Estudios de contaminación ambiental en La Habana mediante técnicas nucleares y conexas / Assessment of environmental pollution in Havana city using nuclear and related techniques

RESUMEN Se resumen las diferentes experiencias en la aplicación de las técnicas nucleares y conexas en el estudio de diversos problemas ambientales de la Ciudad de La Habana. El análisis medioambiental mediante las técnicas de Análisis por Activación Neutrónica (AAN) y Gamma (AAG), Fluorescencia de Rayos X (FRX), Espectrometría por Absorción Atómica (EAA) y por Inducción de plasma acoplado (ICP), así como la Espectrometría Gamma de Bajo Fondo (EGBF), han permitido obtener información muy relevante sobre el comportamiento de los metales pesados, antibióticos y radionúclidos en los sedimentos marinos y fluviales, suelos urbanos y agrícolas, aguas, arenas de balnearios, polvos urbanos y productos de la agricultura urbana de la ciudad de La Habana.

ABSTRACT Various nuclear and related analytical techniques applied to study different environmental problems in Havana city are presented. The environmental analysis by means of Neutron and Gamma Activation analyses, X-ray Fluorescence Atomic Abortion and Induced Coupled Plasma spectroscopies and Low Background , Gamma Spectrometry, have allowed to obtain important information about the behavior of heavy metals, antibiotics and radionuclides in sediments, urban and agricultural soils, waters, beach sands, urban dusts and agricultural products farmed in the Havana city.

Assessment of heavy metal content in peloids from some Cuban spas using X-ray fluorescence / Estimación del contenido de metales pesados en peloides provenientes de varios balnearios cubanos mediante Fluorescencia de rayos X

Heavy metal (Co, Ni, Cu, Zn and Pb) content in muds from some Cuban spas (San Diego, Elguea, Santa Lucía and Cajío) have been studied using X-ray fluorescence. The measured metal contents are in the same order of magnitude as those reported for average Earth’s upper crust average shales and muds as well as with worldwide reported peloids. The comparison with sediment quality guidelines (SQGs) shows a different degree of pollution for peloids from each studied spa. Nevertheless, the estimated sum of metal/probable effect level value ratios (0.9 - 2.4) correspond to a low potential acute toxicity of contaminants. Therefore, the heavy metal content present in peloids from the studied Cuban spas is not an obstacle for its use with therapeutic purposes

Se estudia mediante la técnica de Fluorescencia de rayos X, el contenido de metales pesados (Co, Ni, Cu, Zn y Pb) en lodos terapéuticos provenientes de varios balnearios cubanos (San Diego, Elguea, Santa Lucía y Cajío). Los contenidos de metales pesados determinados en los lodos terapéuticos se encuentran en el mismo orden que los reportados para lodos y esquistos representativos de la corteza terrestre, así como para lodos utilizados en balnearios internacionalmente. La comparación con las Guías de Calidad de sedimentos muestran diferentes grados de polución para los lodos de cada balneario. Independientemente de ello, los valores de las razones suma de metales/nivel de efecto probable (0,9-2,4) corresponden a un bajo potencial agudo de toxicidad por contaminantes. De esta manera, el contenido de metales pesados presentes en los lodos de los balnearios estudiados no representa impedimento alguno para su uso con fines terapéuticos.

Las técnicas nucleares y la formación de profesionales en el InSTEC / Nuclear techniques and nuclear professional education at InSTEC

Se resumen los principales resultados obtenidos en los últimos 25 años por el Grupo de Aplicaciones Nucleares del InSTEC, en el desarrollo de técnicas nucleares y su aplicación en diferentes sectores de la sociedad. Se presenta el impacto que han tenido las investigaciones aplicadas en la formación de pregrado y posgrado en carreras nucleares y en el reconocimiento social de la comunidad universitaria.

The paper includes the most relevant results obtained by InSTEC´s Group of Nuclear Applications in the last 25 years, in the development of nuclear techniques and its application in different social areas. The impact of applied research on graduated and post graduated education in nuclear careers as well as the social recognition of the university community are presented.

