Datación por radiocarbono
Aplicaciones de la energía nuclear como la datación en arqueología.
Las técnicas de datación radiométrica fueron iniciadas por Bertram Boltwood en 1907, cuando estableció por primera vez la edad de las rocas mediante la medición de los productos de desintegración del uranio al plomo.
Sin embargo, la datación por radiocarbono tiene sus limitaciones. El carbono sólo es absorbido por los organismos vivos, tales como la madera o fósiles vivientes por lo que no se puede utilizar para datar piedra o cerámica, por ejemplo, y el método es preciso sólo para los objetos de hasta aproximadamente 60.000 años de antigüedad.
Datación por radiocarbono
El carbono es el elemento básico de los compuestos orgánicos y, por tanto, es una parte esencial de la vida en la tierra. El carbono natural contiene dos isótopos estables 12C (98,9%) y 13C (1,1%), además de una pequeña cantidad del radioisótopo 14C (1,2 x 10-12 %), con una vida media de 5.730 años. El 14C se produce al entrar los rayos cósmicos en contacto con la atmósfera y posteriormente se distribuye en la naturaleza (93% en el océano, 5% en la biosfera y 2% en la atmósfera).El carbono (los tres isótopos) es absorbido por los organismos vivos, y se repone continuamente durante su ciclo de vida. Sin embargo, cuando un organismo muere, este proceso se detiene. El 14C es inestable y se desintegra en 14N a través de la desintegración beta, y el contenido de 14C disminuye exponencialmente con el tiempo. Al medir la cantidad de 14C en un momento dado, se puede averiguar cuánto tiempo hace que murió el organismo.
Calibración por 14C
Durante muchos años se supuso que el contenido de 14C en la atmósfera era constante. Ahora sabemos que la Tierra y los campos magnéticos solares cambian con el tiempo. Esto significa que el flujo de rayos cósmicos que incide sobre la atmósfera varía, y por lo tanto también lo hace la tasa de producción de 14C. Eso hace que sea necesario calibrar las fechas de 14C de acuerdo con otras técnicas. Una de estas técnicas es la dendrocronología, o datación por los anillos de los árboles.
Datación uranio-torio
La técnica de los anillos de los arboles para calibrar el 14C puede utilizarse hasta aproximadamente los 11 000 años. Para dataciones de entre 10 000 y 30 000 años, la técnica de calibración se basa en la técnica uranio-torio de sedimentos de lagos y de coral.
Durante su vida, los corales absorben uranio (245.5 años), que está presente en el agua de mar, pero no absorben torio (230Th). Cuando el coral muere, el uranio se desintegra en 230Th, que se acumula en su esqueleto. Si se mide la proporción U/Th, esto puede ser indicativo de la edad del coral.
Sin embargo, el torio también es radioactivo y se desintegra (vida media 75 380 años) en otros elementos a través de una larga cadena radioactiva, que termina en el plomo, lo cual hace el proceso de datación complejo. El método U-Th puede ser utilizado para datar objetos con edades entre 10 000 y 500 000 años.
Sin embargo, el método tiene sus limitaciones. Estudios recientes han demostrado que el plomo se puede producir también debido a capturas neutrónicas y no solo de la desintegración del uranio. Esto puede cambiar los resultados de las dataciones.
Termoluminiscencia
La termoluminiscencia fue descubierta por Sir Boyle en 1663. Muchos materiales cristalinos como algunos minerales tienen la propiedad de emitir luz cuando se calientan. Esto se debe a que cuando los materiales se exponen a radiación de alta energía, los electrones del material pasan a ocupar estados excitados. En algunos minerales esta energía se queda atrapada en el material debido a defectos de la estructura cristalina. Cuando el cristal se calienta, los electrones pueden saltar a estados de menor energía, emitiendo un fotón de luz en cada transición.
Se ha demostrado que la intensidad de la luz emitida es proporcional a la radiación recibida por el mineral. Por esto, la termoluminiscencia puede utilizarse para datar objetos que han estado expuestos a rayos cósmicos o a la radiación proveniente del suelo, ya que las dosis dependen de la edad del objeto.
El método potasio-argón
Cuando el 40K se desintegra a 40Ar en las rocas, el 40Ar permanece atrapado y no puede escapar hasta que el mineral se calienta. Por esta razón la cantidad de Ar que encontramos en una roca es proporcional al tiempo que ha transcurrido desde que esta se enfrío por última vez.
