interpretación de datos espectrométricos de rayos gamma en la

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
CIENCIAS DE LA TIERRA
UNIDAD TICOMÁN
INTERPRETACIÓN DE DATOS
ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS
GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA
T E S I S
PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO GEOFÍSICO
P R E S E N T A :
ARACELI GARCÍA CRUZ
ASESOR:
DR. ENRIQUE COCONI MORALES
MÉXICO, D.F.
OCTUBRE 2011.
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
AGRADECIMIENTOS
GRACIAS A DIOS
Que me ha permitido llegar hasta este momento para convertirme en profesionista, por haberme dado unos
padres tan maravillosos y una vida plena hasta el día de hoy.
GRACIAS A MIS PADRES DANIEL Y LEONARDA
Mis palabras no bastarían para agradecerles su apoyo y su comprensión en los momentos difíciles. Gracias
por haber alentado en mí el deseo de superación y anhelo de triunfo en la vida, por compartir mis penas y
mis alegrías, mis pequeñas victorias y dolorosos fracasos. Gracias por brindarme su apoyo, sus consejos, y
en los momentos difíciles alentarme a seguir adelante, porque jamás permitieron que callera, porque pese a
todo siempre hicieron lo posible para que nunca me faltara nada.
Papi gracias porque día a día me diste tu apoyo para que al fin llegara este momento, porque en ti tengo
el más grande ejemplo de que cuando uno se esmera siempre consigue lo que se propone.
Mamita, gracias por ese inmenso amor que no cabe en tu corazón, por la devoción hacia tus hijos, por tus
consejos, por tu paciencia, por todas esa cosas maravillosas que te hacen ser el ser mas especial en este
universo.
GRACIAS A MIS HERMANOS EDGAR Y RICARDO
Por su cariño incondicional, por su compañía, porque sin ellos mi infancia nunca hubiera sido tan feliz y
divertida, por esa chispa que día a día le deban a mi vida cuando en ocasiones me sentía desvanecer.
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TECUANIPAN, PUEBLA.
GRACIAS A MI AMOR ALEJANDRO
Por tu apoyo, comprensión y amor. Gracias por siempre escucharme y alentarme a nunca darme por
vencida. Eres lo mejor que me ha pasado y solo tú y yo sabemos lo que hemos tenido que superar.
GRACIAS A MI ASESOR DR. ENRIQUE COCONI MORALES
Por su guía en el transcurso de este proyecto, por sus conocimientos compartidos, su paciencia y sus
consejos.
GRACIAS ING. MARCOS GAONA
Por tu apoyo en la culminación de este proyecto, tus consejos; por compartir tus conocimientos, pero
sobretodo por esa enorme paciencia que me tienes.
GRACIAS A CADA UNO DE MIS MAESTROS
Que ahora son parte de mi formación como profesionista. Gracias por el placer de haber sido su alumna.
GRACIAS A MIS AMIGOS
Porque esa parte importante de ser estudiante radico en gran medida en la compañía a mí alrededor.
Porque sin ustedes nada hubiera sido lo mismo, porque reímos y sufrimos juntos, porque simplemente la
escuela no hubiera sido divertida sin ustedes. Porque siempre los llevare en mi corazón y ustedes saben
quiénes son.
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INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
ÍNDICE
RESUMEN………………………………………………………………………………………7
ABSTRACT……………………………………………………………………………………..8
INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………….......9
ANTECEDENTES…………………………………………………………………………......10
OBJETIVO……………………………………………………………………………………..12
CAPITULO 1. MARCO GEOLÓGICO.
1.1.
GEOLOGÍA………………………………………………………………………………13
1.2.
LOCALIZACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO……………………………………….14
1.3.
VIAS DE COMUNICACIÓN…………………………………………………………....16
CAPITULO 2. MARCO TEÓRICO Y PRINCIPIOS FÍSICOS………………………………………..18
2.1.
RADIACTIVIDAD………………………………………………………………………18
2.2.
TIPOS DE RADIACIÓN………………………………………………………………...19
2.3. SERIES DE DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA……………………………………..26
2.4. RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL………………………………………………………..31
2.5. SISTEMAS DE DETECCIÓN DE RADIACIONES…………………………………….32
2.6. ELEMENTOS Y MINERALES RADIACTIVOS………………………………………33
2.6.1.
URANIO……………………………………………………………………………….33
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INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
2.6.1.1. MINERALES QUE CONTIENEN URANIO……………………………………….34
2.6.2.
TORIO………………………………………………………………………………...35
2.6.2.1. MINERALES QUE CONTIENEN TORIO………………………………………….35
2.6.3.
POTASIO……………………………………………………………………………..36
CAPITULO 3. ADQUISICIÓN Y PROCESADO DE DATOS…………………………...37
3.1. METODOLOGÍA…………………………………………………………………………37
3.2. EQUIPO UTILIZADO…………………………………………………………………...38
3.3. FUNCIONAMIENTO DEL TUBO FOTOMULTIPLICADOR…………..…………….40
3.4. SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS)………………..……………….41
3.5.
LECTURA DE DATOS DE ESTUDIO........................................................................43
CAPITULO 4. INTERPRETACIÓN.................................................................................45
4.1.
MAPA DE ANOMALÍAS……………………………………………………………….45
4.2. PERFILES…...……………………………………………………………………………52
CONCLUSIONES..............................................................................................................57
RECOMENDACIONES……………………………………………………………...............58
BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………………………59
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INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
LISTA DE FIGURAS
1. COLUMNA GEOLÓGICA-ESTRATIGRÁFICA DE LA SIERRA NEVADA…….14
2. LOCALIZACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO……………………………………15
3. UBICACIÓN DE PUNTOS…………………………………………………………..16
4. VÍAS DE ACCESO…………………………………………………………………...17
5. EMISIÓN DE PARTÍCULAS ALFA…………………………………………………20
6. EMISIÓN DE PARTÍCULAS BETA…………………………………………………20
7. EMISIÓN DE PARTICULAS GAMMA……………………………………………...21
8. TRAYECTORIA DE LOS RAYOS ALFA, BETA Y GAMMA EN UN CAMPO
MAGNÉTICO PERPENDICULAR AL PLANO …………………………………….22
9. PODER DE PENETRACIÓN DE LOS RAYOS ALFA, BETA Y GAMMA EMITIDOS
POR UNA FUENTE RADIACTIVA…………………………………………………23
10. EFECTO COMPTON………………………………………………………………….24
11. EFECTO FOTOELÉCTRICO…………………………………………………………24
12. INTERACCIÓN DE LOS RAYOS GAMMA CON LA MATERIA…………………25
13. DESINTEGRACIÓN DE LA SERIE DEL TORIO…………………………………...28
14. DESINTEGRACIÓN DE LA SERIE DEL NEPTUNIO……………………………...29
15. DESINTEGRACIÓN DE LA SERIE DE URANIO…………………………………..30
16. DESINTEGRACIÓN DE LA SERIE DE ACTINIO (A=4n+3)………………………31
17. EQUIPO UTILIZADO…………………………………………………………………39
18. ANÁLISIS ESPECTRAL………………………………………………………………39
19. FUNCIONAMIENTO DEL TUBO FOTOMULTIPLICADOR………………………41
20. LÍNEAS DE CAMINAMIENTO………………………………………………………46
21. MAPA GEOLÓGICO Y RESPUESTA DE CUENTA TOTAL………………………47
22. MAPA GEOLÓGICO Y RESPUESTA DE POTASIO………………………………..48
23. MAPA GEOLÓGICO Y RESPUESTA DE TORIO…………………………………..50
24. MAPA GEOLÓGICO Y RESPUESTA DE URANIO………………………………...51
25. RESPUESTA RADIOMÉTRICA DE LA LÍNEA 10…………………………………53
26. RESPUESTA RADIOMÉTRICA DE LA LÍNEA 20…………………………………54
27. RESPUESTA RADIOMÉTRICA DE LA LÍNEA 30…………………………………55
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INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
RESUMEN
El presente estudio se realizó en una superficie de 100km2 aproximadamente, ubicada en el
Municipio de Tecuanipan Estado de Puebla.
