Estrategias para la caracterización radiactiva de carbones. Aplicación a carbones vegetales

Abstract

Aunque el carbón mineral y el carbón vegetal son materiales que presentan composición y propiedades similares, son obtenidos mediante procesos muy diferentes. Este hecho hace que el contenido radiactivo de ambos sea diferente. El objetivo de este trabajo es estudiar dicho factor diferenciador para desarrollar un procedimiento que permita distinguir ambos tipos de materiales, incluso en condiciones especialmente dificultosas. Estudiamos los isotopos de origen natural de las series radiactivas del 238U y 232Th junto con el 40K, e isotopos de origen antropogénico como el 137Cs y 134Cs utilizando dos técnicas complementarias.

Las muestras serán analizadas por espectrometría de radiación gamma. La calibración en eficiencia del detector, basándonos en métodos de simulación por Monte Carlo, tendrá en cuenta la variación de la curva de eficiencia en función de las densidades de los carbones estudiados. Ciertos radionúclidos de interés no podemos determinarlos mediante esta técnica, siendo necesario acudir a la espectrometría de partículas alfa. La dureza y compresión de los carbones dificulta la digestión completa de las muestras y su posterior análisis radioquímico. Vamos a desarrollar, comparar y validar dos procedimientos radioquímicos específicos para el análisis de carbones.

Mediante espectrometría de masas, determinaremos el contenido de 14C presente en carbones minerales y carbones vegetales.

Finalmente, nos proponemos elaborar un procedimiento que permita diferenciar ambos tipos de carbón basado en el análisis de los resultados obtenidos.

Coal and charcoal have different origin and age, being coal more ancient material than charcoal. However, they present similar physical and chemical characteristics. But they have distinct radioactive contents.

The subject of this project is to develop a procedure to characterize coal and charcoal samples based on their radioactive content. The first assay was by gamma-ray spectrometry, which allowed a part of the radioactive content to be determined rapidly, cleanly, and non-destructively. The efficiency will be calibrated by the "efficiency transfer" method, using a Monte Carlo simulation code to take the density of each carbon sample into account. Then, alpha-particle spectrometry was applied to assay the content in those radionuclides which are difficult to determine precisely by gamma-ray spectrometry. This second technique requires prior chemical purification of the carbon sample in order to separate the corresponding radionuclides of interest from others that would interfere with the measurements.

The activity concentrations of the natural radionuclides 228Th, 228Ra, 226Ra, and 40K, and of the anthropogenic nuclides 137Cs and 134Cs were determined by gamma-ray spectrometry, and those of 232Th, 230Th, 228Th, 238U, and 234U by alpha-particle spectrometry.

14C content present in coals and charcoal will be determined by mass spectrometry.

The final procedure will be based on the discussion of the results obtained of the radioactive content of the coal and charcoal samples.