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.

Measurement of the photoeffect cross section and the K-absorption edge energy of Dy, Ta, Pt and Au atoms using Bremsstrahlung / Medición de la sección eficaz de fotoefecto y de la energía del borde de absorción K de los átomos Dy, Ta, Pt y Au utilizando radiación de frenado

An experimental setup to determine the K-shell photoelectric cross-section of Dy, Ta, Pt and Au atoms was implemented at the Nuclear Analytical Laboratory (LAN) of the InSTEC. Bremsstrahlung photons, produced by - beta particles hitting a thin Ni converter, were used to irradiate the target under study. A HPGe detector, coupled to standard nuclear instrumentation, collected the incident and transmitted spectra. A sharp decrease in intensity at the K-shell binding energy was observed in the transmitted spectra. The photon beam divergence effects were corrected with a calibration curve calculated with Monte Carlo simulations (MCNPX 2.6). In order to establish accurately the cross section at the K-edge energy, the obtained data was processed by two methods: fitting the total cross section to a sigmoidal function, as well as the cross section branches around the K-edge to the empirical law . The Empirical Law method was introduced in this work to minimize the detector resolution effects. The results were compared with experimental and theoretical values showing the best agreement when the thinner targets were used. For the first time the photoeffect cross section at the K-edge energy for Pt is reported at first time.

Se determina la sección eficaz fotoeléctrica de la capa K de los átomos Dy, Ta, Pt y Au en un arreglo experimental desarrollado en el Laboratorio Analítico Nuclear del InSTEC. Los blancos bajo estudio se irradiaron con fotones de frenado producidos en un radiador de Ni por las partículas beta emitidas por una fuente de -. Los espectros incidentes y de transmisión se colectaron en un detector de germanio hiperpuro, acoplado a su instrumentación nuclear estándar. En los espectros de transmisión se observó un decrecimiento agudo de la intensidad correspondiente a la energía del borde K. Los efectos de interacciones múltiples del haz fotónico en las láminas blanco se corrigieron a través de una curva de calibración calculada mediante simulaciones Monte Carlo (MCNPX 2.6). Con vistas a garantizar la mejor precisión en la determinación de la sección eficaz para la energía del borde K, los datos obtenidos se ajustaron según dos comportamientos funcionales en esta región: una sigmoide y una ley empírica del tipo . Este último método se introdujo en el trabajo y permite minimizar los efectos resolutivos. Los resultados obtenidos se compararon con valores teóricos y experimentales, mostrando mayor concordancia cuando se emplean blancos finos. Se reporta, por primera vez, la sección eficaz de fotoefecto en el borde K del platino (Pt).

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.

Monte Carlo based geometrical model for efficiency calculation of an n-type HPGe detector.

A procedure to optimize the geometrical model of an n-type detector is described. Sixteen lines from seven point sources ((241)Am, (133)Ba, (22)Na, (60)Co, (57)Co, (137)Cs and (152)Eu) placed at three different source-to-detector distances (10, 20 and 30 cm) were used to calibrate a low-background gamma spectrometer between 26 and 1408 keV. Direct Monte Carlo techniques using the MCNPX 2.6 and GEANT 4 9.2 codes, and a semi-empirical procedure were performed to obtain theoretical efficiency curves. Since discrepancies were found between experimental and calculated data using the manufacturer parameters of the detector, a detail study of the crystal dimensions and the geometrical configuration is carried out. The relative deviation with experimental data decreases from a mean value of 18-4%, after the parameters were optimized.

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.

Análisis ambiental por activación neutrónica de sedimentos de la Bahía de La Habana / A study of environmental analysis of havana bay sediments using neutron activation analysis

RESUMEN Se realizó el análisis por activación neutrónica instrumental de sedimentos superficiales de la bahía de La Habana, Cuba. Se reportaron las concentraciones de 23 elementos (metales pesados y trazas), reportándose, por primera vez un grupo importante de elementos tierras raras (La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Yb y Lu). La normalización de los resultados a un metal de referencia demostró la presencia antropogénica de Sb, Ba, As, Cr y Zn producto de la descarga de residuales domésticos e industriales.

ABSTRACT Surface sediments from the Havana Bay (Cuba) were analyzed by instrumental neutron activation analysis (INAA). Concentrations of 23 heavy and trace elements in the sediments were reported, including for the first time, an important group of REE (La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Yb and Lu). The normalization of the results for a reference metal shows that an anthropogenic Sb, Ba, As, Cr and Zn inputs are due to discharges of sewage and industrial effluent.