Curso Hidrogeoquímica para Dummies

Transcripción

1 Curso Hidrogeoquímica para Dummies

2 Sesión 13 Isotopos Radiactivos

3 Isótopos Radiactivos Teniendo en cuenta que en los núcleos de los isótopos puede haber un desbalance de las partículas subatómica que los componen, algunos de ellos pueden estar inmersos en un proceso de desintegración que tiende a una forma más estale. El tiempo promedio que un átomo radioactivo tarda en desintegrarse se denomina Vida Media.

4 Isótopos Radiactivos Teniendo en cuenta que en los núcleos de los isótopos puede haber un desbalance de las partículas subatómica que los componen, algunos de ellos pueden estar inmersos en un proceso de desintegración que tiende a una forma más estale. El tiempo promedio que un átomo radioactivo tarda en desintegrarse se denomina Vida Media. Así mismo la radiactividad de la masa que se desintegra al cabo de un tiempo denominado Período de semidesintegración reduce su radiactividad a la mitad.

5 Isótopos Radiactivos Teniendo en cuenta que en los núcleos de los isótopos puede haber un desbalance de las partículas subatómica que los componen, algunos de ellos pueden estar inmersos en un proceso de desintegración que tiende a una forma más estale. El tiempo promedio que un átomo radioactivo tarda en desintegrarse se denomina Vida Media. La función que define la evolución de esta desintegración se denomina Curva de Decaimiento A = λn N: Número de núcleos radiactivos λ: Probabilidad de decaimiento del núcleo. A: Tasa de Decaimiento (-dn/dt)

6 Curva de Decaimiento Radiactivo N: Número de núcleos radiactivos λ: Probabilidad de decaimiento del núcleo. A: Tasa de Decaimiento (-dn/dt) A = λn La función que define la evolución de esta desintegración se denomina Curva de Decaimiento

7 Curva de Decaimiento Radiactivo N: Número de núcleos radiactivos λ: Probabilidad de decaimiento del núcleo. A: Tasa de Decaimiento (-dn/dt) A = λn dn dt = λn La función que define la evolución de esta desintegración se denomina Curva de Decaimiento

8 Curva de Decaimiento Radiactivo N: Número de núcleos radiactivos λ: Probabilidad de decaimiento del núcleo. A: Tasa de Decaimiento (-dn/dt) N dn = λ dt N 0 N t t 0 A = λn dn dt = λn ln N N 0 = λ(t t 0 ) dn N = λdt La función que define la evolución de esta desintegración se denomina Curva de Decaimiento

9 Curva de Decaimiento Radiactivo N: Número de núcleos radiactivos λ: Probabilidad de decaimiento del núcleo. A: Tasa de Decaimiento (-dn/dt) N dn = λ dt N 0 N t t 0 A = λn dn dt = λn ln N N 0 = λ(t t 0 ) 1 λ ln N N 0 = t dn N = λdt La función que define la evolución de esta desintegración se denomina Curva de Decaimiento

10 Curva de Decaimiento Radiactivo N: Número de núcleos radiactivos λ: Probabilidad de decaimiento del núcleo. t: tiempo en el que se evalúa el decaimiento 1 λ ln N N 0 = t La relación entre la vida media (t 1/2 ) y el período de semidesintegración (t avg ) se define por la ecuación: t1 2 = t avg ln 2 La función que define la evolución de esta desintegración se denomina Curva de Decaimiento

11 Curva de Decaimiento Radiactivo N: Número de núcleos radiactivos λ: Probabilidad de decaimiento del núcleo. t: tiempo en el que se evalúa el decaimiento 1 λ ln N N 0 = t La relación entre la vida media (t 1/2 ) y el período de semidesintegración (t avg ) se define por la ecuación: Por otra parte: t1 2 = t avg ln 2 t avg = 1 λ La función que define la evolución de esta desintegración se denomina Curva de Decaimiento

12 Datación Radiactiva N: Número de núcleos radiactivos λ: Probabilidad de decaimiento del núcleo. t: tiempo en el que se evalúa el decaimiento 1 λ ln N N 0 = t La relación entre la vida media (t 1/2 ) y el período de semidesintegración (t avg ) se define por la ecuación: Por otra parte: t1 2 = t avg ln 2 t avg = 1 λ Por lo tanto: La función que define la evolución de esta desintegración se denomina Curva de Decaimiento t = 1 λ ln N N 0 t = t avg ln N N 0