Uno de los métodos que se utilizan en la exploración geofísica es el levantamiento
espectrométrico, que consiste en la medición de las variaciones de rayos gammas con la
finalidad de trazar un mapa de la distribución de los elementos radiactivos principales:
Potasio (K), Uranio (U) y Torio (TH).
En primera instancia se delimitó el objetivo del estudio, una vez planteado se prosiguió a
obtener la carta geológica para conocer estructuras predominantes en el área, la carta
topográfica para conocer rutas y puntos de acceso, así como imágenes satelitales y mapas
de google maps.
Se realizó un caminamiento que consta de 3 líneas irregulares distribuidas en la zona para
mejor cubrimiento del área, tomando una lectura de datos con un espectrómetro de rayos
gamma portátil GRM-260 en puntos estratégicos a lo largo de cada una de las líneas
marcadas. Posteriormente los datos fueron revisados y procesados.
Se realizo un mapa y un perfil de cada una de las líneas para conocer a lo largo de ellas
como se encuentra distribuidos los elementos radiactivos.
Finalmente se prosiguió a la interpretación con un modelo geológico.
Se concluye que la realización del presente estudio permitió visualizar la distribución de
radioelementos en la zona así como verificar el alcance de dicho método.
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INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
ABSTRACT
Summary this study was conducted in an area of 100 km 2 approximately, located in the
municipality of Tecuanipan State of Puebla.
One of the methods that are used in
geophysical exploration is the lifting spectrometric, which consists in measuring changes in
gamma rays in order to map the distribution of major radioactive elements: potassium (K),
uranium (U) and thorium (TH).
In the first instance delimit the objective of the study, raised once continued to get the
geological letter to meet prevailing structures in the area, the topographic letter to
determine routes and points of access, as well as satellite imagery and maps from google
maps.
A walking which consists of 3 irregular lines distributed in the area for better coverage of
the area took place taking a reading of data with a portable GRM-260 gamma ray
spectrometer at strategic points along each of the marked lines. Later data were reviewed
and processed.
A map and a profile of each of the lines took place to meet over them as the radioactive
elements were distributed.
Finally continued the interpretation at a geological model.
Concludes that the implementation of the present study allowed visualize the distribution of
elements in the area as well as verify the scope of this method.
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INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
INTRODUCCIÓN
El método de espectrometría está basado en la detección de la radiactividad emitida por los
elementos que se encuentran en las rocas y suelos, se utiliza fundamentalmente para la
prospección de yacimientos minerales.
La radiactividad es un fenómeno completamente natural que ha existido en la Tierra desde
siempre. Como consecuencia de la existencia de numerosos núcleos de elementos que son
inestables, los cuáles, al pasar a un estado de estabilidad se transforman en otro tipo de
elementos con la emisión de determinadas partículas alfa, que son núcleos de Helio, y beta
que son electrones, o de fotones gamma (radiación electromagnética). Esta transformación
se llama radiactividad y el proceso se denomina desintegración radiactiva. Tal es el caso del
Radio-226 que tras la emisión de una partícula alfa se transforma en Radón-222.
Son muchos los elementos radiactivos existentes, sin embargo son 3 isótopos que emiten
radiación gamma con suficiente intensidad para poder medirla. Estos tres isótopos son el
Potasio (K), Uranio (U) y Torio (Th), la localización de estos isótopos en la Tierra depende
no de sus propiedades nucleares, sino de sus propiedades químicas. Los tres son elementos
fácilmente oxidables. Sus óxidos poseen una densidad relativamente baja y se presentan,
por tanto, en la corteza terrestre en vez del manto y en el núcleo metálico. Las
concentraciones de estos isótopos en las rocas y suelos proveen ayuda para localizar
depósitos minerales, permite saber las concentraciones de algunas rocas y sirve también
para medir el riesgo a la salud, así como medir la radiación creada por la contaminación
artificial.
El presente estudio consistió en medir la radiactividad emitida por las rocas al NW de
Puebla. Al finalizar el levantamiento, los datos adquiridos fueron analizados para
posteriormente ser procesados, cabe mencionar que con los mismo se realizó una
configuración para su posterior interpretación.
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INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
ANTECEDENTES
El descubrimiento de la radiactividad del mineral de uranio, llevado a cabo en 1896 por
Becquerel, facilitó la comprensión de la estructura atómica. En los años siguientes se
comprobó que la radiación de los materiales radiactivos estaba formada por tres tipos de
emisiones: los llamados rayos alfa, beta y gamma. Rutherford estableció que los primeros
eran núcleos de átomos de helio, y Becquerel demostró que los segundos eran electrones
muy rápidos. Los rayos gamma resultaron ser radiación electromagnética de muy alta
frecuencia. En 1898, los físicos franceses Marie y Pierre Curie aislaron dos elementos muy
radiactivos, el Radio y el Polonio, a partir del mineral de Uranio, con lo que demostraron
que las radiaciones pueden identificarse con determinados elementos. En 1903, Rutherford
y el químico y físico británico Frederick Soddy demostraron que la emisión de rayos alfa o
beta provoca la transmutación del núcleo del elemento emisor en un núcleo de un elemento
diferente. Poco después se comprobó que los procesos radiactivos son aleatorios y sólo se
pueden estudiar desde un punto de vista estadístico, no existe ningún método para indicar
qué núcleo de un átomo de un material radiactivo se desintegrará en un momento dado.
Estos avances, además de llevar al modelo atómico de Rutherford y Bohr, también sugerían
que los rayos alfa, beta y gamma sólo podían proceder de núcleos de átomos muy pesados.
En 1919, Rutherford bombardeó núcleos de Nitrógeno con partículas alfa y los convirtió en
núcleos de Hidrógeno y Oxígeno, con lo que logró la primera transmutación artificial de
elementos.
En la década de los años setenta, existía un problema de carácter mundial debido a la
carencia de energéticos, por lo que muchos países decidieron incrementar la exploración,
explotación y beneficio de los minerales radiactivos y la construcción de plantas nucleares
para producción de energía eléctrica. México también participó en esa intensificación de
actividades, iniciando la construcción de la planta Nucleoeléctrica Laguna Verde.
La exploración de minerales radiactivos en México empezó en 1955, estando a cargo del
Organismo Público Federal denominado Comisión Nacional de Energía Nuclear (CNEN);
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INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
Posteriormente en 1972, dicho organismo se transforma en Instituto Nacional de Energía
Nuclear (INEN) y finalmente, en 1979, el INEN se divide en tres: Instituto Nacional de
Investigaciones Nucleares, Comisión Nacional de Seguridad Nuclear y Salvaguardias, y
Uranio Mexicano (URAMEX), este último creado para desarrollar la etapa minera del
Ciclo Nuclear (exploración, explotación y beneficio de los minerales radiactivos).
Las reservas de Uranio evaluadas parcialmente o en su totalidad por Uramex en el país se
localizan en los estados de: Sonora, Chihuahua, Nuevo León, Tamaulipas, Zacatecas, Baja
California Sur, Durango, Oaxaca y San Luis Potosí. Siendo solo tres proyectos los que se
iniciaron; el proyecto Los Amoles en el estado de Sonora, el proyecto Peña Blanca en el
estado de Chihuahua y el proyecto La Coma en el estado de Nuevo León, quedando todos
estos inconclusos por el cierre de esta empresa.
