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FMF - Foro de Mineralogía Formativa
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Un detector de radiactividad por cero euros.
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Cesar M. Salvan




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MensajePublicado: 21 Nov 2011 00:52    Título del mensaje: Un detector de radiactividad por cero euros.  

Hace poco me preguntaron "¿como es que Marie Curie hizo sus estudios sobre radiactividad si Geiger y Muller no inventaron el detector hasta 1928?".

La mayoría de la gente piensa que todos los detectores de radiactividad son "Geiger" e intentan adquirir uno. El tubo Geiger Muller es solo un tipo concreto de un tipo mas general de detector llamado de "ionización gaseosa" cuyo principio físico se conoce desde mucho antes.
Y sabiendo un poco de física, es posible fabricar un detector de ionización gaseosa llamado "cámara de ionización" solo con materiales de desecho sin ningún coste.
Por qué cuento esto?
- Gente que no tenga presupuesto para comprar un instrumento de medida y quiera comprobar si su uraninita en efecto es tal.
- Gente interesada en saber mas sobre el tema y con manos hábiles y gente que sepa de electrónica y quiera mejorar el experimento.
- profesores que lo encuentren interesante para prácticas o clases.
- Demostrar que saber Física básica puede ser util y hasta divertido.

Para ello hay que agenciarse una lata esmaltada por fuera y con el metal descubierto dentro. Para mi una lata de te es ideal en tamaño y características. Con ella fabricamos la cámara de ionización gaseosa: un simple condensador cilíndrico.

El alambre que forma el ánodo de la cámara se conecta a la base de unos transistores montados en Darlington. Esto permite amplificar la corriente producida por la radiactividad. En las fotos va todo contado.

El invento tiene muchos problemas: lectura inestable, escasa sensibilidad...pero funciona. A ver si alguien se anima a mejorarlo y montar algo mas elaborado. Mi propósito era mostrar que la física funciona con lo mínimo posible y sin gastar un euro. Además, el tiempo necesario para recopilar los materiales y calentar el soldador es muchisimo mayor que en montarlo todo y probarlo. Yo he usado fuentes de alimentación quemadas para recuperar los componentes necesarios.



experimento ion chamber 010.JPG
 Descripción:
la cámara de ionización y su circuito asociado. Simplemente un alambre algo mas corto que la longitud de la lata pasado a traves de una perforación en la base de ésta y fijado con cola termofusible. Como no encontré entre la basura un transistor darlington, he conectado dos transistores NPN normales en esa configuración. En principio cualquier tipo puede funcionar, pero la cosa ira mejor con un darlinton bueno. La resistencia se suelda a la lata raspando un poco el esmaltado.
 Visto:  41056 veces

experimento ion chamber 010.JPG



Esquema circuito ultrasimple detector.jpg
 Descripción:
Esquema del circuito. Los transistores en Darlington actúan como amplificador de corriente, amplificando unas 1000 veces la débil corriente producida por la radiactividad en la cámara de ionización.
 Visto:  40943 veces

Esquema circuito ultrasimple detector.jpg



Experimento ion chamber 003.JPG
 Descripción:
La cámara activada. Tras la estabilización de unos segundos, la lectura es de unos 20 mV con una alimentación de 12 voltios.
 Visto:  40837 veces

Experimento ion chamber 003.JPG



Experimento ion chamber 004.JPG
 Descripción:
Probando un mineral: brannerita de Sierra Albarrana. Lectura de unos 540 mV.
 Visto:  40909 veces

Experimento ion chamber 004.JPG



Experimento ion chamber 005.JPG
 Descripción:
Es especialmente sensible a la radiacion alfa, muy ionizante. La respuesta producida por una plaquita de un detector de humos (1 microcurio de Am-241) es espectacular.
 Visto:  40867 veces

Experimento ion chamber 005.JPG


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Jordi Fabre
Coordinador General del Foro



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MensajePublicado: 21 Nov 2011 00:57    Título del mensaje: Re: Un detector de radiactividad por cero euros.  

César, perdona la digresión, pero eres una de las mejores cosas que le ha pasado a este Foro y asimismo a la divulgación de la mineralogía en España.
_________________
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Toni Iborra




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MensajePublicado: 21 Nov 2011 00:59    Título del mensaje: Re: Un detector de radiactividad por cero euros.  