Spatial distribution and contamination assessment of heavy metals in street dust from Camagüey city (Cuba) using X-ray fluorescence / Distribución espacial y estudio de contaminación por metales pesados en polvos urbanos de la ciudad de Camagüey (Cuba) mediante fluorescencia de rayos X

Concentrations of Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Pb and Fe in the street dust from Camagüey city were studied by X-ray .uorescence analysis. The mean Cr, Co, Ni, Cu, Zn and Pb contents in the urban dust samples (97 ± 30, 14 ± 2, 35 ± 36, 94 ± 26, 199 ± 87 and 42 ± 29 mg.kg-1 dry weight, respectively) were compared with mean concentrations in other cities around the world. Spatial distribution maps indicated the same behaviour for Cr-Ni and Pb-Zn-Cu, respectively, whereas the spatial distribution of Co differs from other heavy metals. The metal-to-iron normalization, using Cuban average metal soil contents as background, showed that street dusts from Camagüey city are moderately or significantly Zn-Pb enriched in those areas associated with heavy traffic density and metallurgic plant location. However, the calculation of the potential ecological risk index shows that metal content in Camagüey street dust does not represent any risk for the city population.

Se determinan por fluorescencia de rayos X las concentraciones de Cr, Co, Ni, Cu, Zn y Pb en los polvos urbanos de la ciudad de Camagüey. Los contenidos medios de metales pesados en las muestras de polvos urbanos (97 ± 30, 14 ± 2, 35 ± 36, 94 ± 26, 199 ± 87 y 42 ± 29 mg.kg-1 en peso seco respectivamente) son comparados con las concentraciones medias determinadas en otras ciudades del mundo. Los mapas de distribución espacial indican comportamientos similares para Cr-Ni y Pb-Zn-Cu respectivamente, en tanto la distribución espacial de Co difiere del resto de los metales. La normalización a un metal de referencia, empleando como fondo los valores medios de concentraciones de metales pesados cubanos, mostró que los polvos urbanos de la ciudad de Camagüey tienen un enriquecimiento moderado o significativo de Zn y Pb en aquellas áreas que están asociadas a una elevada densidad del tráfico automotor y a la ubicación de plantas metalúrgicas. El cálculo del índice de riesgo ecológico potencial mostró que el contenido de metales pesados en los polvos urbanos de Camagüey no representa riesgo alguno para su población.

Assessment of heavy metal content in urban agricultural soils from the surrounding of steel-smelter plant using X-ray fluorescenc / Estudio del contenido de metales pesados en suelos urbanos agrícolas adyacentes a una planta de acero mediante fluorescencia de rayos X

Concentrations of Cr, Co, Ni, Cu, Zn and Pb in the topsoils (0-10 cm) from ten farms located in the vicinity of a steel-smelter plant at Cotorro (Havana, Cuba) were measured by X-ray fluorescence analysis. The concentration ranges of Cr, Co, Ni, Cu, Zn and Pb were 54-186, 15-39, 19-137, 50-945, 91-7739 and 21-731 dry weight respectively. The metal mean contents in the farm topsoil samples were compared with metal contents reported for soils from the vicinity of other smelters worldwide. The Metal-to-Iron normalisation and estimation of the integral pollution indexes allowed observing that most metal polluted soils are from those farms, and that their location coincide with the prevalent wind direction in the studied area. The enrichment index values show that metal concentrations in soils from these farms are above the permissible levels for urban agriculture.