En lo que se refiere a la zona de Puebla, se han llevado a cabo estudios de tipo radiactividad
total, espectrometría de rayos gamma, así como magnetometría y estudio geológico.
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INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
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OBJETIVOS
-
Ayudar a definir litología, composición de suelo, y principalmente depósitos de
minerales radiactivos a partir de su emisión de radiación gamma de los principales
isótopos que son K, U y Th.
-
Correlacionar la litología del área de estudio con los resultados del método de
espectrometría de rayos gamma.
-
Verificar los alcances del método para este tipo de estudios
12
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
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CAPITULO 1. MARCO GEOLÓGICO
1.1. GEOLOGÍA
Dentro del Campo Volcánico Sierra Nevada se encuentra el volcán Popocatépetl. Se
considera que esta sierra se formó en el Mioceno Tardío-Pleistoceno Temprano. La
formación Popocatépetl, forma un conjunto que se ha desarrollado en el volcán
Popocatépetl. Las Andesitas-Basaltos San Nicolás, se encuentran expuestas en la falda del
volcán Popocatépetl, consiste básicamente de un derrame de composición AndesíticaBasáltica.
Demant A. (1979), realiza una interpretación geodinámica del vulcanismo del Eje
Neovolcánico Transmexicano, dice que este vulcanismo se da como resultado de la
subducción desde el Mioceno Tardío del sistema de placas Rivera-Cocos, debajo de una
placa continental deformada y fracturada. Divide al eje en tres partes: Fosa tectónica TepicChapala, Fosa tectónica de Colima y Sectores Central y Oriental del Eje Neovolcánico
Transmexicano. En relación al eje Neovolcánico argumenta que es una zona volcánica
orientada E-W, inicia su actividad en el Oligoceno-Mioceno y se prolonga hasta el
Cuaternario. El Eje Neovolcanico se encuentra fragmentado por un sistema de grabens N-S
o NW-SE, la litología que presenta corresponde a Basaltos, Andesitas y Dacitas de carácter
calcoalcalíno.
Formación Popocatépetl: Esta Formación fue definida por Fries C. (1966) como Riodacita
Popocatépetl quien incluyo bajo este nombre los derrames lávicos emitidos por el centro
eruptivo del Popocatépetl. Mooser F. (1974) incluyen al volcán Popocatépetl en lo que se
domino Sierra Nevada y le asignaron una edad del Plioceno Tardío. (Figura 1)
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INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
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Figura 1. Columna Geológica - Estratigráfica de la Sierra Nevada, modificada SGM, 2000
1.2.LOCALIZACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO
El área de estudio se localiza dentro del Eje Neovolcánico Transmexicano (Demant., 1979),
el cual es una expresión fisiográfica de 920 Km de extensión, que divide a la porción
intermedia de la Republica Mexicana, desde el Océano Pacifico hasta el Golfo de México y
es producto de la activa subducción de la Placa de Cocos en la trinchera de Acapulco. El
Eje Neovolcánico está constituido por rocas y edificios volcánicos de carácter calcoalcalíno
de edad Miocénica, con una orientación general E-W y corta las principales provincias
Terciarias de México.
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INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
Basalto, Brecha Volcánica Basáltica (Bvb).-Pertenecientes al Terciario en el punto
se encuentra en frentes de lava Basáltica caóticamente interestratificada con
tezontle, a los cuales le sobreyacen Tobas Básicas. En la periferia de la unidad se
encuentran bancos de préstamos que son explotados para la fabricación de ladrillos.
Basalto (B).- Pertenecientes al Terciario, el afloramiento se encuentran en una
ventana de erosión, son Basaltos vesiculares de tono rojizo y textura afanítica,
subyacen a Tobas Básicas y Brechas Volcánicas Básicas.
Tobas Basálticas (Tb).-Pertenecientes al Terciario, se encuentran Tobas de lapilli y
de grano fino interestratificadas con tezontle y fragmentos de rocas.
Figura 2. Localización de la Zona de Estudio. Carta Geológico-Minera
Sus coordenadas geográficas son: los paralelos 19º 13' 32'' y 19º 06'36" de latitud Norte y
los meridianos 98º 20'18" y 98º 39'00'' de longitud Occidental. (Figura 2)
En la siguiente figura se localizan los puntos donde fueron tomados los datos con los cuales
se trabajaron. (Figura 3)
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INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
Figura 3. Ubicación de Puntos. Google Earth, 2010
1.3. VÍAS DE COMUNICACIÓN.
La autopista México-Puebla atraviesa el municipio por la parte Noreste. La carretera
federal Puebla-Tlaxcala entra al municipio por el Sureste, pasa por la cabecera municipal y
con dirección Norte llega a la ciudad de San Martín Texmelucan. De la cabecera municipal,
parte hacia el Oeste, una carretera secundaria que atraviesa el municipio sin salir de él. El
resto de éste se encuentra comunicado por medio de caminos de terracería y brechas.
(Figura 4)
16
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
Figura 4. Vías de Acceso, Google Earth 2010
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INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
CAPITULO 2. MARCO TEÓRICO Y PRINCIPIOS FÍSICOS
2.1. RADIACTIVIDAD
Se entiende como radiactividad a la desintegración espontánea de núcleos atómicos
mediante la emisión de partículas subatómicas llamadas partículas alfa y beta, y de
radiaciones electromagnéticas denominadas rayos gamma.
La radiactividad es la propiedad en virtud de la cual algunos elementos que se encuentran
en la naturaleza, como el Uranio, se trasforman, por la emisión de partículas (alfa, beta y
gamma), en isótopos, que pueden ser o no a su vez radiactivos.
La radiactividad es por tanto, un fenómeno natural que juega un papel decisivo en el
desarrollo de la física atómica y nuclear. A principio del siglo XX Rutherford y Soddy
descubrieron el gas radiactivo Radón (Rn), observando su asociación con el Torio (Th), el
Actinio (Ac) y el Radio (Ra), además descubrieron la mayoría de las leyes fundamentales
relativas a la radiactividad.
El proceso de decaimiento radioactivo es espontáneo y se sujeta a una ley exponencial. Esta
ley se expresa de la siguiente manera:
N
N
0
e
t
(2.1)
En donde N es el número de átomos radioactivos en el tiempo t, N0 es el número inicial de
átomos para t=0, y
la constante de decaimiento o parámetro de decaimiento, que es una
característica de cada radioisótopo. Sin embargo, el parámetro de decaimiento se describe
mediante el tiempo medio de vida (T1/2), que se define como el tiempo necesario para que
se produzca el decaimiento de la mitad de los átomos. De la ecuación anterior se demuestra
que:
T1/2= ln (2/ )
(2.2)
18
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
El tiempo medio de vida de los radioisótopos puede variar desde menos de un segundo
hasta millones de años. Pronto se reconoció que la radiactividad era una fuente de energía
más potente que ninguna de las conocidas. Los Curie midieron el calor asociado con la
desintegración del Radio (Ra) y establecieron que 1 gramo de Radio (Ra) desprende
aproximadamente unos 420 julios (100 calorías) de energía cada hora. Este efecto de
calentamiento continúa por varias horas ó años, mientras que la combustión completa de un
gramo de carbón produce un total de 34,000 julios (8,000 calorías) de energía en una hora
máximo.
2.2. TIPOS DE RADIACIÓN
En el centro de todo átomo hay un núcleo formado por protones, electrones y neutrones
unidos unos contra otros. Cuando su número es muy elevado el núcleo es inestable y busca
la estabilidad mediante la expulsión de algunas partículas.