13 Datación Radiactiva N: Número de núcleos radiactivos λ: Probabilidad de decaimiento del núcleo. t: tiempo en el que se evalúa el decaimiento (t avg ): período de semidesintegración t = t avg ln N N 0 La función que define la evolución de esta desintegración se denomina Curva de Decaimiento

14 Datación Radiactiva N: Número de núcleos radiactivos λ: Probabilidad de decaimiento del núcleo. t: tiempo en el que se evalúa el decaimiento (t avg ): período de semidesintegración t = t avg ln N N 0 La función que define la evolución de esta desintegración se denomina Curva de Decaimiento De este modo conociendo la abundancia actual de un isótopo radiactivo (N) se puede estimar el tiempo que ha transcurrido (t) en el que ha habido un decaimiento de una abundancia inicial (N 0 ) que se estima del contenido de un patrón de calibración.

15 Tritio 3 H: Tritio Isótopo Radiactivo del Hidrógeno. Vida Media (t 1/2 ) : Años

16 Tritio 3 H: Tritio Isótopo Radiactivo del Hidrógeno. Con base en la relación entre la cantidad de átomos de Tritio y otros átomos de hidrógeno se definen las unidades de Tritio (TU): Vida Media (t 1/2 ) : Años 1TU = 1Átomo3 H Átomos H

17 Tritio 3 H: Tritio El tritio se forma por dos vías: - Irradiación de rayos cósmicos sobre gases atmosféricos. - Aumento de la radiactividad en la atmósfera debido a ensayos nucleares.

18 Tritio 3 H: Tritio El tritio se forma por dos vías: - Irradiación de rayos cósmicos sobre gases atmosféricos. A partir de los 50, el aumento de los experimentos con armamento nuclear ocasionó un aumento de la cantidad de 3 H en el ambiente de valores incluso menores a 5 UT hasta valores superiores a las 4000 UT. - Aumento de la radiactividad en la atmósfera debido a ensayos nucleares.

19 Tritio 3 H: Tritio El tritio se forma por dos vías: - Irradiación de rayos cósmicos sobre gases atmosféricos. - Aumento de la radiactividad en la atmósfera debido a ensayos nucleares. A partir de los 50, el aumento de los experimentos con armamento nuclear ocasionó un aumento de la cantidad de 3 H en el ambiente de valores incluso menores a 5 UT hasta valores superiores a las 4000 UT. Esta condición sumada al comportamiento radiactivo del 3 H permite emplearlo como trazador para datar Aguas Subterráneas.

20 Tritio 3 H: Tritio Aumento del 3 H en la década comprendida entre 1955 y Fuente: Utah University Disponible en:

21 Tritio 3 H: Tritio Los cambios en la abundancia ambiental de Tritio deben contemplarse cuando este es usado como trazador Aumento del 3 H en la década comprendida entre 1955 y Fuente: Utah University Disponible en:

22 Tritio Curva de ingreso de los trazadores radiactivos 14 C y 3 H en función del aumento de la actividad nuclear. Fuente: Geyh, M. (2000) Disponible en: Environental isotopes in the hydrological cycle. Volume IV.Unesco. IAEA.

23 Datación Con Tritio 3 H: Tritio Decaimiento β del Tritio. Fuente: Bar-Zhoar D. (2008) Disponible en: 3 He: Helio 3 El Helio-3 es el isótopo hijo resultante del decaimiento del Tritio y la relación entre ambos se emplea como indicador para la datación de aguas subterráneas.

24 Datación Con Tritio 3 H: Tritio Decaimiento β del Tritio. Fuente: Bar-Zhoar D. (2008) Disponible en: 3 He: Helio 3 El Helio-3 es el isótopo hijo resultante del decaimiento del Tritio y la relación entre ambos se emplea como indicador para la datación de aguas subterráneas. 3 He spl = 3 Hspl(e λt 1) 3 He spl : Cantidad de 3 He muestreado 3 H spl : Cantidad de 3 H muestreado λ: Probabilidad de decaimiento del núcleo. t: Tiempo transcurrido desde el inicio del decaimiento.

