to ensure the quality and availability of this resource. For this reason, the objective of this project is to study the temporal evolution of the concentrations of 234U and 238U in aquifers in the province of Salamanca for six months, with the aim of determining the variations that take place in the resource. To this end, a total of 59 water samples were collected from 10 sampling points in the province of Salamanca, which were prepared in the laboratory for subsequent analysis obtained from α spectrometry. The data obtained on the variations in total uranium concentrations and the activity ratio between 234U and 238U can be used as an indirect indicator of the redox conditions of the groundwaters, allowing the identification of factors such as permeability, precipitation or resource usage that can directly affect the conditions of the aquifer. Furthermore, although the sampling points that have been analyzed belong to two water bodies, this study reveals a hydrogeological heterogeneity in the area, highlighting the need to characterize each point individually, as it is demonstrated that it is not possible to characterize a water body based on a small number of points

Estudio del transporte de iones ligeros en medios materiales mediante FLUKA

Wed, 01 Oct 2025 00:00:00 GMT

[ES]En este Trabajo Fin de Máster se ha investigado, mediante simulaciones Monte Carlo con el código FLUKA y la interfaz Flair, el transporte de iones ligeros (1H, 4He, 12C, 16O, 20Ne) en medios materiales. El estudio se divide principalmente en dos partes: Estudio del pico de Bragg: El pico de Bragg es la característica fundamental de la dosis absorbida en un medio material debida a la irradiación con un haz de iones. Aquí se analizan los perfiles de dosis en profundidad en distintos materiales, prestando atención a la dependencia de dichos perfiles con la energía inicial del haz de iones y con los parámetros de transporte. En particular se estudian la posición del pico de Bragg, su anchura, la dosis absorbida en posiciones detrás del pico, etc. Estudio de los procesos de dispersión múltiple: Para llevar a cabo este estudio se analizan las desviaciones angulares que sufren los iones al atravesar láminas de material con diferentes espesores. Esto permite establecer la dependencia con la energía del ión y con los parámetros de transporte de las correspondientes distribuciones angulares detrás de las láminas blanco. Este tipo de estudio tiene una gran importancia para la comprobación de las capacidades de las teorías de dispersión múltiple incluidas en los programas de simulación Monte Carlo y, desde un punto de vista más aplicado, es útil en el diseño de dispositivos de colimación de los haces de iones o de sistemas de detección de los mismos que presenten buenas prestaciones en lo que a la resolución angular se refiere. Los resultados obtenidos se contrastan con la información experimental disponible y con los resultados de simulaciones Monte Carlo llevadas a cabo por otros autores, tanto con FLUKA como con otros códigos.; [EN]In this Master’s Thesis, by means of Monte Carlo simulations with the FLUKA code and the Flair interface, the transport of light ions (1H, 4He, 12C, 16O, 20Ne) in material media has been investigated. The study is mainly divided into two parts: Study of the Bragg peak: The Bragg peak is the fundamental feature of the absorbed dose in a material medium due to irradiation with an ion beam. Here, the depth–dose profiles in different materials are analyzed, paying attention to the dependence of said profiles on the initial energy of the ion beam and on the transport parameters. In particular, the position of the Bragg peak, its width, the absorbed dose at positions behind the peak, etc., are studied. Study of multiple scattering processes: To carry out this study, the angular deviations suffered by the ions when passing through material foils with different thicknesses are analyzed. This makes it possible to establish the dependence on the ion energy and on the transport parameters of the corresponding angular distributions behind the target foils. This type of study is of great importance for checking the capabilities of the multiple scattering theories included in Monte Carlo simulation programs and, from a more applied point of view, is useful in the design of collimation devices for ion beams or of detection systems for them that exhibit good performance as regards angular resolution. The results obtained are compared with the available experimental information and with the results of Monte Carlo simulations carried out by other authors, both with FLUKA and with other codes.