+ 1 Jordi, impresionante, en breves me pongo manos a la obra.
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Todo se transforma.
Un saludo
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Cesar M. Salvan




Registrado: 08 May 2007
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MensajePublicado: 21 Nov 2011 01:07    Título del mensaje: Re: Un detector de radiactividad por cero euros.  

Lo que falta de información. Animo a los manitas.

Espero mejoras del instrumento, ya que este como prueba de concepto esta muy bien, pero adolece de cierta falta de sensibilidad y estabilidad, como es lógico. Pero funciona con prácticamente todos los minerales de uranio especialmente "activos" y para cómo esta montado y lo que ha costado...creo que esta muy bien.

Gracias, Jordi. De todos modos si soy lo mejor que le ha pasado a la divulgación...que mal estamos entonces ;)

Notas prácticas adicionales:

la resistencia R debe, según he visto, ser mayor de 3K.

Los transistores, como se muestra en el esquema, pero aclaro que deben ser NPN. El fundamento es que el Darlington responde a una corriente en la base permitiendo pasar una corriente unas 1000 veces mayor entre emisor y colector. He calculado que 1 única partícula alfa en aire produciría una corriente de 0.02 picoamperios. 1 microcurio de Am-241 debería producir una corriente de unos 750 picoamperios. Amplificada mil veces por el Darlington y teniendo en cuenta la resistencia interna del voltímetro (Ley de Ohm), debería haberme dado una lectura del orden del centenar de milivoltios. Como se ha visto, la cosa va incluso mejor que estos cálculos un poco "por encima".

El montaje tal cual esta (hipersimple a propósito) es sensible a campos externos, por lo que en su mejora habría que plantearse un apantallamiento. Al moverlo de un lado a otro, las lecturas van cambiando...

La lectura no es estable, oscilando en varios milivoltios, por lo que vale solo para medidas "en bruto" de minerales muy activos. Simplemente volviendo a tomar la medida en otro sitio de la casa, los datos cambian. Pero, como ya decía, ilustra bien tres principios al tiempo: cómo funciona la radiactividad, como se mide y cómo funciona un transistor.
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Antonio Pliego




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MensajePublicado: 21 Nov 2011 01:20    Título del mensaje: Re: Un detector de radiactividad por cero euros.  

Me parece muy, muy interesante, es obvio que los equipos eléctrónicos desechados permiten aprovechar sus piezas para reciclaje y se pueden aprovechar para muchas aplicaciones, pero si no hay alguien que te indique cómo, de nada sirve.
Ya no solo por el coste cero sino porque hay mucha gente que prefiere fabricarse sus propios equipos.
Aunque solo sirva el equipo para determinar si hay emisión de radiactividad o no, pero parece muy útil, gracias Cesar, esperamos las fotos y si es posible que nos detalles como se realizaria la medición.
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Jordi Fabre
Coordinador General del Foro



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MensajePublicado: 21 Nov 2011 01:42    Título del mensaje: Re: Un detector de radiactividad por cero euros.  

Cesar M. Salvan escribió:

...De todos modos si soy lo mejor que le ha pasado a la divulgación...que mal estamos entonces ;)


No te emociones César que no he dicho "lo mejor" sino "una de las mejores cosas"! ;-) ;-)

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JRG




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MensajePublicado: 21 Nov 2011 10:33    Título del mensaje: Re: Un detector de radiactividad por cero euros.  

César:
En realidad no se si "eres el mejor" o como puntualiza Jordi "una de las mejores cosas", (supongo que no lo dirá en sentido peyorativo porque llamarte "cosa" no es muy halagador ;-), ahora eso sí, necesitamos personas como tú que pongan el contrapunto de técnica, conocimientos e imaginación en este foro para que todos podamos aprender algo interesante y aplicable, como es este caso, al mundo que nos apasiona, la mineralogía.
Gracias
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arturo shaw




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MensajePublicado: 21 Nov 2011 10:53    Título del mensaje: Re: Un detector de radiactividad por cero euros.  

Bueno, la idea es que la radiactividad ioniza el aire haciéndolo ligeramente conductor lo que permite el paso de una corriente entre la antena (el eje dentro de la lata que no debe tocar el metal de la lata) y la superficie interior de esta.