Los procesos que se desarrollan en el interior de un núcleo en busca de su estabilidad
determinan la emisión de las distintas formas de radiación conocidas como: alfa ( ), beta
( ) y gamma ( ), llamadas así según el orden cronológico de su descubrimiento.
La expulsión de partículas alfa, consiste de dos protones y dos neutrones produciendo un
núcleo resultante con dos unidades menos de carga (Z) y cuatro unidades menos de masa
(A), (Z=Z-2, A=A-4), como se muestra en la Figura 5.
19
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
Figura 5. Emisión de Partículas Alfa (Encarta 2006)
Sabemos que un neutrón es una partícula constituyente de todos los núcleos de número
másico superior a uno, es decir de todos los núcleos, salvo el Hidrogeno. Los neutrones
libres que no forman parte de un núcleo atómico se producen en este tipo de emisiones,
cuando este neutrón libre es expulsado del núcleo, el neutrón es -inestable y se desintegra
para dar lugar a un protón, un electrón y un neutrino (partícula sin carga ni masa). Por lo
que podemos definir como emisión de partículas
la expulsión de un electrón y un
neutrino produciendo un núcleo con una unidad mas de carga pero con la misma masa
(Z=+1 A=A) como se muestra en la Figura 6.
Figura 6. Emisión de Partículas Beta (Encarta 2006)
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INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
La expulsión de rayos gamma, son radiaciones electromagnéticas invisibles y muy
penetrantes de la misma naturaleza y velocidad que las radiaciones de los rayos X pero con
una mayor frecuencia, se muestra su representación en la Figura 7.
Figura 7. Emisión de Partículas Gamma (Encarta 2006)
Dichas partículas se diferencian por su poder de penetración en capas absorbentes alrededor
de la muestra radiactiva, además por su comportamiento en los campos eléctricos y
magnéticos como se muestra en la Figura 8.
En un campo magnético la trayectoria de las partículas beta se desvían hacia el polo
positivo mientras que las partículas alfa lo hacen hacia el polo negativo y los rayos gamma
no son desviados en absoluto, gracias a estos experimentos sé descubrió que las partículas
alfa ( ) tienen carga positiva (+) y se desvían menos porque son más pesadas que las
partículas beta ( ) las partículas beta ( ) tienen carga negativa (-) y los rayos gamma ( )
son eléctricamente neutros.
21
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
Figura 8. Trayectoria de los Rayos Alfa, Beta y Gamma en un Campo Magnético Perpendicular al Plano de la Figura
(Encarta 2006)
Los núcleos emiten radiación alfa, beta y gamma a velocidades enormes. Las partículas alfa
resultan frenadas y detenidas al pasar por la materia, sobre todo debido a su interacción con
los electrones de dicha materia.
Las partículas beta salen a velocidades mucho mayores que las partículas alfa, por lo que
penetran bastante más en la materia, aunque el mecanismo de frenado es esencialmente
similar. Sin embargo, a diferencia de las partículas alfa, las partículas beta son emitidas a
diferentes velocidades, y sus emisores se distinguen entre sí por las velocidades máximas y
media. La distribución de la energía de las partículas beta (y por tanto sus velocidades)
exige la hipótesis de la existencia de una partícula sin carga ni masa denominada neutrino;
todas las desintegraciones beta están acompañadas de una emisión de neutrinos.
La distancia recorrida por los rayos gamma es varias veces mayor que las partículas beta, y
en algunos casos estos rayos pueden atravesar varios centímetros de Plomo.
22
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
Figura 9. Poder de Penetración de los Rayos Alfa, Beta y Gamma Emitidos por una Fuente Radiactiva (Encarta 2006)
Una alternativa de la desintegración gamma es que un núcleo excitado puede volver a su
estado fundamental. Un núcleo excitado viene representado por un asterisco después de su
símbolo: por ejemplo el
87
38Sr
* hace referencia a un
87
38Sr
en estado excitado.
Los núcleos excitados vuelven a su estado fundamental por medio de la emisión de fotones
cuya energía corresponda a la diferencia entre los estados inicial y final de la transición de
que se trate. Los fotones emitidos por los núcleos tienen valores de energía hasta de varios
Megaelectronvolts (MeV).
Tres son los efectos responsables de la absorción de los rayos gamma por la materia. Estos
efectos son los siguientes:
Efecto Compton: Un fotón (fotón incidente) de rayos gamma, de longitud de onda ,
colisiona con un electrón libre de la materia provocando la emisión de un electrón
llamado “de retroceso” y de un fotón de longitud de onda ’, superior a la longitud de
onda . El fotón dispersado pasa a propagarse en una dirección que forma un ángulo
con la dirección de propagación del fotón inicial. Al ser la longitud de onda ’ superior
a la longitud de onda
la energía del fotón dispersado es inferior a la del fotón
incidente.
23
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
Figura 10. Efecto Compton. (Encarta 2006)
Efecto Fotoeléctrico: Es la formación y liberación de partículas eléctricamente cargadas
que se producen en la materia cuando es irradiada con luz u otra radiación
electromagnética. Es decir cuando un electrón libre de una superficie de un conductor
metálico es golpeado por un fotón, absorbe la energía del mismo. Si el fotón tiene la
suficiente energía, el electrón es expulsado del metal. Si el fotón tiene más energía que
la necesaria para expulsar al electrón, le transferirá esta energía adicional en forma de
energía cinética. Sin embargo, la máxima energía posible de los electrones emitidos
sólo depende de la frecuencia del fotón incidente y no de su intensidad.
e-
e-
e-
eLamina metálica
Figura11. Efecto Fotoeléctrico (Encarta 2006)
24
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
Producción de pares de electrones: En el tercer tipo de absorción, se observa
especialmente cuando se irradian elementos de masa atómica elevada con rayos gamma
de muy alta energía. Cuando un fotón de alta energía penetra en la capa electrónica
cercana al núcleo, puede crear un par de electrones con carga positiva llamados
positrones. El fotón necesita una energía de al menos 1.2 MeV para proporcionar la
masa del par, el exceso de energía se cede al par de electrones en forma de energía
cinética.
Figura 12. Interacción de los Rayos Gamma con la Materia (Beiser, 1965)
25
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
2.3. SERIES DE DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA
Son radiactivos todos los elementos naturales de número atómico superior al del Bismuto
(Bi) (z=83, Z= Numero Atómico). Con este número son también radiactivos algunos
isótopos del Bismuto (Bi-214), del Plomo (Pb-210 y Pb-214) y el Talio (Tl-210). La
desintegración de cada substancia tiene características específicas muy distintas de las
demás substancias radiactivas, es decir, poseen una actividad.
La actividad de una muestra de material radiactivo es la proporción en que los núcleos de
sus átomos constituyentes se desintegran. La actividad de un radioisótopo disminuye
exponencialmente con el tiempo, la unidad de actividad natural es “desintegraciones por
segundo”. Así, por ejemplo, en el Uranio-238 por cada gramo de materia se producen unas
18,000 desintegraciones por segundo, y este valor es del orden de una millonésima de la del
Radio. En principio, se adoptó como unidad la actividad de 1 gramo de Radio, equivalente
a 3,70 x 1010 desintegraciones/segundo y que recibió el nombre de curio (Cm). La unidad
actual es el becquerel (Bq), que equivale a un núcleo desintegrado/segundo.
La actividad de una muestra radiactiva es proporcional al número de núcleos radiactivos
presentes, N, donde
es la constante radiactiva, la cual es independiente del estado físico
o químico del elemento que se desintegra. Si
mientras que si
es muy grande, el elemento es muy activo,
tiene un valor muy pequeño, el elemento es muy poco activo.