Optimización del diseño de un irradiador FLASH de rayos-x para investigación preclínica

Wed, 01 Oct 2025 00:00:00 GMT

[ES]La constante evolución de la radioterapia tiene como fin la mejora de los tratamientos oncológicos en los pacientes con cáncer, que se sitúa como la principal causa de fallecimiento en humanos a lo largo del mundo [1]. Es por ello que en la última década, la radioterapia FLASH, una técnica basada en la administraci ón de tasas de dosis muy elevadas ≥ 40 Gy/s en tiempos de irradiación típicamente de < 1 s, haya suscitado gran interés en la comunidad científica debido a sus beneficios frente a la radioterapia convencional, disminuyendo las toxicidades en tejido sano y sus efectos secundarios, mientras mantiene el control tumoral a niveles similares [2, 3, 4]. Este método conlleva un aumento notable de la tasa de dosis suministrada y una reducción notable del tiempo de irradiación frente a la radioterapia convencional, con tasas típicas ≤ 0,025 Gy/s e irradiadas durante unos minutos y generalmente a lo largo de varias sesiones. A pesar de los beneficios comprobados del método, la generación de muy altas tasas de dosis suele conllevar el uso de irradiadores gamma con radioisótopos de alta actividad, cuyo uso está disminuyendo por las estrictas regulaciones en radioprotección. Pero también mediante aceleradores lineales, sincrotrones o ciclotrones. Estos últimos son equipos con un coste elevado, requieren de grandes instalaciones y su disponibilidad suele ser limitada. Además, los mecanismos celulares subyacentes que expliquen los beneficios de las tasas FLASH, no han sido a´un identificados [3] y la variación de parámetros físicos del haz (estructura temporal, duración de pulso o dosis total) podría tener efectos diferenciales en la respuesta celular [5], por lo que es necesaria una mayor investigación en estudios preclínicos a estas tasas. La posibilidad de llegar a tasas FLASH con un equipo de Rayos - X convencional, ha sido recientemente comprobada [6], lo que ha permitido reducir enormemente el coste y tamaño del equipo, aumentar su disponibilidad y rebajar los requerimientos en cuanto a radioprotección. Estos equipos, por su compactibilidad, disponibilidad y facilidad de uso favorecen, además, la reproducibilidad de los estudios preclínicos en pequeños animales y en cultivos celulares. En este trabajo, se va a optimizar un irradiador FLASH de Rayos - X basado en un tubo convencional de imagen con el fin de utilizarlo en experimentos preclínicos en animales y cultivos celulares. Para ello, se buscarán los parámetros óptimos de irradiación mediante medidas experimentales y realizando un modelado con simulaciones Monte Carlo. Además, se propondrá un diseño de irradiador compacto y económico basándose en los resultados obtenidos y en los cálculos de blindaje pertinentes. La optimización del irradiador permitirá su utilización en estudios preclínicos y podría fomentar su uso en la investigación radiobiológica de los parámetros de haz que afectan al efecto FLASH, ayudando así a dilucidar la causa biológica de sus beneficios.; [EN]The constant evolution of radiotherapy aims to improve oncological treatments for cancer patients, which stands as the leading cause of death worldwide [1]. For this reason, during the last decade FLASH radiotherapy, a technique based on the delivery of very high dose rates ≥ 40 Gy/s in irradiation times typically of < 1 s, has attracted great interest within the scientific community due to its benefits compared with conventional radiotherapy, reducing toxicities in healthy tissue and minimizing radiation side effects, while maintaining tumor control at similar levels [2, 3, 4]. This method entails a marked increase in dose rate and a reduction in irradiation time compared to conventional radiotherapy, which typically uses dose rates ≤ 0,025 Gy/s and irradiations lasting several minutes, generally delivered over multiple sessions. Despite the demonstrated benefits of the method, generating such dose rates usually involves the use of linear accelerators, synchrotrons, or cyclotrons. These systems are costly, require large facilities, and are often of limited availability. Moreover, the underlying cellular mechanisms that explain the benefits of FLASH dose rates have not yet been identified [3], and variation of the beam’s physical parameters (temporal structure, pulse duration or total dose) could have differential effects on cellular response [5], so further preclinical research is required. The possibility of achieving FLASH dose rates with a conventional X-ray system has been recently demonstrated [6], enabling a substantial reduction in equipment cost and size, increasing availability and lowering radioprotection requirements. Due to their compactness, availability and ease of use, these systems also favour the reproducibility of preclinical studies in small animals and in cell cultures. In this work, an X-ray FLASH irradiator based on a conventional imaging tube will be optimized for use in preclinical experiments on animals and cell cultures. To that end, the optimal irradiation parameters will be sought both through experimental measurements and by Monte Carlo simulations modelling of the tube. Additionally, a compact and economical irradiator design will be proposed based on the results obtained and on the relevant shielding calculations. The optimization of the irradiator will promote radiobiological research into the beam parameters that affect the FLASH effect and will help elucidate the biological basis of its benefits.