25 Datación Con Tritio 3 H: Tritio 3 He: Helio 3 Decaimiento β del Tritio. Fuente: Bar-Zhoar D. (2008) Disponible en: El Helio-3 es el isótopo hijo resultante del decaimiento del Tritio y la relación entre ambos se emplea como indicador para la datación de aguas subterráneas. 3 He spl : Cantidad de 3 He muestreado 3 H spl : Cantidad de 3 H muestreado λ: Probabilidad de decaimiento del núcleo. t: Tiempo transcurrido desde el inicio del decaimiento. t = 1 λ ln 3He spl + 1 3H spl

26 Carbono C: Carbono 14 Radiocarbono Isótopo Radiactivo del Carbono. Vida Media (t 1/2 ) : 5730 Años Para emplearlo como indicador en dataciones se aplica la ecuación de la curva de decaimiento asumiendo como valor inicial de concentración del isótopo un valor corregido dependiendo del reservorio que se está analizando. El contenido de 14 C hallado mediante la corrección se compara con el contenido de un estándar y por comparación se determina la edad del agua datada.

27 Carbono C: Carbono 14 Radiocarbono Los valores de corrección asumidos dado el reservorio, pueden ocasionar que el tiempo hallado para el decaimiento diste en mayor o menor gado del real de la muestra. t = 1 λ ln N N 0 Posibles cambios de la relación entre el 14 C calculado y el Estándar. Fuente: Geyh, M. (2000) Disponible en: Environental isotopes in the hydrological cycle. Volume IV.Unesco. IAEA.

28 Carbono C: Carbono 14 Radiocarbono Los valores de corrección asumidos dado el reservorio, pueden ocasionar que el tiempo hallado para el decaimiento diste en mayor o menor gado del real de la muestra. t = 1 λ ln N N 0 Posibles cambios de la relación entre el 14 C calculado y el Estándar. Fuente: Geyh, M. (2000) Disponible en: Environental isotopes in the hydrological cycle. Volume IV.Unesco. IAEA.

29 Carbono C: Carbono 14 Radiocarbono El estándar asume que todo el 14 C en al agua es producto de la Disolución de Carbono Inorgánico Posibles cambios de la relación entre el 14 C calculado y el Estándar. Fuente: Geyh, M. (2000) Disponible en: Environental isotopes in the hydrological cycle. Volume IV.Unesco. IAEA.

30 Carbono C: Carbono 14 Radiocarbono Cuando la tendencia se desplaza por encima de la relación ideal, el 14 C pudo experimentar reacciones químicas que ocasionaran pérdidas del isótopo hacia otro reservorios Posibles cambios de la relación entre el 14 C calculado y el Estándar. Fuente: Geyh, M. (2000) Disponible en: Environental isotopes in the hydrological cycle. Volume IV.Unesco. IAEA.

31 Carbono C: Carbono 14 Radiocarbono Cuando la tendencia se desplaza por debajo de la relación ideal, la reserva de 14 C pudo aumentar debido a una mayor acumulación del isótopo que alterara el momento en el que inició el decaimiento. Posibles cambios de la relación entre el 14 C calculado y el Estándar. Fuente: Geyh, M. (2000) Disponible en: Environental isotopes in the hydrological cycle. Volume IV.Unesco. IAEA.

32 Las Cadenas de Decaimiento o de Desintegración son el conjunto sucesivo de Isótopos que resultan de la desintegración de un núcleo radiactivo de un elemento hasta alcanzar una forma estable. Cadenas de Decaimiento

33 Cadenas de Decaimiento Las Cadenas de Decaimiento o de Desintegración son el conjunto sucesivo de Isótopos que resultan de la desintegración de un núcleo radiactivo de un elemento hasta alcanzar una forma estable. Los decaimientos pueden tener dos efectos sobre la relación número atómico / número másico:

34 Cadenas de Decaimiento Las Cadenas de Decaimiento o de Desintegración son el conjunto sucesivo de Isótopos que resultan de la desintegración de un núcleo radiactivo de un elemento hasta alcanzar una forma estable. Decaimiento α: Los decaimientos pueden tener dos efectos sobre la relación número atómico / número másico: Ocasiona la liberación de una partícula alfa, es decir un núcleo de 4 He.

