Simulación del sondeo de la humedad del suelo con neutrones cósmicos atmosféricos

Abstract

Utilizando los conocimientos adquiridos en el Grado, así como los específicos de Física de Neutrones, se estudia en este trabajo una actualización de una técnica existente desde mediados del siglo XX para determinar la humedad del terreno mediante la dispersión neutrónica por los núcleos de hidrógeno. A diferencia de las fuentes neutrónicas artificiales, usadas anteriormente, se considera el uso de neutrones naturales, formados como resultado de reacciones nucleares en la atmósfera catalizadas a partir de altas energías aportadas por rayos cósmicos procedentes del espacio. Se emplea el método de simulación Monte-Carlo para calcular las trayectorias de los neutrones que entran en el suelo y son rebotados al aire, llegando a puntos alejados en los que se calcula el flujo de neutrones que alcanzarían un detector emplazado sobre el suelo según se ha propuesto recientemente. Se comparan distintos tipos de terreno y se incluyen factores externos propensos a afectar las determinaciones de humedad.

Using the physics knowledge acquired during the Physics degree, as well as the specific knowledge about Neutron Physics, this work presents an update to a well-known technique that has existed since the middle of the 20th century: the determination of the soil moisture by means of the scattering of neutrons due to their interaction with hydrogen nuclei. Unlike the artificial neutron sources proposed in its predecessor method, this work proposes the use of natural neutrons formed as a result of nuclear reactions occurring in the atmosphere catalysed from high energies brought by cosmic rays from space. For this work a Monte-Carlo simulation method has been used to calculate the trajectories of neutrons that enter the ground and are bounced back into the air reaching remote points where the flux of neutrons that would reach a detector placed on the ground as recently proposed is calculated. Some of these cases include the variation between different common soils, as well as the addition of external factors which may affect the humidity measurements.