Evaluación de la optimización inversa en braquiterapia de alta tasa guiada por resonancia magnética en cáncer de cuello de útero

Wed, 01 Oct 2025 00:00:00 GMT

[ES]Este trabajo evalúa la optimización inversa mediante el algoritmo hipo en braquiterapia de alta tasa de dosis para cáncer de cérvix guiada por resonancia magnética. Se comparan planes generados con optimización directa y optimización inversa híbrida en términos de cobertura tumoral y preservación de órganos de riesgo, siguiendo las recomendaciones del protocolo Embrace II. El estudio analiza parámetros dosimétricos clave para valorar la eficacia y la calidad de la planificación inversa en comparación con la convencional.; [EN]This work evaluates inverse optimization using the hipo algorithm in high-dose-rate brachytherapy for mri-guided cervical cancer treatment. Plans generated with forward and hybrid inverse optimization were compared in terms of target coverage and organ-at-risk sparing, following the embrace ii protocol. The study analyzes key dosimetric parameters to assess the effi-ciency and quality of inverse planning compared to conventional forward optimization.

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)

Tue, 01 Oct 2024 00:00:00 GMT

[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.

Desarrollo y optimización de un sistema experimental para la medición de la vida media del positronio mediante PALS con detectores LYSO-SiP

Tue, 01 Oct 2024 00:00:00 GMT

[ES]La espectroscopía de aniquilación de positrones (PALS) es una técnica versátil empleada en diversos campos de la física. Esta metodología permite estudiar las interacciones entre positrones y materia, incluyendo la formación de positronio. Desde su concepción, la técnica PALS ha experimentado una notable evolución. Los primeros sistemas utilizaban detectores de NaI(Tl) y tubos fotomultiplicadores con circuitos analógicos, que ofrecían una resolución temporal limitada. Con el tiempo, la introducción de nuevos detectores y sistemas de adquisición digital ha mejorado significativamente la precisión de las mediciones. Actualmente, PALS se utiliza para investigar fenómenos complejos como posibles violaciones de la simetría CPT, análisis de defectos estructurales en materiales a nivel atómico y determinación de concentraciones de oxígeno en estudios biomédicos para imágenes PET. En PALS se analiza los espectros generados al medir la diferencia de tiempo entre la llegada de dos fotones gamma, uno de 511 keV proveniente de la aniquilación del positrón con el electrón del medio a estudiar, y el fotón gamma de 1275 keV proveniente del decaimiento del 𝑁𝑎 22. En base a estos espectros se obtiene información sobre la forma de aniquilación del positrón, ya sea mediante aniquilación directa o previa formación del positronio en uno de sus estados de spin, el p-Ps o el o-Ps. La implementación de los detectores LYSO y SiPM junto con osciloscopios digitales han otorgado a la técnica PALS de una accesibilidad y relativa simplicidad, siendo una herramienta popular en diversos laboratorios. En el Instituto de Tecnologías Físicas y de la Información "Torres Quevedo" (CSIC, Madrid), se ha desarrollado un sistema experimental PALS para el estudio de materiales. El objetivo del proyecto es optimizar este sistema para analizar diversos materiales, utilizando detectores LYSO-SiPM y scripts de Matlab para el ajuste de espectros PALS. El trabajo implica el montaje del sistema, la creación de scripts para el procesamiento de datos, la medición de fotones de aniquilación en diferentes materiales, el uso de una fuente de 𝑁𝑎 22 como generador de positrones y el análisis de los espectros de diferencia de tiempos obtenidos. Se realizaron mediciones PALS en varios materiales, obteniendo espectros característicos de cada uno. A partir de estos, se extrajo información sobre el tiempo de vida media del positrón, comparando los resultados con la literatura existente. El cobre se utilizó como material de calibración debido a su espectro de decaimiento simple de una sola exponencial y por ende una sola vida media. Adicionalmente, se llevaron a cabo simulaciones en Matlab para validar la precisión de los scripts de análisis de espectros de diferencia de tiempos. Todo esto resultó en el desarrollo de un sistema experimental optimizado, listo para ser aplicado en diversas áreas de investigación.; [EN]Positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS) is a versatile technique employed in various fields of physics. This methodology allows for the study of interactions between positrons and matter, including the formation of positronium. Since its inception, the PALS technique has undergone a notable evolution. Early systems used NaI(Tl) detectors and photomultiplier tubes with analog circuits, which offered limited temporal resolution. Over time, the introduction of new detectors and digital acquisition systems has significantly improved measurement precision. Nowadays, PALS is used to investigate complex phenomena such as violations of CPT symmetry, the analysis of structural defects in materials at the atomic level, and the determination of oxygen concentrations in biomedical studies for PET imaging. PALS analyzes the spectrum generated by measuring the time difference between the arrival of two gamma photons: one of 511 keV originating from the annihilation of the positron with the electron in the studied medium, and the 1275 keV gamma photon from the decay of 𝑁𝑎 22. Based on these spectra, information is obtained about the annihilation process of the positron, whether through direct annihilation or after forming positronium in one of its spin states, either p-Ps or o-Ps. The implementation of LYSO and SiPM detectors along with digital oscilloscopes has made PALS more accessible and simpler, turning it into a popular tool in various laboratories. At the Institute of Physical and Information Technologies "Torres Quevedo" (CSIC, Madrid), a PALS experimental system has been developed for the study of materials. The objective of this project is to optimize this system to analyze various materials, using LYSO-SiPM detectors and MATLAB scripts for PALS spectrum fitting. The work involves assembling the system, creating scripts for data processing, measuring annihilation photons in varied materials, using a 𝑁𝑎 22 source as a positron generator, and analyzing the time-difference spectra obtained. PALS measurements were carried out on several materials, obtaining characteristic spectra for each. From these, information was extracted about the positron's mean lifetime, and the results were compared with existing literature. Copper was used as a calibration material due to its simple decay spectrum with a single exponential, and therefore, a single lifetime. Additionally, simulations were conducted in MATLAB to validate the accuracy of the time-difference spectrum analysis scripts. All this resulted in the development of an optimized experimental system, ready to be applied in various areas of research.

Puesta a punto del método de datación por Carbono-14 en sedimentos mediante blancos sólidos en el Laboratorio de Radiaciones Ionizantes y Datación

