Análise comparativa da performance de distintos gamaespectrômetros no estudo da Formação Irati, Bacia do Paraná

Abstract

Radiações possuem diversas aplicações tanto na ciência quanto na vida cotidiana da humanidade. Este trabalho descreve o uso da espectrometria de raios gama no estudo de amostras da Formação Irati, bacia sedimentar do Paraná. Esta técnica permite medir a radiação natural emitida pelos radionuclídeos pertencentes às séries de decaimento do 238U (eU = 226Ra = 214Bi) e 232Th (eTh = 228Th = 208Tl) e 40K presentes nas amostras analisadas. Uma comparação dos resultados obtidos foi realizada para as leituras feitas em quatro detectores gama, um portátil de iodeto de sódio (Digidart NaI(Tl) - ORTEC), um de óxido de germanato de bismuto (BGO) e dois de cristal de NaI(Tl) de bancada, diferindo em sua geometria (Planar/Torre e Poço). A pesquisa buscou identificar o detector mais apropriado para a análise de amostras de rocha da formação estudada, a qual desperta interesse para o setor de óleo e gás. Após as leituras, fez-se uma análise estatística dos dados obtidos para os radionuclídeos, a qual indicou boa resposta dos gamaespectrômetros baseados nos detectores de cintilação de NaI(Tl) para a análise das amostras de rochas, ao permitirem longos tempos de leitura. Os resultados obtidos indicaram valores extremamente significativos do coeficiente de correlação de Pearson entre o cristal tipo Torre (Planar) e Poço (r = 0,75 para tório e r = 0,71 para potássio), além de duas correlações muito significativas entre os detectores Portátil e Torre (r = 0,53 para urânio e r = 0,59 para tório e potássio). Uma última correlação estatisticamente significativa foi encontrada entre os detectores Portátil e Poço para potássio com valor de r = 0,46, além de leituras de tório cerca de duas a três vezes maiores que o urânio, no detector portátil. Relativamente ao espectrômetro BGO, este não apresentou variabilidade significativa nos resultados, por não permitir longos tempos de detecção requeridos para a análise das amostras de rocha da Formação Irati, devido a sua baixa radioatividade. Algumas diferenças nos resultados obtidos pelos gamaespectrômetros puderam ser atribuídas a fatores geométricos, tamanho das amostras e formatos, bem como protocolo adotado para a preparação das amostras.

Radiation has several applications both in science and in the everyday life of humanity. This work describes the use of gamma ray spectrometry in the study of samples from the Irati Formation, Paraná sedimentary basin. This technique allows measuring the natural radiation emitted by radionuclides belonging to the decay series of 238U (eU = 226Ra = 214Bi) and 232Th (eTh = 228Th = 208Tl) and 40K present in the analyzed samples. A comparison of the obtained results was made for the readings performed in four gamma ray detectors, a portable sodium iodide (Digidart NaI(Tl) - ORTEC), a bismuth germanate oxide (BGO) and two bench NaI(Tl) crystals, differing in their geometry (Planar/Tower and Well types). The research aims to identify the most appropriate detector for the analysis of rock samples from the studied formation, which arouses interest for the oil and gas sector. After the readings of rock samples, a statistical analysis of the obtained data for radionuclides was performed, which indicated a good response of gamma spectrometers based on NaI(Tl) scintillation detectors as they allow longer counting times. The results indicated extremely significant Pearson’s coefficient correlation values between the crystals Tower (Planar) and Well (r = 0.75 for thorium and r = 0.71 for potassium). Additionally, it was also found two very significant correlations between the Portable and Tower detectors (r = 0.53 for uranium and r = 0.59 for thorium and potassium). A last statically correlation was found between the detectors Portable and Well for potassium with value of r = 0.46, despite the thorium readings where about two or three times higher than the uranium ones. Regarding the BGO spectrometer, it did not present significant variability in the results, as it did not allow longer detection times as required for the analysis of rock samples from Irati Formation, due to its low radioactivity. Some differences in the obtained results by gamma spectrometers could be attributed to geometric factors, sample size and formats, as well as the protocol adopted for sample preparation.