FMF - Foro de Mineralogía Formativa

[Cesar M. Salvan]

Siguiendo uno de los propositos fundamentales de este foro, la divulgacion y servicio, voy a presentar una tecnica seguramente poco conocida por los aficionados: la espectrometria gamma.

¿en que se basa?

Los elementos radiactivos estan muy extendidos en la naturaleza, mas de lo que pudiera parecer en principio. Cada isotopo radiactivo emite un tipo de radiacion muy concreta, con una energia bien definida. Si tenemos un sistema que mide la energia de esa radiacion, se puede identificar al emisor. Por ejemplo, un monitor GM (Geiger-Müller) detecta radiacion pero no puede decir nada sobre los elementos que la originan ni tan siquiera el tipo de radiacion que es. Un espectrometro gamma identifica al emisor. A veces esta identificacion no es directa: el uranio natural emite energia gamma muy debil. Pero cuando emite energia alfa, se transforma en otro elemento, el torio-234 (en caso del U238). Este a su vez en otro...este en otro...y asi sucesivamente hasta el plomo, donde termina lo que llamamos serie radiactiva. Cada elemento de la serie emite sus radiaciones con sus energias concretas y el uranio se mide indirectamente, a traves de los elementos "hijos".
Es decir, si hay un elemento que emite radiacion en una muestra, este elemento puede ser identificado.

¿como?

usando un detector. Hay dos tipos fundamentales: "centelleo" y "semiconductor". Los detectores de centelleo son asequibles, sensibles, no necesitan mantenimiento y son estables. La desventaja es que tienen baja resolucion de energia.
Los semiconductores son de alta resolucion, pero requieren grandes cuidados y requiren refrigeracion con nitrogeno liquido, no porque se calienten, sino por que requieren la temperatura baja para su funcionamiento. Es mas, algunos detectores de germanio se estropean si dejan de refrigerarse, lo cual es un problema. Ademas son carisimos.
El detector se conecta a un sistema electronico que llamamos MCA (multichannel analyzer) y a su vez a un software.

¿aplicaciones...?

la aplicacion mas obvia es la determinacion cualitativa y cuantitativa de isotopos radiactivos:
determinacion de uranio y torio en minerales, rocas, suelos...incluso a nivel de trazas.
determinacion o identificacion de contaminacion radiactiva en aguas, suelos, alimentos...determinacion de radon en aire...
identificacion de isotopos en cualquier fuente

pero tambien permite cosas como
datacion de materiales geologicamente recientes: minerales secundarios de uranio, espeleotemas...
datacion de materiales artificiales: sales de uranio o torio, isotopos de uso tecnico
geotecnia: uso de tecnicas de inyeccion de isotopos para determinar flujos, etc...

Un ejemplo: el concentrado aurifero del Arroyo Fresnedoso (Caceres).

Esto hara las delicias de los ecologistas. El arroyo Fresnedoso es un destino habitual de los aficionados al bateo, para obtener concentrados auriferos y pequeñas pepitas. Como suele ser habitual en los concentrados de minerales pesados de origen aluvionar, estos suelen ser ricos en minerales como monacita o xenotima, que suelen contener cantidades variables de elementos radiactivos.
El analisis por espectrometria gamma del concentrado muestra una serie de picos especificos de plomo-212, talio-208 y actinio-228. Estos elementos estan presentes en el concentrado, ya que son descendientes del torio-232. Es decir, determinamos que el concentrado tiene torio a traves de sus productos de desintegracion radiactiva. ¿por que no se ve el torio directamente? porque su emision gamma es de muy baja energía. En cambio sus descendientes, aunque estan en una cantidad pequeñísima, emiten radiacion de alta energia. Por otro lado, no aparecen los descendientes del uranio, por lo que este elemento no esta presente de modo significativo en el concentrado aurifero.

A traves de sus descendientes se puede cuantificar el torio presente. Haciendo los calculos pertinentes (laboriosos), se obtienen unas 6500 - 7000 ppm de torio en el concentrado. Supongo que los ecologistas preocupados por la radiactividad deberian ir al arroyo Fresnedoso a retirar todo el mineral pesado que encuentren depositado en sus placeres. :)

Este experimento es el primer resultado obtenido con un espectrometro gamma con deteccion por centello construido por mi y que pongo aqui a disposicion de cualquier persona que crea que pueda resultar util.

[Jordi Fabre]

Una pasada César, ¡de lujo!.

Pregunta: ¿todos los elementos emiten algún tipo de radiación, aunque sea muy baja, o algunos elementos emiten radiación y otros, simplemente no?

Jordi

[Frederic Varela]

Muy interesante, César. Si no he entendido mal, el torio va transformándose en plomo (Pb-208) que ya no es radiactivo. ¿Es correcto?
Por cierto, no les des ideas a los ecologistas que acaban con el bateo por la vía rápida....
Y una pequeña maldad, ahí va la última puya (con todo el cariño :)) para mis amigos ecologistas: " ecólogo es a ecologista lo mismo que cartero es a carterista".
Saludos.

[Cesar M. Salvan]

Gracias,

Primero habria que hablar de isotopos, no de elementos. Cada elemento tiene varios isotopos. Unos emiten radiacion y otros no. La cuestion es:

Elementos presentes en la NATURALEZA (naturalmente, no por intervencion humana) que emiten radiacion:

uranio (todos los isotopos)
torio (todos los isotopos)
En general todos los que estan por detras del polonio en la tabla periodica (elemento 84) y antes del neptunio (elemento 93). (no considerando que trazas de transuranidos han sido encontrados en los reactores nucleares naturales)
potasio-40 (una de las mayores fuentes de la radiacion natural que recibimos)
carbono-14
hidrogeno-3
renio-187 (su radiacion es debilísima, indetectable con medios habituales, pero es importantísimo: permite calcular la edad del sistema solar y meteoritos mas antiguos que el sistema solar)
hafnio-174
vanadio 50
y alguno que otro mas que no recuerdo ahora.

Para aclarar, por ejemplo: el vanadio natural es una mezcla de dos isotopos: el vanadio-50 y el vanadio-51. El vanadio 50 es radiactivo, pero su radiactividad es extremadamente debil y no es detectable. Es tan debil, que su periodo de semidesintegracion es de 15000 millones de millones de años (el del uranio es solo de 4600 millones de años). En realidad, formalmente es radiactivo, pero para nuestros parametros esa radiactividad es irrelevante.

Imagina que si el uranio, un elemento radiactivo segun nuestros parametros habituales, necesitará 70mil millones de años para desaparecer completamente de la Tierra, el vanadio-50 necesitaria varios ordenes de magnitud esa cantidad de años.

[Cesar M. Salvan]

Frederic, si, la serie del torio termina en el plomo estable. La diferencia es que es el plomo-208. la serie del uranio termina en el plomo-206, tambien estable. Esto tiene su importancia, pues medir el plomo radiogenico es una tecnica con muchas aplicaciones geologicas.

[Francisco Javier Ortiz]

Cesar eres un maestro, cuanto mas aprendo mas me aficiono.