El método K-Ar es adecuado para estudiar la actividad volcánica, y dado que el 40K tiene una vida media de 1,3 mil millones de años, el método se utiliza en geocronología para datar períodos de 106 a 109 años atrás. El 40K radiactivo es común en micas, feldespatos, hornblendas, que tienen temperaturas bajas de “cerrado” (closure temperature, 125 ºC para la mica y 450 ºC para las hornblendas).
El método rubidio-estroncio
El 87Rb se desintegra a 87Sr con una vida media de alrededor de 48 millones de años. Los otros isótopos de Sr (A=84, 86, 88) son estables, por lo que el estroncio es un trazador útil para el estudio de la edad y el contenido de rubidio en las rocas, y también se ha utilizado para datar muestras lunares. La relación 87Sr86Sr/ varía de 0,703 en rocas jóvenes a 0,750 en las más antiguas. Por tanto, con el método 87Rb-87Sr es posible datar materiales con edades comprendidas entre 10 y 10 000 millones de años.
Utilización de isótopos en medicina.
Trazadores en diagnóstico médico
Entre los elementos radioactivos, el yodo (I) juega un papel excepcional debido a que se liga al tejido del tiroides con gran afinidad y selectividad. En dosis reducidas el yodo se puede usar con propósitos diagnósticos. Alternativamente la radiación emitida por yodo radiactivo (ligado exclusivamente a sus tejidos) puede usarse para tratar el cáncer de tiroides.SPECT
SPECT son las siglas en inglés de tomografía computerizada por emisión de fotones individuales (Single Photon Emission Computed Tomography). En esta técnica se hacen imágenes de los órganos midiendo la distribución de un radiotrazador previamente inyectado, mediante una "cámara" gamma conectada a un ordenador. La imagen SPECT conlleva la rotación de un conjunto de detectores gamma en torno al paciente para tomar medidas desde ángulos diferentes. Con esta técnica se trata de encontrar la distribución espacial y la concentración del radionúclido. En SPECT se emplean radioisótopos como 99mTc y 123I, en los que se emite un solo fotón γ (de energía 140 keV y 159 keV respectivamente).PET
En la técnica PET (tomografía por emission de positrons) se utilizan habitualmente 15O, 13N, 11C y 18F. Estos radioisótopos tienen períodos de semidesintegración de unos 2, 10, 20,4 y 110 minutos respectivamente, por lo que tienen que producirse cerca de donde se van a usar. Por eso, muchos hospitales tienen próximo un ciclotrón de pequeño tamaño construido para este fin, a veces en el propio centro hospitalario. El isótopo se liga a una substancia química como glucosa, agua o amonia, que se incorporan al cuerpo humano mediante una inyección o, en otros casos, por inhalación en forma gaseosa. El radioisótopo viaja a la parte del cuerpo que metaboliza la substancia a la que se ha ligado, lo que explica la gran variedad de substancias químicas que se utilizan en PET.Habitualmente los escáneres PET se emplean en el diagnóstico del cáncer, de enfermedades coronarias y de algunos desórdenes cerebrales como la epilepsia y la enfermedad de Alzheimer. La técnica PET se usa también en la evaluación de la respuesta a la terapia tumoral. Además, los escáneres PET se usan en investigación, por ejemplo en estudios de los efectos del abuso de drogas sobre el envejecimiento.
Hadronterapia
La hadronterapia es un tipo de radioterapia en la que se bombardea al tumor con partículas hadrónicas. El daño producido por estas partículas en el ADN celular es indiscriminado. Sin embargo, las células cancerosas son en general menos capaces de repararse a sí mismas que las células sanas y se ven por tanto más afectadas.
Las partículas utilizadas en este tipo de terapia incluyen neutrones, protones e iones. Cada tipo de partícula tiene una característica (masa, carga) diferente. Todo ello, unido a las distintas energías a las que se pueden obtener, determina tanto su penetración en el cuerpo humano como la forma en que van depositando esta energía en su recorrido. El tipo más común de hadronterapia es la terapia con protones.
Braquiterapia
La braquiterapia es una forma de radioterapia en la que se introduce material radiactivo en el organismo, cerca del tumor. Las ventajas de este procedimiento son que la radiación no tiene que atravesar, desde el exterior del cuerpo, el tejido sano para alcanzar el tumor y en su lugar sólo afecta a un área localizada. Esto significa que se pueden administrar dosis relativamente altas con un riesgo menor. Además, el paciente no tiene que estar inmovilizado durante el tratamiento. Éste en general se completa antes que los de radioterapia externa y por tanto hay menos tiempo para que las células cancerosas se multipliquen.
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