Sat, 01 Jul 2023 00:00:00 GMT

[ES]La técnica de datación por carbono-14 es un método utilizado para determinar la edad de materiales que contienen carbono, como madera, textiles, huesos, papel, etc. Dicho método consiste en la medición de la cantidad de carbono-14 presente en una muestra y comparando este dato con la cantidad de carbono-14 presente en una muestra de referencia. La técnica de datación por carbono-14 es ampliamente utilizada en paleontología, arqueología, antropolo gía y estudios ambientales. El Laboratorio de Radiaciones Ionizantes y Datación (LRI-D) de la Universidad de Salamanca dispone de un MICADAS (Mini Carbon Dating System), que es un espectrómetro de masas con acelerador (AMS) que, mediante la aceleración de los iones de carbono y su posterior separación isotópica mediante imanes, permite medir de manera muy precisa pequeñas cantidades de carbono-14. El objetivo del presente trabajo es desarrollar e implementar un método de preparación de blancos sólidos que permita la datación fiable y precisa de muestras de sedimento marino en el LRI-D. El cumplimiento de este objetivo implica la puesta a punto del equipo, el diseño experimental, la prepara ción y medición de muestras y el análisis de los resultados obtenidos. En este trabajo se han utilizado materiales de referencia, estándares de intercomparación, muestras de hueso, muestras de sedimento marino del margen ibérico de edad conocida y muestras de sedimento antártico de edad desconocida. Todas las muestras de sedimento marino han sido fumiga das (ácido+base) para eliminar el carbono inorgánico con el fin de analizar el contenido en carbono-14 orgánico presente en las mismas. A continuación, las muestras han sido combus tionadas para transformar el carbono que contienen en CO2. La posterior grafitización de este CO2 permite su conversión en carbono y su medición en el sistema de espectrometría de masas MICADAS. La idoneidad del método implementado ha sido comprobada mediante la medición de los estándares y las muestras de edades conocidas analizadas en otros la boratorios de datación internacionales. Así, tras la calibración del AMS, en este trabajo se reportan los primeros resultados de edades de muestras desconocidas analizadas en el LRI-D de la universidad de Salamanca.; [EN]The carbon-14 dating technique is a method used to determine the age of carbon containing materials such as wood, textile, bones, paper, etc. This method consists on measuring the amount of carbon-14 present in a sample and comparing this data with the amount of carbon-14 present in a reference sample. The carbon-14 dating technique is widely used in paleontology, archeology, anthropology and environmental studies. The Labo ratorio de Radiaciones Ionizantes y Datación (LRI-D) of the University of Salamanca has a MICADAS (Mini Carbon Dating System), which is an accelerator mass spectrometer (AMS) that, through the acceleration of carbon ions and their subsequent isotopic separation by magnets, allows very precise measurement of small amounts of carbon-14. The objective of the present work is to develop and implement a solid target preparation method that allows reliable and accurate dating of marine sediment samples at LRI-D. Fulfillment of this objec tive involves equipment set-up, experimental design, sample preparation and measurement, and analysis of the results obtained. Reference materials, intercomparison standards, bone samples, marine sediment samples from the Iberian margin of known age and Antarctic sediment samples of unknown age have been used in this work. All marine sediment samples have been fumigated (acid+base) to remove inorganic carbon in order to analyze the organic carbon-14 content present in the samples. The samples were then combusted to transform the carbon they contain into CO2. The subsequent graphitization of this CO2 allows its conversion into carbon and its measurement in the MICADAS mass spectrometry system. The suitability of the implemented method has been verified by measuring standards and samples of known ages analyzed in other international dating laboratories. Thus, after the AMS calibration, this work reports the first results of ages of unknown samples analyzed at the LRI-D of the University of Salamanca.

