Laboratorio de Trazas de Fisión

Responsable: Dr. Thierry Calmus (tcalmus@unam.mx).
El laboratorio de trazas de fisión está diseñado actualmente para el fechamiento por trazas de fisión en apatitas y circones.
Para los estudios de termocronología, la ERNO cuenta con los siguientes laboratorios, talleres y equipos:
- Taller de trituración y de molienda con quebradoda de quijadas, molino de discos y tamices.
- Laboratorio de separación de minerales que cuenta con una campana de extracción para manipular líquidos densos tóxicos, un separador magnético Frantz, una mesa vibradora Gemini, una columna de tamices, un microscopio estereoscópico binocular Nikon para separación manual.
- Taller de pulido con pulidora automática Presi y con un microscopio petrográfico Olympus CX31 para uso exclusivo de la verificación de la calidad del pulido de los montados.
El laboratorio de trazas de fisión propiamente dicho tiene un microscopio Olympus BX51, una platina automática Kinetek en X, Y, acoplada a una tableta digitalizadora Calcomp, con el sistema FTStage 4.04. El laboratorio cuenta con dos computadoras propias con los programas actualizados usados para el cálculo de la fluencia de neutrones, el factor Zeta y los códigos de modelización (ver foto).
El método de fechamiento de trazas de fisión se basa en la medicion de los daños en la estructura cristalina ocasionados por la fision espontanea de atomos de 238U en minerales ricos en uranio. Este daño se hace visible al someter el cristal a un ataque químico con acido nítrico. A estos daños en la estructura del cristal se le denomina trazas de fisión. Esta técnica con la cual se obtienen edades de enfriamiento de la roca ha sido aplicada a diversos minerales donde la concentración natural de uranio tiene una proporción adecuada. Los minerales en los cuales se ha aplicado esta técnica son: esfena, monazita, zircon y apatito, minerales accesorios que se encuentra en rocas ígneas, sedimentarias clásticas y metamórficas. Por lo anterior, se ha hecho extensivo su estudio y aplicación a diversos contextos geológicos. Convencionalmente en el método de trazas de fisión, la concentración de uranio se determina usando una técnica que implica la activación de neutrones para inducir la fisión en una proporción de átomos de 235U, y cuyos eventos de fisión quedan registrados en un detector externo, proporcionando así un mapa de la distribución del uranio A esta técnica se le conoce como el método del detector externo (MDE). Debido a que la relación de 238U/235U es constante en la naturaleza, se puede definir el contenido de 238U del cristal de apatito, de tal suerte que se puede calcular una edad.
La medición de la longitud de las trazas de fisión confinadas en los cristales de apatito se utiliza para determinar la historia de enfriamiento, esto debido a que el daño ocasionado se preserva solo cuando los cristales permanecen debajo de los ~60°C después del evento de fisión, y sufre acortamiento dentro de la ventana de temperatura de 60 a 110°C. Arriba de esta temperatura el daño desaparece conforme se restablece la estructura cristalina original.
El MDE es ampliamente utilizado por diversos laboratorios que realizan fechamientos por trazas de fisión, y proporciona hasta la fecha buenos resultados. Requiere la determinación de un factor de calibración (zeta) que se obtiene al analizar apatitos de edad conocida (estándares. El MDE es tributario de la irradiación neutrónica del MDE. La escasez de reactores de uso científico que proporcionen dicha irradiación adecuada para los propósitos del análisis de trazas de fision y la necesidad de mantener licencias activas para el manejo y envío de material con radiación ionizante son limitantes para el MDE.

Método de conteo automático-ablación láser ICPMS

En consideración de los inconvenientes tanto en tiempo como en logística que conlleva la irradiación neutrónica de las muestras y a los requerimientos de seguridad de manejar muestras con niveles bajos de radiación, el laboratorio de trazas e fisión de la ERNO está trabanjando actualmente en el desarrollo de un método alternativo que usa la medición del 238U por medio de ablación láser y espectrometría de masas por plasma inductivamente acoplado (LA-ICP-MS). Este método ha sido objeto de estudio para diferentes grupos de investigación (e.g. Tokyo University y la University of Melbourne). Esta nueva metodología elimina la necesidad de la irradiación de las muestras.
La evaporación de la porción del cristal de apatito donde el láser incide es analizada por un espectrómetro de masas, determinando la concentración de elementos a medir, siendo en este caso 43Ca, 232Th y 238U. De esta forma se determina el contenido de 238U promedio de cada cristal.
Uno de los inconvenientes que implica el uso de la ablación láser es que destruye la superficie del cristal, y por ende la superficie donde se encuentran las trazas espontáneas cuya densidad se utiliza para el cálculo de la edad en esta técnica. Para tal efecto, el laboratorio de la ERNO aplicó a la convocatoria 2015 “Apoyo al Fortalecimiento y Desarrollo de la Infraestructura Científica y Tecnológica de Conacyt para comprar un sitema Autoscan de microscopía digital que genera una imágenes de alta definición de los cristales previamente la ablación. En conteo y la medición de la longitud de trazas se realiza diretamente sobre las imágenes.
La ecuación de edad para esta metodología LA-ICP-MS ha sido presentada anteriormente por Donelick et al (2005):

donde:
ρs es la densidad de trazas espontáneas; λD es la constante total de decaimiento del 238U (1.55125x10-10 /año); M es la masa del Uranio; Rsp es un factor de registro de trazas; λf constante de fisión espontánea del 238UU (8.46x10-17/año); U es el contenido de uranio medido por ablación láser; d es la densidad del apatito (3.19 gr/cm3) y k es una factor de correccion igual a 1.