Background study of absorbed dose in biological experiments at the Modane Underground Laboratory

¹ Université Clermont Auvergne, Université Blaise Pascal, CNRS/IN2P3, Laboratoire de Physique Corpusculaire, BP 10448, F-63000 CLERMONT-FERRAND, France
² Laboratoire Souterrain de Modane, 1125 Route de Bardonèche, 73500 MODANE, France
³ CENBG, UMR 5797, Université Bordeaux, F-33170 Gradignan, France
⁴ CNRS, IN2P3, UMR 5797, CENBG, F-33170, France
⁵ CNRS, IN2P3, UMR 6533, LPC, F-63178, France

^a corresponding author: lampe@clermont.in2p3.fr

Published online: 21 September 2016

Abstract

Aiming to explore how biological systems respond to ultra-low background environ-ments, we report here our background studies for biological experiments in the Modane Under-ground Laboratory. We find that the minimum radioactive background for biology experiments is limited by the potassium content of the biological sample itself, coming from its nutritive me-dium, which we find in our experimental set-up to be 26 nGy hr^-1. Compared to our reference radiation environment in Clermont-Ferrand, biological experiments can be conducted in the Modane laboratory with a radiation background 8.2 times lower than the reference above-ground level. As the radiation background may be further reduced by using different nutritive media, we also provide measurements of the potassium concentration by gamma spectroscopy of yeast extract (63.3±1.2 mg g^-1) and tryptone (2.5±0.2 mg g^-1) in order to guide media selection in future experiments.

Résumé

Afin d’examiner la manière avec laquelle les systèmes biologiques répondent aux environnements caractérisés par un bas niveau de radioactivité, nous avons mesuré le bruit de fond des expériences de biologie menées au Laboratoire Souterrain de Modane. Nous montrons que le bruit de fond est limité par le contenu en potassium au travers des échantillons biologiques eux-mêmes, dans leurs milieux nutritifs. Dans le cadre des expériences examinées ici, le bruit de fond de potassium contribue à hauteur de 26 nGy hr^-1. Par rapport à notre environnement de référence à Clermont-Ferrand, des expériences biologiques peuvent être conduites dans le laboratoire sou-terrain avec une réduction du bruit de fond de 8.2 fois le niveau de la surface. Du fait que le milieu nutritif apporte le plus grand impact au bruit de fond radiatif, nous recommandons la mesure par spectrométrie gamma de la concentration de potassium dans l’extrait de levure (63.3±1.2 mg g^-1) et le tryptone (2.5±0.2 mg g^-1) afin de guider la sélection du milieu des futures expériences.