La mayor parte de los elementos radiactivos encontrados en la naturaleza son miembros de
cuatro series radiactivas. Cada serie está formada de una sucesión- de productos que
proceden en último término de un sólo núcleo. Por ejemplo la serie de desintegración
radiactiva denominada de Uranio tiene como elemento natural al Uranio-238 y su producto
final es un isótopo no radiactivo del Plomo (Pb-206). Todos los miembros de esta serie
tienen un rasgo común: si se resta 2 a sus números másicos se obtienen números
exactamente divisibles por 4, es decir, sus números másicos pueden expresarse mediante la
sencilla fórmula 4n + 2, donde n es un número entero.
26
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
Las cuatro series conocidas son descritas a continuación:
Números
másicos
Serie
Progenitor
Semivida, años
Producto final
estable
4n
Torio
90Th-232
1,39 x 1010
82Pb-208
4n + 1
Neptunio
93Np-237
2,25 x 106
0
83 Bi-209
4n + 2
Uranio
92U-238
4,51 x 109
82Pb-206
4n +3
Actinio
92U-235
7,07 x 108
8282Pb-207
Tabla 1. Series de Desintegración Radiactiva (Beiser, 1965)
La secuencia de la desintegración alfa y beta que conduce desde el elemento original al
producto final de cada serie se muestran a continuación de la Figura 13 a la 16.
27
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
Figura 13. Desintegración de la Serie del Torio (A=4n) Beiser, 1965
En ésta serie la desintegración del
83Bi-212
puede producirse por emisión alfa y
posteriormente por emisión beta o al revés, para finalmente llegar a un 82Pb-208.
28
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
Figura 14. Desintegración de la Serie del Neptunio (Beiser, 1965)
29
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
Figura 15. Desintegración de la Serie del Uranio (Beiser. 1965)
30
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
Figura 16. Desintegración de la Serie del Actinio (A=4n+3). Beiser, 1965
2.4. RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
La radiación artificial proviene de fuentes creadas por el hombre. Los televisores y los
aparatos utilizados para hacer radiografías médicas son las fuentes más comunes de las que
recibimos radiación artificial. La radiación generada en las centrales nucleares pertenece a
este grupo de radiación.
La radiación artificial total recibida por el ser humano es del orden del 12% de todas las
radiaciones recibidas y se puede clasificar de la siguiente manera:
Televisores y Aparatos domésticos: 0.2%
Centrales Nucleares:
0.1%
31
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
Radiografías Médicas:
11.7%
La mayor parte del uso de la radiación artificial es en el ámbito médico. Los rayos X se
utilizan en medicina para descubrir muchos problemas físicos y enfermedades. También
usan las radiaciones para curar el cáncer u otras enfermedades graves. Otro uso es el caso
de las Centrales Nucleares que producen electricidad, de donde muchas industrias se
benefician de este tipo de aplicación de la radiación artificial.
2.5. SISTEMAS DE DETECCIÓN DE RADIACIONES
Detección Fotográfica: Las emanaciones procedentes de substancias radiactivas afectan a
las placas fotográficas al igual que la luz común. El descubrimiento de la radiactividad por
Becquerel se debió a la exposición inesperada de una placa de este tipo envuelta en papel
negro que se colocó cerca de una muestra cerrada de un compuesto que contenía sulfato de
Potasio y Uranio. Una vez revelada y fijada la placa, pudo relacionarse la intensidad de la
mancha con la cantidad de radiación que chocó contra ella. La detección cuantitativa de la
radiación por este método es difícil y tediosa.
Detección por Fluorescencia: Las substancias fluorescentes pueden absorber radiación de
alta energía como los rayos gamma y emitir posteriormente luz visible (este tipo de
detección es el que actualmente se utiliza). Al absorber la radiación los átomos que la
reciben, saltan a estados electrónicos excitados. Los electrones excitados regresan a un
estado basal mediante una serie de transiciones en algunas de las cuales se emite la luz
visible. Este método puede emplearse para la detección cuantitativa de la radiación
empleando un instrumento llamado contador de centelleo, este principio es el que utiliza el
espectrómetro de rayos gamma el cual se emplea en la adquisición de este tipo de datos.
Cámaras de Nebulización: La cámara de nebulización original fue creada por C.T.R.
Wilson en 1911, contiene aire saturado con vapor. Las partículas emitidas por las
substancias radiactivas ionizan las moléculas de aire de la cámara y cuando ésta se enfría se
condensan gotas de líquido sobre los iones. Es posible seguir la trayectoria de las partículas
32
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
observando los rastros que quedan en la niebla. Estos pueden fotografiarse para estudiarse
con detalle.
Contadores de Ionización de Gas: El contador de ionización de gas más común es el
contador Geiger-Muller. Este contador es un aparato que indica la presencia de partículas
alfa, beta, protones, rayos x y rayos gamma. Cuando estas radiaciones penetran en el tubo
de vidrio sellado del instrumento, el gas que contiene, libera electrones que pasan a un
alambre conductor con carga positiva (+), este paso breve de corriente se amplifica y
produce ruidos en un altavoz, también hace funcionar un contador que registra el numero
de partículas. Este contador se utiliza para detectar la radiactividad. Pueden emplearse
ventanas con distintas potencias de detección para admitir solo radiación con ciertas
potencias de penetración.
2.6.
ELEMENTOS Y MINERALES RADIACTIVOS
Se les llama minerales radioactivos a todos aquellos en cuya composición intervienen uno o
más elementos radioactivos ya sea como constituyentes principales como accesorios. Por su
origen, pueden clasificarse en dos grandes grupos, primarios y secundarios. Se les llama
primarios a todos aquellos formados por precipitación directa de soluciones de filiación
magmática; y secundarios a los que resultan de la alteración de los primarios ya sea por la
acción del Intemperísmo o de cualquier proceso (Coppens R., 1969).
2.6.1. URANIO
Elemento químico situado en el grupo lllb del sistema periódico formando parte del
subgrupo del actinio. Símbolo, U; n.° at., 92; p. at., 238 .
El Uranio natural es una mezcla de tres isotopos de masas 234, 235 y 238, siendo este
ultimo el más abundante.
El uranio se encuentra ampliamente distribuido en la corteza terrestre, se presenta en
pequeñas cantidades en casi todos los tipos de roca, así como disuelto en aguas marinas y
33
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
continentales. Se estima que el Uranio se encuentra presente en la Corteza Terrestre en una
porción del orden de 0.0003% (3 gramos por tonelada de roca) y cada mil toneladas de
agua marina alrededor de 1 gramo.
2.6.1.1 MINERALES QUE CONTIENEN URANIO.
Se conocen más de cien minerales que contienen Uranio, de los cuales solamente unos
cuantos poseen las propiedades físicas y químicas y se presentan en concentraciones tales,
que permiten la obtención del Uranio ya sea solo con otros elementos.
URANINITA.- La Uraninita es esencialmente un Oxido de Uranio UO2 y UO3 CON 50 A
80% de U3O8, presentándose en forma de cristales cúbicos u octaedrales. Tiene una
gravedad específica de 8 a 10.5 y exhibe un color negro, negro verdoso y negro grisáceo.
Se le encuentra más comúnmente en Pegmatitas pero también es un constituyente de cierta
importancia en casi todos los yacimientos hipogenéticos, encontrándose íntimamente
asociadas con su variedad masiva la pechblenda.