Determinación de 14C en muestras de baja actividad por LSC de ultra bajo fondo mediante el método CIEMAT/NIST

Sat, 01 Oct 2022 00:00:00 GMT

[ES]El recuento por centelleo líquido es una técnica que comenzó a extenderse en la década de los 50, siendo desde entonces uno de los mejores métodos para la datación de radionúclidos y del cálculo de la eficiencia de detección. Se basa en modelos que siguen una serie de procesos físico/químicos en los que intervienen la emisión de luz y la estadística de la emisión de fotones. Dentro de estos modelos encontramos el del parámetro libre, el cual se puede obtener a partir de la medición de un radiotrazador como el h-3. Dentro de estos modelos se encuentra el método ciemat/nist sobre el que basamos este trabajo. El objetivo de este trabajo se encuentra en estudiar la aproximación del programa ciemat/nist cuando se emplea un nuevo centelleador líquido que no se contempla en la base de datos del programa. Este centelleador líquido va a ser creado específicamente para el estudio de muestras con c-14 que contienen muy bajas actividades y la base de la muestra va a ser una disolución orgánica. Se planteará el estudio de las condiciones óptimas de medida del cóctel de centelleo para adecuarlo a lo establecido por el método ciemat/nist. Para ello se harán pruebas con el volumen de los viales y con la cantidad de actividad que contienen, también se considerará el caso donde se añade un centelleador secundario y sus efectos en la eficiencia de medida. A continuación, se hará una modificación del programa para incluir este nuevo centelleador, para ello se realizará una aproximación del cálculo de q(e) para el nuevo centelleador líquido.; [EN]Liquid scintillation counting is a technique that began to spread in the 1950s, since then being one of the best methods for dating radionuclides and calculating detection efficiency. It is based on models that follow a series of physical/chemical processes in which the emission of light and the statistics of the emission of photons intervene. Within these models we find the free parameter, which can be obtained from the measurement of a radiotracer such as h-3. Within these models is the ciemat/nist method on which we based this work. The objective of this work is to study the approach of the ciemar/nist program when using a new liquid scintillator that is not contemplated in the program database. This liquid scintillator will be specifically for the study of samples with c-14 which contain very low activities and the base of the sample will be an organic solution. The study of the optimal measurement condictions of the scintillation cocktail will be approached to adjust it to what is established by the ciemat/nist method. For this, tests will be performed with the volume of the vials and with the quantity of activity that they contain, also the case where a secondary scintillator is added and its effects on the measuremen efficiency will be considered. Next, a modification of the program will be made to include this new liquid scintillator. To do this, an approximation of the calculation of q(e) for the new liquid scintillator will be performed

