Datación por Carbono-14

Los registros históricos desaparecen rápidamente con el tiempo, pero los científicos utilizan la técnica del carbono-14 para datar objetos de naturaleza orgánica, aunque hayan transcurrido milenios. El carbono-14 tiene su origen en la radiación cósmica (protones, neutrones, iones y núcleos) que alcanzan la Tierra. Los neutrones de alta energía, provenientes de la radiación cósmica, impactan el nitrógeno atmosférico. El carbono-14 es oxidado en procesos naturales hasta CO₂, luego es absorbido por las plantas y finalmente se incorpora a los animales. En los seres vivos, a través de sus procesos metabólicos, se establece un equilibrio entre la ingestión y decaimiento de C-14, que alcanza 15,3 desintegraciones por minuto y por gramo de carbono. El decaimiento se explica mediante la reacción que restituye el nitrógeno a partir del cual se formó el C-14, liberando además partículas beta. Cuando el ser muere, la actividad decae con una vida media de 5.730 años, se rompe el equilibrio y poco a poco empieza la disminución de C-14. Este método es útil en la datación de materiales orgánicos con una vida inferior a 25 mil años. Para edades superiores la actividad es muy baja, lo que hace impreciso el método.

Serie del Uranio-238

Cuando decaen núcleos pesados con Z > 83, van formando otros elementos intermediarios, cuyos núcleos también son inestables, produciendo una reacción en cadena de varias etapas, hasta llegar a un átomo estable. Este proceso en etapas constituye una serie radiactiva. Las principales radiaciones emitidas son las partículas α (núcleos de He), β^– (electrones), positrones (β⁺) y radiación electromagnética γ. En este proceso también se produce captura de electrones. La mayor parte de los elementos radiactivos naturales pesados pertenecen a cuatro series radiactivas, en las que la desintegración α juega un papel preponderante, reduciendo en cada decaimiento el número másico de un núcleo en 4 unidades.

Transmutación Nuclear

La física de partículas moderna ha demostrado que los núcleos estables se pueden convertir en otros núcleos, si son bombardeados por partículas veloces.

Elementos Transuránicos

En la década de 1930 a 1940 se probaron distintos tipos de bombardeos: con partículas α, neutrones, protones y deuterones. Los neutrones, debido a que no poseen carga, tienen la ventaja como proyectiles, porque no son rechazados por los núcleos cuando son bombardeados con ellos. En el caso de los proyectiles positivos se requiere mayor energía para disminuir la repulsión del núcleo blanco. A comienzos del año 1930 fue creado el primer acelerador de partículas, un ciclotrón, que utiliza campos eléctricos y magnéticos para aumentar la velocidad de las partículas proyectiles. Posteriormente fueron diseñados los aceleradores lineales de partículas. Con estas técnicas se han obtenido la mayoría de los elementos transuránicos, que son aquellos con Z mayor a 92. El ciclotrón fue inventado por E. O. Lawrence en 1930. Se aplica el mismo principio del acelerador lineal, pero, además de campos eléctricos, usa electroimanes para orientar el camino de la partícula por una ruta en espiral. De esta forma el acelerador no requiere de un gran espacio físico.

Aplicaciones de Radioisótopos

Irradiación de Alimentos

Vivimos en una sociedad industrializada que requiere almacenar alimentos por largos períodos y donde la refrigeración no es suficiente. La irradiación γ, proveniente de fuentes de Co-60 o Cs-137, es un medio que reduce la descomposición de los alimentos, sin que el alimento se torne radiactivo. La pasteurización con radiación γ retarda el crecimiento de bacterias, mohos y levaduras.

Flujo de Material

Con el agregado de una pequeña cantidad de material radiactivo se puede detectar el curso de aguas en tuberías subterráneas y de posibles pérdidas por filtración, haciendo uso de un detector Geiger. En hidrología, el uso de un radioisótopo permite también rastrear el curso de aguas subterráneas que conducen a lagos o al mar.

Rutas de Reacción

El mecanismo de una reacción se puede dilucidar usando un trazador químico, marcando una molécula de reactante con un determinado radioisótopo, cuya presencia puede ser detectada en el transcurso de la reacción. Probablemente conoces la ecuación global de la formación de glucosa.

Activación Neutrónica

Consiste en la conversión de un isótopo estable en una especie radiactiva mediante bombardeo de neutrones.

Aplicaciones en la Medicina

La ciencia médica usa radioisótopos de corta vida media en métodos terapéuticos y en diagnosis. La utilización de radioisótopos facilita los siguientes procesos:

• Visualización de órganos
• Localización de tumores
• Detección de funciones anormales
• Determinación de pasos metabólicos
• Terapia oncológica (cáncer)

En general, la utilización de radioisótopos con propósitos curativos forma parte de lo que se conoce como medicina nuclear y al procedimiento terapéutico se le denomina radioterapia, la que se practica en centros radiológicos. La radioterapia puede ser interna o externa.

Radioterapia Interna

Consiste en introducir al interior del cuerpo del paciente la fuente emisora de radiación. La fuente radiactiva puede ser encapsulada o no encapsulada. La primera comprende un tubo pequeño, sellado, con material radiactivo, que se implanta en el sector tumoral o de análisis. En la radioterapia no encapsulada, el radiofármaco se ingiere por vía oral o se inyecta en el torrente sanguíneo.