PECHBLENDA.- Variedad masiva de la Uranita UO3 con 50 a 80% de U3O8, es el
componente principal de todos los yacimientos más importantes y es el que ha
proporcionado la mayor parte de todo el Uranio producido en el mundo, tiene una gravedad
especifica que varía entre 6 y 9, se le encuentra en forma de masas irregulares, a menudo
con estructura botroidal. Se encuentra principalmente en vetas de tipo mesotermal, lo
mismo que en Rocas Ígneas y metamórficas; y en depósito tabulares estratificados en Rocas
Sedimentarias.
DAVIDITA.- Este mineral es un Oxido de tierras raras, Fierro y Titanio, con un contenido
de 7 a 10% de UO8, tiene una dureza de 5 a 6 y su gravedad especifica es de 4.5, su color
varia de gris oscuro a negro con lustre vítreo submetálico. Se le encuentra más comúnmente
en masas angulares e irregulares, algunas veces presenta contornos de cristal, se deposita en
vetas hidrotermales, posiblemente a mayor presión y temperatura que la pechblenda.
34
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
CARNOTITA.- Es un Venadato de Potasio y Uranio K2O-2UO3V2O5.nH2OUO3 con 50 a
55% de U3O8, de él se ha obtenido la mayor parte de Uranio en los yacimientos secundarios
y es el mineral de mayor importancia económica dentro de los de su clase, tienen una
dureza de 2 a 3 y una gravedad especifica de 3.5 a 3.9, por lo común se le encuentra como
polvo formado por partículas amorfas o de agregados microcristalínos, compacto en
ocasiones, o bien como costras constituidas por minerales aplanados e imperfectos.
URANOFANO.- Es un Silicato Hidratado en Uranio y Calcio con formula
CaO.2UO3.2SIO2.6H2O con 65% de U3O8, tiene una dureza de 2 a 3 y una gravedad
especifica de 3.81 a 3.90, el cual se presenta en pequeños prismas aciculares formando
agregados radiales, o más compactas con estructura fina y fibrosa. Es un constituyente
importante de los depósitos secundarios de calizas y de areniscas.
2.6.2. TORIO
Este elemento tiene el numero atómico 90, un peso atómico de 232.12 y no tiene isotopos
fisionables con el Uranio, pero siendo bombardeado por neutrones se transforma en Uranio
233, que es un material fisionable.
Se encuentra distribuido ampliamente en la naturaleza pero en cantidades relativamente
pequeñas. Se han estimado en 0.001% en contenido de Torio en la Corteza Terrestre,
alrededor de 10 gramos por tonelada de roca y por lo tanto tres veces más abundante que el
Uranio. Solamente se conoces dos minerales en los que el Torio es el principal
constituyente y son: Orangita (ThS1O4) y Torianita (ThUO2).
2.6.2.1. MINERALES QUE CONTIENEN TORIO
La cantidad de minerales que contienen Torio es pequeña, en comparación con el Uranio,
debido principalmente a que el Torio no forma minerales secundarios, se presentan en
Granitos y Pagmatítas lo mismo que en depósitos derivados de esas rocas. Únicamente
35
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
existen dos minerales en los que el Torio es el principal constituyente, los demás son
compuestos de tierras raras.
MONACITA.- Es un Fosfato de tierras raras, principalmente del grupo del cerio, que
contiene de 1 a 15% de oxido de Torio ThO2 y cantidades variables de UO2 y UO3, tiene un
color negro a pardo y un lustre submetalico, opaco o grasoso, su dureza varia de 5 a 7 y su
gravedad especifica es alrededor de 9. Se presenta generalmente es Pegmatitas Granitos y
Genises en forma de pequeños cubos.
TORITA.- Es un silicato de Torio ThSiO4 que puede contener hasta 80% de ThO2 y hasta
un 25% de U3O8, se presenta e pequeños cristales prismáticos de sección cuadrada y
extremos piramidales, semejantes a los del zircón, tiene una dureza de 4.5 a 5 y una
gravedad especifica que varía de 4 a 6. La Torita ocurre en pequeñas cantidades en
Granitos, Gneises y Pegmatitas, así como en arenas y gravas derivadas de tales rocas.
2.6.3 POTASIO
El Potasio es un elemento químico de la tabla periódica cuyo símbolo es K y cuyo número
atómico es 19. El potasio constituye del orden del 2,4% en peso de la Corteza Terrestre
siendo el séptimo más abundante. Debido a su solubilidad es muy difícil obtener el metal
puro a partir de sus minerales. Aun así, en antiguos lechos marinos y de lagos existen
grandes depósitos de minerales de Potasio (Carnalita, Langbeinita, Polihalita y Silvina) en
los que la extracción del metal y sus sales es económicamente viable. Se conocen diecisiete
isótopos de Potasio, tres de ellos naturales 39K (93,3%), 40K (0,01%) y 41K (6,7%).
36
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
CAPITULO 3. ADQUISICIÓN Y PROCESADO DE DATOS
3.1. METODOLOGÍA
A continuación se explica en qué consiste y lo que se realizó en cada una de estas etapas:
RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN
La información recopilada fue a través de las cartas de Huejotzingo, Puebla en una escala
1:50 000, tanto Geológica como Topográfica.
Fue así como se ubico:
- La zona de estudio
37
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
- Las vías de comunicación
ADQUISICIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS
-Equipo utilizado
-Levantamiento radiométrico
PROCESAMIENTO DE DATOS
Análisis de los datos obtenidos de campo
Conversión de coordenadas geográficas a coordenadas UTM
Creación de una base de datos en el software GEOSOFT
Generación de un mapa de contornos
Finalmente se realizó la interpretación de los datos radiométricos correlacionando las
anomalías radiométricas con la geología de la zona de estudio.
3.2. EQUIPO UTILIZADO
El Espectrómetro de Rayos-Gamma, o (GRS), es un instrumento para medir la distribución
de la intensidad de la radiación gamma en comparación con la energía de cada fotón.
El espectrómetro de rayos gamma proporciona una medida directa de la superficie de la
tierra, con una penetración a poca profundidad.
Se diseña para detectar los rayos gamma asociados a los elementos radiactivos y para
clasificar exactamente los rayos gamma detectados por sus energías respectivas.
El instrumento empleado fue un espectrómetro de Rayos Gamma GRM-260 el cual tiene
dimensiones de 270mm de largo, 130mm de ancho y 180mm de alto con un peso de 2.8kg,
38
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
el cual contiene un detector de Nal (Tl) de 2”x2” con fotomultiplicador y escudo
magnético, el rango de su energía Gamma es de 3 MeV, con estabilizador espectral de 137Cs
(16kBq) (Figura 17) y cuenta con un analizador espectral de 256 canales. (Figura 18).
Figura 17. Instrumento utilizado GRM-260
Radiación Cósmica
Tl-208
TH (CANAL 205-239)
(2410 - 2810 KeV)
Bi-214
U (CANAL 141-158)
(1660 - 1860 KeV)
K (CANAL 116-133)
(1370 - 1570 KeV)
K-40
CUENTA TOTAL (CANAL 35-239)
(400 - 2810 KeV)
ENERGIA (KeV)
CANAL
Figura18. Análisis espectral
39
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
3.3. FUNCIONAMIENTO DEL TUBO FOTOMULTIPLICADOR
Un tubo Fotomultiplicador (TPM) es un detector de luz extremadamente sensible que
brinda una correcta salida proporcional de la intensidad de la luz. En el espectrómetro el
TPM se acopla ópticamente en una sola cara expuesta del cristal. Cuando el cristal emite un
fotón de luz este atraviesa la celosía transparente del cristal al tubo, donde este convierte la
luz en un pulso eléctrico cuya amplitud es proporcional a la energía inicial de la partícula
gamma.
