Activación neutrónica cíclica para la determinación del contenido en flúor de muestras de mineral de fluorita

Abstract

Esta tesis trata de un método de laboratorio para la determinación del contenido en flúor en muestras de espato flúor procedentes de distintos puntos de una planta de concentración. El método está basado en la técnica de activación neutrónica, y ya fue estudiado previamente en una tesis doctoral titulada “Desarrollo de un método rápido basado en técnicas de activación neutrónica para la determinación del contenido en flúor de muestras de mineral de fluorita” (Universidad de Oviedo, 2007). Consiste en exponer la muestra de espato flúor a la emisión de neutrones procedentes de una fuente de Americio-Berilio y provocar la reacción 19F(n, α) 16N. El producto de la reacción es radiactivo y decae con un tiempo de decaimiento de 7,13 s, emitiendo una radiación gamma característica de 6,128 MeV. La radiación gamma es directamente proporcional al contenido en flúor y éste solo se encuentra en la fluorita. Por lo tanto, la intensidad de la radiación gamma es directamente proporcional a la ley de fluorita en la muestra. Siguiendo las recomendaciones previas formuladas en la tesis anterior, se ha elaborado un nuevo equipo de laboratorio de manera que se pueda realizar un proceso de activación de varios ciclos iguales de activación y lectura, con tiempos de activación, lectura y desplazamiento de la muestra controlados en milisegundos. Por otra parte, se ha empleado, además del detector NaI utilizado en experimentos anteriores, un detector de radiación gamma del tipo BGO. El nuevo prototipo dispone de un motor lineal que permite controlar de forma precisa la posición y el movimiento de la muestra, y se ha modificado la disposición del portamuestras que sigue conservando la forma cilíndrica, pero ahora tiene el eje horizontal para facilitar su desplazamiento. Este cambio de geometría ha supuesto un empeoramiento de la respuesta respecto al prototipo anterior. Sin embargo, la realización de la activación cíclica y el uso del detector BGO hacen que el resultado final de la activación cíclica sea superior a la activación única con el prototipo original. Se ha modelizado y diseñado un proceso de activación cíclica caracterizado porque el primer ciclo de activación es diferente al resto, buscando optimizar la intensidad de la radiación gamma. Se ha contrastado este modelo con los resultados experimentales, y se ha comprobado que son similares y mejores que con la activación cíclica de ciclos iguales. Se ha alcanzado, con las mejoras realizadas en el prototipo y en el experimento, una excelente correlación entre la ley de las muestras según el análisis químico y según el análisis de activación neutrónica con coeficientes de correlación superiores a 0,99.

This thesis discusses a laboratory method for determining fluorine grade in fluorspar samples from different parts of a concentration plant. This methodology is based on the use of neutron activation, and has previously been studied in the dissertation, “Desarrollo de un método rápido basado en técnicas de activación neutrónica para la determinación del contenido en flúor de muestras de mineral de fluorita” (University of Oviedo, 2007). It consists of exposing a sample of fluorspar to emissions from an Americium-Beryllium source in order to cause the reaction 19F(n, α)16N. The product of this reaction is radioactive, with a decay time of 7.13 s, and emits characteristic gamma rays of 6.128 MeV. The level of gamma radiation is directly proportional to the fluorine grade, and fluorine is only found in fluorite. As such, the intensity of the gamma rays is directly proportional to the fluorite grade in the sample. Based on the recommendations made in the previous thesis on this subject, new laboratory equipment was devised in order to achieve an activation cycle with several equal activation and counting cycles, in which activation, counting and move times were controlled down to the milliseconds. Also, in addition to the NaI detector used in previous experiments, a BGO gamma ray detector was employed as well. The new prototype is equipped with a linear motor, which makes it possible to control the sample's position and movement with increased precision. The position of the sample carrier has also been modified; it is still cylindrical, but is now on a horizontal axis, making it easier to move. This change in geometry was actually worse for the response than that of the previous prototype. However, the use of both cyclic activation as well as the BGO detector have made for a better end result than the original prototype achieved using the single activation process. The cyclic activation process modeled and designed in this thesis is characterized by an initial activation cycle that is different from subsequent cycles, in order to optimize the intensity of the gamma rays. This model was contrasted with the experimental results, and it was found that they are similar, and better than the results of cyclic activation using equal cycles. Due to the improvements made to the prototype and the experiment, an excellent correlation was found between the grade of the samples based on chemical analysis on the one hand, and on neutron activation analysis on the other, with correlation coefficients above 0.99.