Lo que a mí se me antoja más complicado (aparte de no cargarse las patitas de los transistores así al aire...) es encontrar una lata que no esté barnizada por dentro. Las de comida o bebidas no sirven, buena idea esa de té, igual una de galletas también, pero sobretodo las latas antiguas, imagino.

Gracias por la sugerencia, desde luego más simple imposible (o casi). (¿Acercar la piedra a una pantalla de un televisor antiguo??)

Saludos

Arturo
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Cesar M. Salvan




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MensajePublicado: 21 Nov 2011 11:28    Título del mensaje: Re: Un detector de radiactividad por cero euros.  

Las patitas de los transistores aguantan perfectamente, como veis en las fotos. El minicircuito debe estar asi al aire y todo soldado entre ellos, sin usar una placa, debido a las pérdidas y a la sensibilidad a campos externos.

El principio es ese en efecto: la corriente medida es debida a la ionización (por eso se llama detector de ionizacion gaseosa). Los iones generados por una particula alfa (unos 150000 por particula) o los pares ionicos producidos por una partícula gamma, son acelerados por el campo cilindrico en la lata.

La lata la gasté hace nada y antes de tirarla a la basura se me ocurrió que podía servir. En principio valdría cualquier lata que no este esmaltada por dentro: te, cola cao, lata de pintura... Aunque el tamaño es importante. Si la distancia entre la lata y el electrodo central es muy grande, no se detecta nada porque se disipan los iones antes de llegar, pero con un diseño adecuado (una rejilla por ejemplo) de entrada una cámara de ionización podría tener cualquier tamaño.
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arturo




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MensajePublicado: 21 Nov 2011 11:48    Título del mensaje: Re: Un detector de radiactividad por cero euros.  

Tal como van las cosas en España, auguro un gran futuro a este tipo de "nuevas tecnologías" y por lo tanto animo a los participantes del Foro a perfeccionar ese detector en lo que sea posible....

Ahora más en serio, felicitar a César por la nueva cámara y sus aplicaciones inmediatas para los coleccionistas de minerales.

Un abrazo

Arturo

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Arturo de la Torre Carrillo
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Pep Gorgas




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MensajePublicado: 21 Nov 2011 12:21    Título del mensaje: Re: Un detector de radiactividad por cero euros.  

Veo que el método SIN, tiene aplicaciones en otros campos....Ya lo decian los chinos. "En la escasez de medios se distingue al maestro" (tambien dicen que para salir del pozo, lo primero es dejar de cavar).
_________________
Pep Gorgas
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Cesar M. Salvan




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MensajePublicado: 21 Nov 2011 13:47    Título del mensaje: Re: Un detector de radiactividad por cero euros.  

Lo que distingue a un maestro es la valía de sus alumnos y la fuerza de la inspiración que produzca. A ver si alguien se anima a construir sus propias soluciones para determinar al menos sus minerales más radiactivos.
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Gabriel Tritium




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MensajePublicado: 15 Mar 2012 19:39    Título del mensaje: Re: Un detector de radiactividad por cero euros.  

Estoy apenas inscribiendome en el foro y encontre este hilo muy interesante, estoy en venezuela y presisamente quiero analizar algunos minerales y la radioactividad es uno de los parametros que quiero determinar, ya alistare todo para fabricar esta Ingeniosa Camara con algunas mejoras, utilizando un darlington, fuente de poder filtrada, condensador apantallado con plomo por fuera, y haciendo la camara hermetica para realizarle un vacio parcial, mientras diseño un tubo, amigos estoy interesado en alguna muestra de Magnetita Escandinava, estoy dispuesto a enviar discretamente algun mineral que esten interesados, aqui en venezuela, brasil hay muchas piezas interesantes.

Saludos, gracias por recibirme en el Foro.
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Cesar M. Salvan




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MensajePublicado: 15 Mar 2012 19:51    Título del mensaje: Re: Un detector de radiactividad por cero euros.  

Animo. Se que hay alguien por ahí que se esta currando una "lata" muy buena. A ver si la saca pronto. Yo tengo una en el tintero, pero voy a esperar a que la ponga primero y luego pongo yo mi "solucion".

JRG, increiblemente, acabo de ver tu mensaje ahora. Muchas gracias!!
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Jordi Fabre
Coordinador General del Foro



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MensajePublicado: 15 Mar 2012 20:02    Título del mensaje: Re: Un detector de radiactividad por cero euros.  

