Caracterización computacional de detextores de Germanio Hiperpuro (HPGe) empleando simulación Montecarlo y optimización mediante algoritmos evolutivos

Abstract

En este trabajo de tesis doctoral se ha establecido una metodología de caracterización computacional de detectores de Germanio Hiperpuro (HPGe), reproducible en un laboratorio de investigación estándar. Dicha metodología consiste en optimizar modelos computacionales de dicho tipo de detectores, implementados en un código de simulación Montecarlo llamado PENELOPE, empleando para la optimización un tipo de algoritmo evolutivo denominado Evolución Diferencial, tanto en su modalidad mono-objetivo (DE) como multi-objetivo (DEMO). Para dicha optimización se parte de un conjunto de eficiencias del pico de absorción total (FEPEs) de referencia correspondientes a uno o unos pocos arreglos muestra-detector y una serie de energías dentro del rango de interés para las medidas de radioactividad ambiental (aproximadamente 40-1800 keV). La función a minimizar escogida es la suma de los cuadrados de las diferencias relativas entre las FEPEs calculadas en PENELOPE y las de referencia. Una vez se ha caracterizado o modelizado el detector, se debe verificar que el modelo construido mediante esta metodología permite realizar calibraciones en eficiencia computacionales para una amplia gama de geometrías y materiales de las muestras, con una precisión y exactitud aceptables. Para el desarrollo y verificación de la metodología de caracterización, tanto las FEPEs tomadas como referencia durante el proceso de optimización, como aquellas empleadas durante la validación de los modelos construidos, han sido calculadas, para un detector dado, mediante el software LabSOCS de Canberra dada su gran flexibilidad y simplicidad a la hora de calcular FEPEs para gran variedad de casos, evitando posibles errores experimentales. Los resultados obtenidos arrojan desviaciones inferiores al 4%, valor correspondiente a la mínima incertidumbre de las FEPEs calculadas mediante LabSOCS, y, por lo tanto, confirmándose la bondad de la metodología propuesta. Una vez desarrollada y verificada la metodología de caracterización de detectores HPGe, ésta se ha aplicado a tres detectores HPGe de dos grupos de investigación en el ámbito de la radiactividad ambiental, empleado datos experimentales tanto como referencia durante la caracterización de los detectores, como para la validación de los modelos de detector construidos. Para el proceso de validación, se han empleado una amplia variedad de muestras (para distintos materiales y geometría de medida), observándose que las FEPEs calculadas mediante PENELOPE empleando de dichos modelos son lo suficientemente exactas y precisas para la calibración en eficiencia durante la medida de muestras ambientales por espectrometría gamma, confirmándose la validez de los modelos computacionales construidos, así como la aplicabilidad de la metodología propuesta en laboratorios de investigación estándar.