El TPM es un tubo de vacío de vidrio que tiene una favorable carga de fotocátodos, ánodos
y una serie de dínodos conectados. Cuando la luz desciende en la carga de fotocátodos
arroja un electrón que se acelera por el ánodo- potencial y golpea al primer dínodo. Este
ejecuta a los electrones más distantes que continúan bajo el cambio del dínodo, causando
una cascada de procesos. El resultado pasa a ser un pulso negativo en la salida del TPM que
tiene una amplitud proporcional a la energía de la partícula gamma que ha sido excitada.
Existe una “ventana óptica” entre la cara del cristal de NaI y el TPM. El objetivo de
cualquier espectrómetro de rayos gamma es de maximizar el acoplamiento óptico entre las
dos caras en el orden de minimizar la atenuación de intensidad de luz.
Esta es una práctica común para adicionar una masa óptica entre la cara del cristal de NaI y
del TPM. La masa óptica es un silicón claro “lubricado” que mejora el acoplamiento óptico
entre las dos superficies. Otro beneficio de esta masa, es que ésta absorbe la vibración que
existe entre las dos caras.
La ganancia del TPM depende del voltaje individual del dínodo. Un alto voltaje
suplementario es usado con una red de división de voltaje resistiva para proporcionar
convenientemente voltajes ínterdínodos. (Figura 19)
40
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
Figura 19. Funcionamiento del tubo fotomultiplicador
3.4. SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS)
El Global Positioning System (GPS) o Sistema de Posicionamiento Global (más
conocido con las siglas GPS, aunque su nombre correcto es NAVSTAR-GPS ) es un
sistema global de navegación por satélite (GNSS) que permite determinar en todo el mundo
la posición de un objeto, una persona, un vehículo o una nave, con una precisión hasta de
centímetros, usando GPS diferencial, aunque lo habitual son unos pocos metros.
El GPS funciona mediante una red de 27 satélites (24 operativos y 3 de respaldo) en órbita
sobre el globo, a 20.200 km, con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie de
la Tierra.
Cuando se desea determinar la posición, el receptor que se utiliza para ello localiza
automáticamente como mínimo tres satélites de la red, de los que recibe unas señales
indicando la posición y el reloj de cada uno de ellos. Con base en estas señales, el aparato
sincroniza el reloj del GPS y calcula el retraso de las señales; es decir, la distancia al
41
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
satélite. Por "triangulación" calcula la posición en que éste se encuentra. La triangulación
en el caso del GPS, a diferencia del caso 2-D que consiste en averiguar el ángulo respecto
de puntos conocidos, se basa en determinar la distancia de cada satélite respecto al punto de
medición.
Conocidas las distancias, se determina fácilmente la propia posición relativa respecto a los
tres satélites. Conociendo además las coordenadas o posición de cada uno de ellos por la
señal que emiten, se obtiene la posición absoluta o coordenadas reales del punto de
medición. También se consigue una exactitud extrema en el reloj del GPS, similar a la de
los relojes atómicos que llevan a bordo cada uno de los satélites.
42
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
3.5. LECTURA DE LOS DATOS DE ESTUDIO
DIA
MUESTRA
X (UTM)
Y (UTM)
TC
K
U
TH
05/02/2010
1
569121
2105914
447.9
1.3
0.1
0.1
05/02/2010
2
568935
2105474
441.6
1.4
0.7
0.1
05/02/2010
3
568547
2105343
450.8
1.9
0.7
0.3
05/02/2010
4
567952
2105028
430
0.7
0.6
0
05/02/2010
5
567347
2104242
450.5
1.1
0.8
0.2
05/02/2010
6
566940
2103798
427.4
1.7
0.1
0.3
05/02/2010
7
566326
2103178
439.4
1
0.2
0
05/02/2010
8
565716
2102425
465.8
1
0.7
0
05/02/2010
9
565393
2101963
451.6
0.4
0.4
0.2
05/02/2010
10
564706
2101918
483.3
0.9
0.3
0.3
05/02/2010
11
564120
2102325
469.1
1
0.4
0.2
05/02/2010
12
562184
2103262
459.4
1.3
0.4
0.3
05/02/2010
13
562184
2103262
468.1
0.8
1
0
05/02/2010
14
561408
2102780
495.1
1.8
1.2
0.3
05/02/2010
15
560688
2103063
490.7
1.6
1.7
0.1
05/02/2010
16
560592
2103118
483.7
1.6
1.5
0.3
05/02/2010
17
560647
2103247
472.8
1.3
0.4
0
05/02/2010
18
560697
2104117
475.3
0.7
0.3
0.3
27/02/2010
1
559749
2106850
365
1.2
0.2
0.1
27/02/2010
2
559153
2105919
386.8
2.8
0.7
0.3
27/02/2010
3
559376
2105677
386.8
1.9
0.7
0.3
07/03/2010
1
571501
2107239
437.3
1.10
0.70
0.50
07/03/2010
2
570566
2106958
434
1.40
0.60
0.20
07/03/2010
3
569512
2106761
394.3
1.50
0.40
0.10
07/03/2010
4
568575
2106465
405.2
2.00
1.00
0.10
07/03/2010
5
567746
2106149
388.2
1.90
0.50
0.20
43
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
07/03/2010
6
566721
2105844
422.2
1.60
0.70
0.10
07/03/2010
7
565813
2105653
401.2
1.90
0.80
0.20
07/03/2010
8
564977
2105518
409.4
1.10
0.80
0.00
07/03/2010
9
563917
2105975
399.6
1.60
0.50
0.30
07/03/2010
10
563009
2106642
387.8
1.10
0.40
0.30
07/03/2010
11
562235
2106630
428.8
1.20
0.80
0.20
12/03/2010
1
553866
2107692
371
1.3
1
0.2
12/03/2010
2
553712
2107563
373.1
1.8
0.3
0.3
12/03/2010
3
553703
2107366
459.8
1.8
1.1
0.2
12/03/2010
4
553903
2107250
405.3
1.6
0.9
0.3
12/03/2010
5
554091
2106795
466.5
1.8
0.4
0.2
12/03/2010
6
554132
2106614
424.7
2.5
1.2
0.1
12/03/2010
7
554218
2106371
433.4
1.4
0.9
0
12/03/2010
8
554342
2105865
419.7
2.2
0.3
0.2
12/03/2010
9
554480
2105687
382.2
1.7
0.6
0.1
12/03/2010
10
554577
2105521
400.3
1.6
0.4
0.1
12/03/2010
11
554697
2105318
387.2
1.5
1
0.3
12/03/2010
12
554725
2105906
410.1
1.4
0.6
0.5
12/03/2010
13
554814
2106410
391.5
2
0.4
0.2
12/03/2010
14
555298
2106827
393.7
1.3
1.1
0
Tabla 2. Datos del Levantamiento
44
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
CAPITULO 4. INTERPRETACIÓN
4.1.
MAPA DE ANOMALIAS
Una vez que inicia el levantamiento se genera una base de datos dentro del software
Geosoft en la cual se incluye la información de la producción de todos los días, el primer
paso es revisar los perfiles de todos los canales de tal manera que se pueda observar la
información que se va generando, así se puede editar y preparar los datos para iniciar el
proceso final.
A continuación se presentan los perfiles originales de la línea No.10, línea No.20 y línea
No.30 de las cuatro Ventanas espectrométricas obtenidas, en la Figura 20 se marcan los
caminamientos realizados, en la Figura 21 se presenta el perfil del conteo de la ventana de
Cuenta Total, en la figura 22 se encuentra el perfil de la ventana del conteo del Potasio, en
la figura 23 el perfil de la ventana de Th y por ultimo en la Figura 24 se presenta el perfil
de la ventana correspondiente al Uranio. (Unidad CPS)
45
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
Figura 20. Líneas de caminamiento
En la figura anterior se muestra el caminamiento de las líneas denominadas: 10, 20 y 30
46
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
Totales(cps)
2106000
2104000
558000
560000
562000
564000
566000
568000
495
490
485
480
475
470
465
460
455
450
445
440
435
430
425
420
415
410
405
400
395
390
385
556000
escala de colores
0
2000
4000
Figura 21. Distribución de TC
6000
En la figura 21 se muestra el mapa de la distribución a la respuesta radiométrica en la
ventana de cuenta total (TC) de la línea 10, 20 y 30 respectivamente. Donde la intensidad
de CPS va de bajos radiométricos (azul) a altos radiométricos (magenta).