Cesar M. Salvan escribió:

Animo. Se que hay alguien por ahí que se esta currando una "lata" muy buena. A ver si la saca pronto.


Sí, en Madrid me prometieron que la nueva "lata" iba a ser publicada muy pronto.
Señoras y señores un poco de paciencia, sólo unos días más! ;-)

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Cesar M. Salvan




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MensajePublicado: 15 Mar 2012 21:00    Título del mensaje: Un detector de radiactividad por (casi) cero euros.  

Bueno, tras un tiempo en el que he estado muy ocupado, por fin he sacado un ratillo para mejorar la "lata de té detectora de radiactividad".
Aquí la teneis. Como veis, una simple lata de té de estaño puede transformarse en una cámara de ionización bastante util para detectar minerales radiactivos. Todos los materiales los he obtenido de la basura, excepto los componentes electrónicos del circuito amplificador, que los he comprado para asegurarme que funcione bien. Por tanto el coste final no ha sido de cero euros, sino de unos 3 euros. Aun así es muuucho mas barato que un monitor comercial de radiactividad. Una opción barata y accesible si se tiene buena mano con los trabajos manuales. Yo he tardado mas o menos una hora y media en tenerla completamente lista.
En el proximo post, un poco de teoría y aclaraciones, para los curiosos de estos temas...



ion chamber 041.JPG
 Descripción:
La camara de ionización fabricada con una lata de té, una tabla, un trozo de metal cogido de la basura, una fuente de alimentacion de 12 voltios recuperada de la basura y algunos retales mas.
 Visto:  38748 veces

ion chamber 041.JPG



ion chamber 040.JPG
 Descripción:
En funcionamiento. La camara de ionización es sensible sobre todo a radiacion alfa. La respuesta a una fuente de Am-241 de un detector de humos es altisima
 Visto:  38750 veces

ion chamber 040.JPG



ion chamber 037.JPG
 Descripción:
En acción detectando una pequeña brannerita de Sierra Albarrana.
 Visto:  38702 veces

ion chamber 037.JPG


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Cesar M. Salvan




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MensajePublicado: 05 May 2012 21:43    Título del mensaje: Un detector de radiactividad por cero euros: un poco de teoría  

Aún seguramente muchos de los lectores de este foro llamen "Geiger" a cualquier monitor o detector de radiactividad, por lo que voy a aprovechar para aclarar este concepto.

Geiger y Müller realizaron uno de sus primeros detectores "Geiger" modernos en 1928, si bien el primer diseño de Geiger fue de 1908, aún unos años después del descubrimiento del radio por Marie. Ella no utilizó un contador Geiger, sino otro tipo de detector, una "cámara de ionización", realizada gracias a un invento de su marido Pierre: el electrómetro.
La cámara de ionización de los Curie no era demasiado diferente de mi "lata de té" y fue usada con un propósito similar: estudiar los minerales y los elementos radiactivos que contienen.

En realidad bajo el pomposo nombre de "cámara de ionización" se esconde el mismo principio que sigue el monitor Geiger: ambos son "detectores de ionización gaseosa". Dicho en español corriente, son latas con un electrodo central rellenas de aire u otro gas a presión atmosférica o presión reducida.

¿Qué diferencia la "lata de té" de un monitor Geiger?

2 diferencias básicas:

Diseño: la lata de la cámara de ionización contiene aire y puede ser abierta (como la lata de té). La lata del Geiger está sellada y contiene un gas inerte a presión reducida mezclado con un gas "quencher", para evitar las descargas continuas.

Voltaje: la cámara de ionización funciona a bajo voltaje, entre 10 y 200 voltios. El Geiger funciona a alto voltaje, entre 400 y 900 voltios.

¿Cómo funciona?

La cámara de ionización es el sistema mas antiguo y simple. El principio es sencillo, simplemente se basa en la "recolección" de los pares iónicos generados en el aire dentro de la lata debido al paso de las partículas radiactivas. De ahí que se denominen "radiaciones ionizantes" :). Para recolectarlos, se establece un campo eléctrico que acelera los iones hacia el electrodo central. La pequeñísima corriente producida se amplifica y mide. Si el voltaje de la cámara es muy bajo (usualmente menos de 10 V) los iones tienen tiempo de recombinarse y el aparato no detecta nada. Si el voltaje es alto, se producen otros fenómenos, como las avalanchas de iones.

