Datación por Carbono-14 y la Interacción de la Radiación Gamma con la Materia

Procedimiento de Datación por Carbono-14

El **Carbono-14 (C-14)** es un **isótopo radiactivo** del elemento carbono. Los organismos vivos, durante su vida, acumulan C-14 proveniente de la atmósfera, el suelo y la cadena alimentaria, hasta alcanzar una proporción constante con los átomos de carbono estables. En el momento en que un ser vivo muere, deja de acumular este isótopo. Al ser radiactivo, el C-14 se desintegra, modificando la relación de átomos de C-14 a átomos de carbono (C) en función de la **fórmula de desintegración de los elementos radiactivos**: N = N_o * e^-λ.t.

Sabiendo la cantidad de átomos de C-14 (N) existentes en un fósil, es posible conocer la fecha de la muerte de dicho organismo vivo, ya que se conoce la cantidad de átomos de C-14 que poseía en el momento de su muerte (N_o), la cual es la misma que la de cualquier organismo vivo.

Distribución de la Energía y Aprovechamiento como Calor

La mayor parte de la **energía cinética** (aproximadamente el 95%) es transferida a las partículas de menor masa, es decir, los **neutrones**. Estos neutrones comunican su energía cinética al moderador y al líquido refrigerante. Este refrigerante, al ser calentado, se transportaría a un intercambiador de calor, el cual calentaría el circuito secundario de agua (H₂O). El vapor de agua resultante serviría para mover una turbina y producir energía eléctrica.

Mecanismos de Interacción de los Fotones Gamma con la Materia

Existen diversas formas de interacción entre las **partículas gamma** y la materia, pero solo tres son las más probables. La probabilidad de cada uno de estos efectos es función de la energía de la radiación gamma:

• Para energías inferiores a 0.1 MeV, el efecto más probable es el **efecto fotoeléctrico**.
• Para energías entre 0.1 y 1 MeV, el efecto predominante es el **efecto Compton**.
• Para energías superiores a 1 MeV, el efecto más probable es la **producción de pares**.

1. Efecto Fotoeléctrico

La radiación gamma cede toda su energía a un electrón de la corteza del átomo de la materia, generalmente a un electrón de las capas internas K o L. Esto arranca dicho electrón del átomo y, al mismo tiempo, le comunica una energía cinética dada por la ecuación: E₂ = E₁ - W.

• E₁: Energía que llevaba la radiación gamma.
• E₂: Energía cinética del electrón arrancado.
• W: Trabajo invertido para arrancar el electrón.

Este electrón arrancado se comporta como una **radiación beta** y, a su vez, produce una ionización secundaria. La radiación gamma, al no tener masa ni carga, solo es capaz de generar un par de iones por sí sola; es el electrón arrancado el que produce el resto de la ionización.

2. Efecto Compton

La radiación gamma cede una parte de su energía a un electrón de la corteza de un átomo del material. Esto puede resultar en el arranque del electrón (con menor energía cinética) o en la obtención de una radiación gamma de menor energía, la cual podría producir el efecto fotoeléctrico.

3. Producción de Pares

Este efecto se produce cuando una radiación gamma pasa por las inmediaciones del núcleo atómico y se transforma en un positrón (e⁺) y un electrón (e^-).

Experimentalmente, se ha comprobado que la interacción de la radiación gamma con la materia sigue una **ley exponencial**: I_χ = I_o * e^{-μ χ}.

• I_χ: Intensidad de fotones gamma por cm² y segundo.
• μ: Coeficiente de absorción lineal.
• χ: Espesor de la materia atravesada.

De esta manera, se deduce que la radiación gamma nunca puede ser frenada al 100%.

Controlador de Centelleo Sódico

Los **controladores de centelleo sódico** detectan los rayos gamma y se utilizan para medir sus energías. Consisten en un cristal de **yoduro de sodio (NaI)** y un **fotomultiplicador**.

Al ser irradiado, el cristal centellea, emitiendo destellos de luz visible cuando los átomos excitados por la radiación emiten fotones. Estos fotones actúan en el fotomultiplicador y chocan con un cátodo fotosensible, provocando la emisión de electrones. Estos electrones son acelerados por una diferencia de potencial y chocan con un electrodo denominado dinodo, que emite aproximadamente cuatro electrones secundarios por cada electrón incidente. Estos electrones son atraídos por el siguiente dinodo de mayor potencial, produciendo cada electrón otros cuatro, y así sucesivamente. En el último dinodo, se obtendrán 4ⁿ electrones, donde 'n' es el número de dinodos.

La carga total del pulso es proporcional a la cantidad de ionización, y puede utilizarse un **analizador multicanal** para identificar la fuente de la radiación.