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

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 ex- tract (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. Afin d'examiner la maniere avec laquelle les systemes biologiques repondent aux environne- ments caracterises par un bas niveau de radioactivite, nous avons mesure le bruit de fond des experiences de biologie menees au Laboratoire Souterrain de Modane. Nous montrons que le bruit de fond est limite par le contenu en potassium au travers des echantillons biologiques eux- memes, dans leurs milieux nutritifs. Dans le cadre des experiences examinees ici, le bruit de fond de potassium contribue a hauteur de 26 nGy hr -1 . Par rapport a notre environnement de reference a Clermont-Ferrand, des experiences biologiques peuvent etre conduites dans le laboratoire sou- terrain avec une reduction 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 spectrometrie 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 selection du milieu des futures experiences.