Se determinan por fluorescencia de rayos X las concentraciones de Cr, Co, Ni, Cu, Zn y Pb en los suelos superficiales (0-10 cm) de 10 granjas agrícolas, localizadas en la vecindad de la planta de acero del Cotorro (La Habana, Cuba). Los rangos de concentraciones de Cr, Co, Ni, Cu, Zn y Pb fueron de 54-186, 15-39, 19-137, 50-945, 91-7739 y 21-731 de peso seco respectivamente. Los contenidos medios de metales pesados en los suelos superficiales de las granjas se comparan con los niveles de metales pesados reportados en la literatura para suelos adyacentes a plantas de acero. La normalización de los metales al hierro y la estimación del los índices de polución integral, permitió determinar que los suelos contaminados por metales pesados fueron aquellos, cuya ubicación coincide con la dirección predominante de los vientos en la zona estudiada. Los valores delíndice de enriquecimiento mostraron que las concentraciones de metales pesados en los suelos de esas granjas, superan los niveles permisibles para la agricultura urbana.

XRF analysis of sediments from Nuevitas Bay (Cuba): assessment of current heavy metal contamination / Análisis por FRX de sedimentos de la Bahía de Nuevitas (Cuba): evaluación de la contaminación actual por metales pesados

Concentrations of chromium, nickel, copper, zinc and lead in surface sediments from six stations located in Nuevitas Bay (Cuba) were estimated by X-ray fluorescence analysis. The Cr content in sediments shows a strong variation across the studied stations (89-513 ), in contrast with the other elements studied. The application of modified degree of contamination () classifies as moderate the contamination of Nuevitas Bay. The comparison with Sediment Quality Guidelines (SQGs) and toxicity mean quotients shows that 100 % of the sediments are associated with the occasional presence of possible adverse effects to human health.

Se determinan, mediante el análisis por fluorescencia de rayos X, las concentraciones de cromo, níquel, cobre, zinc y plomo en sedimentos superficiales de seis estaciones de la Bahía de Nuevitas en Cuba. El contenido de cromo se determinó con un intervalo de gran variación (89-513 ) en las estaciones estudiadas. La aplicación del grado de contaminación modificado () clasificó la contaminación de los sedimentos de la Bahía de Nuevitas como de “grado moderado”. La comparación con las Guías de Calidad de Sedimentos y del cociente promedio de toxicidad, mostró que el 100 % de los sedimentos estudiados están asociados a la presencia ocasional de posibles efectos adversos a la salud humana.

Bioaccumulation of zinc in crops and its contribution to Zn intake by Cuban population / Bioacumulación de zinc en cultivos y su contribución a la ingestión de Zn por la población cubana

Zinc content and Zn bioaccumulation in crops (rice and some vegetables and condiments) cultivated in 18 Cuban urban and suburban areas are reported. Zinc content in food and the corresponding farming soil samples was determined by X-Ray Fluorescence analysis and by Atomic Absorption spectrometry. The quality of the analysis was verified using the Certified Reference Materials IAEA 393 «Algae¼, MA-B-3/TM «Fish Tissue Lyophilised¼, IAEA V-10 «Hay¼ and IAEA Soil-7. The obtained results show rice, of the studied crops, as the major Zn bioaccumulator and important Zn source in Cuban human diet.

Se reportan los contenidos de zinc y su bioacumulación en cultivos (arroz, vegetales y condimentos) procedentes de 18 áreas de agricultura urbana y suburbana. El contenido de zinc en los alimentos, así como en sus correspondientes suelos de cultivo, fue determinado por Fluorescencia de Rayos X y por Espectrometría de Absorción Atómica. La calidad del estudio se verificó mediante el análisis de los Materiales de Referencia Certificados IAEA 393 «Algae¼, MA-B-3/TM «Fish Tissue Lyophilised¼, IAEA V-10 «Hay¼ e IAEA Soil-7. Los resultados mostraron al arroz, de los cultivos estudiados, como el cultivo de mayor bioacumulación de zinc y como fuente importante de Zn en la dieta de nuestra población.