Determinación de 90Sr y 89Sr en muestras de baja actividad por LSC de ultra bajo fondo mediante machine learning

Sat, 01 Oct 2022 00:00:00 GMT

[ES]El objetivo principal de este trabajo es desarrollar un algoritmo de machine learning capaz de determinar el número de cuentas (partículas detectadas) de 90Sr, de 90Y y de 89Sr de los espectros medidos de una muestra por un detector de centelleo líquido para posteriormente poder calcular la actividad (número de desintegraciones por unidad de tiempo) de dichos isótopos en la muestra.; [EN]The main objective of this work is to develop a machine learning algorithm capable of determining the number of counts (detected particles) of 90Sr, 90Y and 89Sr of the spectra measured from a sample by a liquid scintillation detector in order to subsequently be able to calculate the activity (number of disintegrations per unit of time) of said isotopes in the sample.

Characterisation of the A005 capsule in the test cryostat by scanning with 241Am, 60Co, 137Cs and 22Na point sources.

Sat, 01 Oct 2022 00:00:00 GMT

[EN]The AGATA (advanced gamma tracking array) project is an european collaboration that consists of the development of a 4pi gamma spectrometer composed of hpge crystals incorporating electrical segmentation technology. The crystals are therefore position-sensitive detectors, and by tracking the gamma rays they enable the reconstruction of their emis sion position. Before incorporating the crystals in the spectrometer, it is necessary to characterise their electrical response to radiation detection. The characterisation of the a005 capsule is carried out by means of salsa (salamanca lyso based scanning array), through a 2d and 3d scan. As a result of the 2d scanning, the active volume of the detector is sought to be known, through the location of its boundaries between segments and the position and inclination of the central orifice. The 3d scan is performed with the agate capsule in coincidence with a gamma-camera composed of lyso scintillators, which provides active collimation. The aim of this scan is to determine the electrical response of the detector, in the form of pulses, at each interaction position. Furthermore, the experimental laboratory setup is recre ated in a simulation with the geant4 software, and the efficiency of the system, the distribution of interactions be tween segments and the number of interactions per detection are studied. Finally, we provide new data on the resolu tion of the segments that make up the crystal; [ES]El proyecto AGATA (advanced gamma tracking array) es una colaboración europea que consiste en el desarrollo de un espectrómetro gamma 4pi compuesto por cristales de HPGE que incorporan tecnología de segmentación eléctrica. Por ese motivo, son detectores sensibles a la posición, y a través del tracking o seguimiento de los rayos gamma posibilitan la reconstrucción de su posición de emisión. Antes de incorporar los cristales en el espectrómetro es necesario caracterizar su respuesta eléctrica ante la detección de radiación. A través de salsa (salamanca lyso based scanning array) se lleva a cabo la caracterización de la cápsula a005, mediante un escaneado 2d y 3d. Como resultado del escaneado 2d se busca conocer el volumen activo del detector, a través de la localización de sus ejes entre segmentos y de la posición e inclinación del orificio central. El escaneado 3d se realiza con la cápsula de AGATA en coincidencia con una gamma cámara compuesta por centelleadores lyso, lo que proporciona colimación activa. El objetivo de este escaneado es de terminar la respuesta eléctrica del detector, en forma de pulsos, en cada posición de interacción. Además, se recrea la situación experimental de laboratorio en una simulación con el software geant4, y se estudia la eficiencia del sistema, la distribución de interacciones entre segmentos y el número de interacciones por detección. Por último, se aportan nuevos datos sobre la resolución de los segmentos que componen el cristal