Se puede observar que en la línea 10 hay un bajo conteo en la parte E (no más de 400 cps),
donde la línea de caminamiento comienza desde la zona de San Agustín con un ambiente
de Ceniza Volcánica en su mayoría, hasta llegar al Nealtican donde el conteo sube hasta
480 cps por tratarse de una zona basáltica.
En la línea 20, con un caminamiento de E a W, se observa de la misma manera un conteo
bajo comenzando en la zona de San Luis Tehuioloyoacan que resalta un alto radiométrico
de 400 cps al pasar por una zona basáltica.
47
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
En la línea 30, con un caminamiento irregular se tocan zonas de relleno, de ceniza
volcánica, de toba basáltica y de basalto respectivamente, observando en la distribución de
colores el cambio en el aumento de CPS.
k(cps)
2106000
2104000
568000
0.4
0.5
0.6
566000
0.7
0.8
0.9
564000
1
1.1
1.2
1.3
562000
1.4
1.5
1.6
1.7
560000
1.8
1.9
2
558000
2.1
556000
escala de colores
0
2000
4000
6000
Figura 22. Distribución de K
En la figura 22 se muestra el mapa de la distribución a la respuesta radiométrica en la
ventana de Potasio (k) de la línea 10, 20 y 30 respectivamente. Donde la intensidad de CPS
va de bajos radiométricos (azul) a altos radiométricos (magenta).
Se observa que la distribución es muy parecida a la obtenida en el mapa de TC, esto es
debido a que el radioelemento predominante en la zona es el potasio.
48
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
Se puede observar que en la línea 10 hay un bajo conteo en la parte E (no más de 1.20 cps),
donde la línea de caminamiento comienza desde la zona de San Agustín con un ambiente
de Ceniza Volcánica en su mayoría, hasta llegar al Nealtican donde el conteo sube hasta 1.8
cps por tratarse de una zona basáltica.
En la línea 20, con un caminamiento de E a W, se observa de la misma manera un conteo
bajo comenzando en la zona de San Luis Tehuioloyoacan que resalta un alto radiométrico
de 2.0 cps al pasar por una zona basáltica.
En la línea 30, con un caminamiento irregular se tocan zonas de relleno, de ceniza
volcánica, de toba basáltica y de basalto respectivamente, observando en la distribución de
colores el cambio en el aumento de cuentas hasta 2.2 cps.
49
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
TH(cps)
2106000
2104000
558000
560000
562000
564000
566000
568000
0.5
0.48
0.46
0.44
0.42
0.4
0.38
0.36
0.34
0.32
0.3
0.28
0.26
0.24
0.22
0.2
0.18
0.16
0.14
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0
556000
escala de colores
0
2000
4000
6000
Figura 23. Distribución de Torio
En la figura 23 se muestra el mapa de la distribución a la respuesta radiométrica en la
ventana de Torio (Th) de la línea 10, 20 y 30 respectivamente. Donde la intensidad de CPS
va de bajos radiométricos (azul) a medios radiométricos (amarillo).
Se observa en la línea 10 un conteo de 0.16 cps al comienzo de la línea y un mínimo
aumento al continuar la línea hacia el W cuando toca con la zona basáltica.
De la misma forma en la línea 20 y 30 se nota este mínimo cambio y luego regresa a su
color verde que denota una similar y mínima distribución de torio en la zona.
50
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
U(cps)
2106000
2104000
568000
0
0.1
0.2
566000
0.3
0.4
0.5
0.6
564000
0.7
0.8
0.9
562000
1
1.1
1.2
1.3
560000
1.4
1.5
1.6
1.7
558000
1.8
556000
escala de colores
0
2000
4000
6000
Figura 24. Respuesta de U
En la figura 24 se muestra el mapa de la distribución a la respuesta radiométrica en la
ventana de Uranio (U) de la línea 10, 20 y 30 respectivamente. Donde la intensidad de CPS
va de bajos radiométricos azul claro, azul fuerte, verde claro, verde fuerte y por ultimo
amarillo.
Se observa en la línea 10 un conteo de 0.40 cps al comienzo de la línea y un mínimo
aumento hasta 0.55 al continuar la línea hacia el W cuando toca con la zona basáltica.
De la misma forma en la línea 20 y 30 se nota este mínimo cambio y luego regresa a su
color verde que denota una similar y mínima distribución de torio en la zona.
51
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
4.2. PERFILES
A continuación se muestran los perfiles de la línea 10, 20 y 30 respectivamente para cada
uno de los canales de TC, K, Th, U de los datos obtenidos de cada una de las ventanas
espectrales, en una escala de CPS.
52
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
km
Figura 25. Respuesta línea 10
53
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
km
Figura 26. Respuesta línea 20
54
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
Figura 27. Respuesta línea 30
55
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
Para cada una de las líneas 10, 20 y 30 respectivamente se puede observar los picos (altos
radiométricos) cuando el perfil toca las zonas basálticas en los canales de TC y K, mientras
que se tiene una lectura casi constante en el canal de U y Th.
Como se observa la respuesta que nos arrojan los datos obtenidos es que en la zona de
estudio hay una gran abundancia de rocas potásicas, esto debido a que el K se encuentra en
altas concentraciones en el basalto. Por esta misma razón los perfiles de K y TC son muy
similares, ya que es lo que se encuentra en mayor concentración.
Mientras que los perfiles de Th y U son muy similares y únicamente se encuentra en
pequeñas concentraciones.
56
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
CONCLUSIONES.
.
Las anomalías más representativas se localizan en el límite del cambio litológico de
Basaltos a ceniza volcánica debido a que las rocas volcánicas básicas al intemperisarse
dan origen a minerales radioactivos de la familia del Potasio.
De los tipos de levantamientos que existen para adquirir los datos espectrométricos se
eligió el levantamiento terrestre, por la complejidad de los accesos a las zonas
volcánicas y poder adquirir datos más precisos y estimar las anomalías inmediatas
haciendo el método más confiable.
La espectrometría de rayos Gama es un método Geofísico confiable para la industria de
la minería al medir las concentraciones de elementos radiactivos individuales como la
base para hacer un mapeo de rocas y suelos en virtud de sus firmas espectrales y así
obtener ubicaciones para la posible explotación.
57
INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
RECOMENDACIONES.
Se recomienda tomar muestras geológicas de la zona de estudio para poder
analizar de manera detallada los tipos de minerales en la zona de estudio.
Se recomienda realizar un levantamiento espectrométrico de rayos gamma,
ampliando el área de estudio para definir las anomalías y poder correlacionarlas
con los eventos ocurridos.
Se recomienda realizar estudios de magnetometría ya que ayudará a
proporcionar mejor información de los eventos ocurridos y poder relacionarlos
con la geología de la zona.
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INTERPRETACIÓN DE DATOS ESPECTROMÉTRICOS DE RAYOS GAMMA EN LA REGIÓN DE
TECUANIPAN, PUEBLA.
BIBLIOGRAFÍA.
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Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura Unidad Ticomán, Inédita.
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TECUANIPAN, PUEBLA.
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