Niveles de radionúclidos naturales y metales pesados en suelos urbanos de la ciudad de Cienfuegos, Cuba / Heavy metal and natural radionuclide levels in urban soils from Cienfuegos city, Cuba

Se determinan las concentraciones de metales pesados y radionúclidos naturales en suelos superficiales (0-10 cm) de la ciudad de Cienfuegos, Cuba, mediante las técnicas de fluorescencia de rayos X y espectrometría gamma respectivamente. Los resultados de la medición de metales pesados mostraron que las concentraciones promedio de Ni, Cu, Zn y Pb en los suelos estudiados son superiores a los valores correspondientes de fondo. El cálculo del Índice de Polución Integral permitió determinar que estos suelos presentan una contaminación severa por metales pesados. Las concentraciones de , y en los suelos urbanos de Cienfuegos se encuentran en los intervalos de 8.3-32.7, 3.7-10.7 y 129-356 , con promedios de 22.6, 6.3 y 272 respectivamente, valores que son similares a los reportados para la zona Centro-Sur de Cuba. La tasa de dosis absorbida en aire y la dosis equivalente efectiva anual que recibe la población local producto de la radiación natural es inferior a los límites establecidos internacionalmente. Se determinaron correlaciones positivas significativas de -Cu y -Zn, indicando la posible presencia de una fuente de contaminación por estos elementos en la zona.

Concentrations of heavy metals and natural radionuclides in topsoil (0-10cm) from Cienfuegos city, Cuba, were determined by using X-ray fluorescence analysis and gamma ray spectrometry, respectively. The measured results of heavy metals show that the mean concentrations of Ni, Cu, Zn and Pb in the studied soil samples are higher than their corresponding background values. The calculated results of integrated pollution index of heavy metals indicate that the studied soils present severely heavy metal contamination. The concentrations of , and in the studied soil samples range from 8.3 to 32.7, 3.7 to 10.7 and 129 to 356 with an average of 22.6, 6.3 and 272 , respectively, which are similar than the average concentrations reported for South-central Cuban soils. The air absorbed dose rate and the annual effective dose equivalent received by the local residents due to the natural radionuclides in soil are lesser than the worldwide established limits. A significantly positive -Cu and -Zn correlations were determined, indicating the possible existence of a source of pollution due to the presence of these elements in the area.

Assessment of historical heavy metal content in healing muds from San Diego river (Cuba) using nuclear analytical techniques / Estudio del contenido histórico de metales pesados en lodos medicinales del río San Diego (Cuba) mediante técnicas analíticas nucleares

Behavior of heavy metals (Fe, Co, Ni, Cu, Zn and Pb) content in -dated healing mud profiles from San Diego river outlet (western Cuba) has been studied using X-ray fluorescence analysis. Iron-normalized enrichment factors indicate the Co, Ni, Cu and Zn natural origin (Enrichment Factor ¼ 1), reflecting a low anthropogenic impact to the area in the last 100 years. A minor lead enrichment (EF = 2) in the last few decades was determined. The heavy metal levels in most recent mud (0-5 cm, on mg.kg-1 dry weight) were: Co = 18 ± 2, Ni = 62 ± 8, Cu = 52 ± 2, Zn = 72 ± 4 and Pb = 28 ± 2. The comparison with reported Earth’s upper crust average shales and muds, and with data reported for different muds used for medical purposes shows that heavy metal content in San Diego River mud is suitable for its use with therapeutic purposes.

Se determinan los niveles de metales pesados (Fe, Co, Ni, Cu, Zn y Pb) en perfiles de sedimentos del río San Diego, fechados con la técnica de y mediante la técnica de Fluorescencia de Rayos X. La normalización al hierro de los contenidos de metales pesados indicó el origen natural de los elementos Co, Ni, Cu y Zn, así como un muy moderado enriquecimiento en Pb, reflejando el bajo impacto antropogénico que ha tenido esta área en los últimos 100 años. Los niveles de metales pesados en los lodos más recientes (0-5 cm, en peso seco) fueron: Co = 18 ± 2, Ni = 62 ± 8, Cu = 52± 2, Zn = 72 ± 4 y Pb = 28 ± 2. La comparación con los contenidos de metales pesados, reportados en la literatura en lodos de uso medicinal, mostró que el contenido de metales pesados en los lodos del río San Diego es aceptable para su empleo con fines terapéuticos.