35 Cadenas de Decaimiento Las Cadenas de Decaimiento o de Desintegración son el conjunto sucesivo de Isótopos que resultan de la desintegración de un núcleo radiactivo de un elemento hasta alcanzar una forma estable. Decaimiento α: Los decaimientos pueden tener dos efectos sobre la relación número atómico / número másico: Ocasiona la liberación de una partícula alfa, es decir un núcleo de 4 He. Este decaimiento ocasiona una disminución de 4 unidades de Número Masico (A) y 2 unidades de número Atómico (Z)

36 Cadenas de Decaimiento Las Cadenas de Decaimiento o de Desintegración son el conjunto sucesivo de Isótopos que resultan de la desintegración de un núcleo radiactivo de un elemento hasta alcanzar una forma estable. Decaimiento α: Los decaimientos pueden tener dos efectos sobre la relación número atómico / número másico: A ZX α A X 4 Z X 2 Y Ocasiona la liberación de una partícula alfa, es decir un núcleo de 4 He. Este decaimiento ocasiona una disminución de 4 unidades de Número Masico (A) y 2 unidades de número Atómico (Z) + 4 He 2+

37 Cadenas de Decaimiento Las Cadenas de Decaimiento o de Desintegración son el conjunto sucesivo de Isótopos que resultan de la desintegración de un núcleo radiactivo de un elemento hasta alcanzar una forma estable. Decaimiento β: Puede ocasionar la variación del número atómico (Z) aunque se mantenga el número másico del Isótopo (A) Los decaimientos pueden tener dos efectos sobre la relación número atómico / número másico:

38 Cadenas de Decaimiento Las Cadenas de Decaimiento o de Desintegración son el conjunto sucesivo de Isótopos que resultan de la desintegración de un núcleo radiactivo de un elemento hasta alcanzar una forma estable. Decaimiento β - : n β p+ + e + ῡ e Los decaimientos pueden tener dos efectos sobre la relación número atómico / número másico:

39 Cadenas de Decaimiento Las Cadenas de Decaimiento o de Desintegración son el conjunto sucesivo de Isótopos que resultan de la desintegración de un núcleo radiactivo de un elemento hasta alcanzar una forma estable. Decaimiento β - : Disminuye la cantidad de n y aumenta la cantidad de p + n β p+ + e + ῡ e Los decaimientos pueden tener dos efectos sobre la relación número atómico / número másico:

40 Cadenas de Decaimiento Las Cadenas de Decaimiento o de Desintegración son el conjunto sucesivo de Isótopos que resultan de la desintegración de un núcleo radiactivo de un elemento hasta alcanzar una forma estable. Decaimiento β + : p + β + n + e + υ e Los decaimientos pueden tener dos efectos sobre la relación número atómico / número másico:

41 Cadenas de Decaimiento Las Cadenas de Decaimiento o de Desintegración son el conjunto sucesivo de Isótopos que resultan de la desintegración de un núcleo radiactivo de un elemento hasta alcanzar una forma estable. Decaimiento β + : Disminuye la cantidad de p + y aumenta la cantidad de n p + β + n + e + υ e Los decaimientos pueden tener dos efectos sobre la relación número atómico / número másico:

42 Lo anterior puede observarse en la Cadena de Decaimiento del 238 U Cadenas de Decaimiento

43 Cadenas de Decaimiento Lo anterior puede observarse en la Cadena de Decaimiento del 238 U Decaimiento de 238 U Fuente: IN2P3 Disponible en: vite.com/en/site/page s/radioactive_series.htm

44 Cadenas de Decaimiento Lo anterior puede observarse en la Cadena de Decaimiento del 238 U El decaimiento alfa ocasiona cambio de número atómico y número másico Decaimiento de 238 U Fuente: IN2P3 Disponible en: vite.com/en/site/page s/radioactive_series.htm

45 Cadenas de Decaimiento Lo anterior puede observarse en la Cadena de Decaimiento del 238 U El decaimiento beta- ocasiona cambio de número atómico pero no de numero másico Decaimiento de 238 U Fuente: IN2P3 Disponible en: vite.com/en/site/page s/radioactive_series.htm

46 Cadenas de Decaimiento Lo anterior puede observarse en la Cadena de Decaimiento del 238 U: La cadena de decaimiento ocurre hasta que el núcleo radiactivo alcanza una forma estable. Decaimiento de 238 U Fuente: IN2P3 Disponible en: vite.com/en/site/page s/radioactive_series.htm

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