Todos los detectores de ionización en gas son entonces mas sensibles a las radiaciones mas ionizantes. Así, su sensibilidad a la radiación alfa es muy alta y la sensibilidad a la radiación gamma es muy baja. Esto se ve particularmente bien con la "lata de té": un mineral radiactivo encerrado en su cajita de plástico (que bloquea la radiación alfa y beta) apenas es detectado, sin embargo al sacarlo y acercarlo se puede ver bien.

Ventajas e inconvenientes

Una cámara de ionización tiene ventajas: apenas es sensible a gamma y es muy sensible a alfa, lo cual hace que la radiación de fondo no afecte y, al ser abierta, es genial para ver el radón. Un experimento que se puede hacer es abrir la tapa de una muestra de mineral cerrada en un tubito bien sellado justo en la abertura de la cámara de ionización. El radón liberado provocará un salto en la medida de la aguja. Desde un punto de vista profesional, las cámaras de ionización siguen siendo excelentes instrumentos de medida para isótopos emisores de radiación alfa y para flujos muy intensos de radiación (centrales nucleares, guerra nuclear). Además, la cámara de ionización detecta una cantidad de iones proporcional a la energía de la fuente, con lo que pueden utilizarse con la electrónica adecuada para realizar espectrometría.

Sin embargo, como desventaja, la cámara de ionización es menos sensible, en especial en diseños sencillos como el mío. El Geiger, que trabaja a mayor voltaje, basa su detección en las "avalanchas" de iones secundarios generadas por la aceleración del par iónico primario y los choques con las moléculas de gas, con lo que se consigue incrementar mucho su sensibilidad, lo que le hace genial para monitores y detectores portátiles.

Bien, espero que esto aclare un poco el mundo de los detectores de radiactividad basados en ionización gaseosa...



detectores gaseosos.jpg
 Descripción:
Relación entre el voltaje de trabajo y los diferentes tipos de detector segun su sensibilidad a los rayos alfa y beta.
 Visto:  38806 veces

detectores gaseosos.jpg



ion chamber 026.JPG
 Descripción:
Detectando una muestra de torbernita guardada en su cajita estandard de plástico. Se detecta señal, aunque bastante baja.
 Visto:  38755 veces

ion chamber 026.JPG



ion chamber 025.JPG
 Descripción:
Retirando la tapa, la señal aumenta...
 Visto:  38744 veces

ion chamber 025.JPG



ion chamber 021.JPG
 Descripción:
Una prueba del prototipo del circuito...el sistema era aún menos glamouroso, pero funcional. Aquí detectando una fuente de radiación alfa.
 Visto:  38773 veces

ion chamber 021.JPG


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arturo shaw




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MensajePublicado: 05 May 2012 23:31    Título del mensaje: Re: Un detector de radiactividad por cero euros.  

Bueno, ese multímetro es de fabricación rusa por lo menos... :-)

Como molan las pegatinas de "Atención Material Radiactivo". Me tengo que hacer unas iguales. :-)

Gracias

Arturo
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Cesar M. Salvan




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MensajePublicado: 06 May 2012 01:46    Título del mensaje: Re: Un detector de radiactividad por cero euros.  

No, es un antiguo multímetro de fabricación española que se utilizaba en aplicaciones didácticas, en institutos y universidades. Una pequeña joya del pasado remoto, de cuando el BUP existía y los libros de bachillerato eran gruesos y llenos de contenido.
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Josele




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MensajePublicado: 06 May 2012 02:26    Título del mensaje: Re: Un detector de radiactividad por cero euros.  

César, no te imaginas como disfruto con tus aportaciones, tienes mucho arte explicando, tus post son interesantes, claros, certeros y hasta divertidos. Incluso los temas complicados se vuelven asequibles con tus palabras.
Me recuerdas a un inolvidable y extraordinario profesor de física que tuve en preuniversitario que nos describía el movimiento de las moléculas de agua en una olla a punto de ebullición, chocando contra las paredes del recipiente y contra el "techo" hasta conseguir romper la tensión superficial y salir disparadas, de una forma tan gráfica y convincente que casi llegabas a "ver" las moléculas.
Muchísimas gracias por tus escritos y felicidades por ese arte que llevas dentro.

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Josele
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