Evaluation of the hurricanes Gustav and Ike impact on healing mud from San Diego river using nuclear and geochemical techniques / Evaluación del impacto de los huracanes Gustav e Ike sobre los lodos medicinales del río San Diego mediante técnicas nucleares y geoquímicas

ABSTRACT Effects induced by hurricanes Gustav and Ike on the characteristics of the San Diego River mud have been studied. X-ray fluorescence analysis, gamma spectrometry and the measurement of some physical andchemical characteristics in mud samples, collected before and after the hurricanes, show that the hurricanes induced changes not only in mud major composition but also in some other mud characteristics. The average sedimentation rate determined by gamma spectrometry in San Diego River outlet allowed to estimate that the original mud characteristics will be recovered no sooner // earlier than after 5-7 years. Further studies on the influence of changes in mud characteristics and in its therapeutic properties as a result of the impact of hurricanes are recommended as well.

RESUMEN Se estudian los efectos inducidos por los huracanes Gustav e Ike en las características principales de los lodos del río San Diego. La fluorescencia de rayos X, la espectrometría gamma y la medición de varios parámetros físico-químicos de lodos, colectados antes y después del paso de los huracanes en septiembre del 2008 mostraron que los huracanes provocaron cambios en la composición mayoritaria y en otras características de los lodos. La tasa de sedimentación promedio determinada por espectrometría gamma en la desembocadura del río San Diego permitió estimar que las características originales de los lodos medicinales no se recobrarán hasta dentro de 5-7 años. Se recomienda estudiar cómo influyen en las propiedades terapéuticas de los lodos, los cambios ocurridos en sus características producto del impacto de los huracanes.

Characterization of the InSTEC’s low-background gamma spectrometer for environmental radioactivity studies / Caracterización del espectrómetro gamma de bajo fondo del INSTEC para estudios de radioactividad ambiental

ABSTRACT The capabilities of the LowBackground Gamma Spectrometer (LBGS) at InSTEC were studied for environmental purposes. Fifty three glines were identified in the LBGS background spectrum. The Minimum Detectable Activity for , , , , and were calculated using the detector’s volumetric efficiency simulated by Monte Carlo method. Validation was performed by absolute and relative analysis of radionuclide activities present in a marine sediment certified material.

RESUMEN Se determinan las potencialidades del Espectrómetro Gamma de Bajo Fondo del InSTEC con fines ambientales. Se identificaron 53 líneas gamma en el espectro de fondo natural del espectrómetro. Se calculan las actividades mínimas detectables para los radionucleidos , , , , and empleando la eficiencia volumétrica del detector simulada por Monte Carlo. Como validación se determinan, por vía absoluta y relativa, las actividades de los radionucleidos presentes en un estándar de sedimento marino.

Uranium Enrichment Determination of the InSTEC Sub Critical Ensemble Fuel by Gamma Spectrometry / Determinación del grado de enriquecimiento del combustible nuclear del conjunto subcrítico del INSTEC por espectrometría gamma

ABSTRACT Lowbackground gamma spectrometry was applied to analyze the uranium enrichment of the nuclear fuel used in the InSTEC Sub Critical ensemble. The enrichment was calculated by two variants: an absolute method using the Monte Carlo method to simulated detector volumetric efficiency, and an iterative procedure without using standard sources. The results confirm that the nuclear fuel of the ensemble is natural uranium without any additional degree of enrichment.

RESUMEN Se analiza el grado de enriquecimiento del uranio del combustible nuclear usado en el Conjunto Subcrítico del InSTEC mediante espectrometría gamma de bajo fondo. El enriquecimiento se calcula tanto por vía absoluta, simulando la eficiencia del detector por Monte Carlo, como por un procedimiento iterativo que no requiere del empleo de muestras estándares. Los resultados confirman que el combustible nuclear es uranio natural sin ningún grado de enriquecimiento adicional.