Trazas de Fision

Fusion-Fision
Fusión nuclear: Proceso mediante el
cual dos núcleos atómicos se unen
para formar uno de mayor masa
atómica.
Fisión nuclear: Proceso
inverso. Un núcleo pesado
se divide en dos o más
núcleos pequeños, más
algunos subproductos (
neutrones, fotones).
 Tanto el Uranio 238Ucomo el 235U sufren el
mismo efecto siendo el 238U por su mayor
presencia porcentual (~99/1) el mas relevante.
 Por cada átomo fisionado se libera una energía
de
~ 200MeV.
 El nucleo del atomo se divide en dos nucleidos
que por contener una similar masa e igual carga
se repelen provocando en su desplazamiento la
deformacion en el cristal.
Desde mediados del siglo
pasado se reconoció que la
fisión de ciertos núclidos
provocaban en los minerales
que los contenían una
deformación lineal en su
estructura.
 Los fragmentos son altamente
cargados, positivamente, y en su camino
captan electrones de los átomos de la red
que están en su camino, convirtiéndolos
en iones positivos (en rojo).

Los iones resultantes entonces se

repelen produciendo el daño estructural
(trazas), su longitud puede alcanzar 10
micras para el zircón y 22 micras para el
apatito, su diámetro no rebasa 0.01 micra.
 Price P.B y Walker R.M. (1962) a partir del
mordentado (corroído con ácidos adecuados) del
mineral lograron aumentar el tamaño de esas
deformaciones hasta hacerlas visibles en un
microscopio óptico. Las deformaciones así
tratadas aparecen como canales (Trazas) en la
superficie del mineral.
Proceso de visualizacion de trazas
Trazas de fision en Apatita
Con luz transmitida
Con Luz reflejada
P. B. Price & R. M. Walker (1963) informan
además que midiendo la densidad de
dichas trazas (en un material en donde
además se pudiera medir la concentración
de U) se podría calcular su edad.
La propuesta fue inmediatamente
considerada y condujo al desarrollo del

Método de determinación de edad por

Trazas de Fisión.
 La fisión Nuclear está sujeta como las demás desintegraciones
radioactivas ( α,β,γ)a la ley exponencial de desintegración
radiactiva. Respondiendo a la igualdad:

Nd= Np λt
(e -1)
Nd = átomo radiogénico hija.
Np = átomo madre.
λ = constante de
desintegración.
t = Tiempo transcurrido
 Nd/Np= λt
e -1

t= 1/λ ln (1+ Nd/Np)

La densidad de trazas
(Hijas) en un Cristal estará
en función de la
concentración de U, el
tiempo transcurrido y la
constante de
desintegración.
 Al reemplazar Nd por (D), el total de decaimientos del
238U
por cm3 y Np por la concentración de 238U en la
muestra tendremos:

D = 238U (eλ t-1)

α

 La constante de desintegración por fisión (λƒ) del 238U a

partir de muestras de edad conocida (medida con otros
métodos) tiene un valor de λ= 8,46 +/- 0,06 x10 -17 a-1, lo
cual es enormemente pequeña en relación a la conocida
constante de desintegración α del 238U. λα = 1.55125 x
10-10 a-1 por lo que puede ser descartada
 La cantidad ƒs del 238U
que decaen por fisión
espontanea, surge de la multiplicación de D por la
relación λƒ/ λα

 D. λƒ/ λα = ƒs = λƒ/ λα 238U (eλ t-1)

α

 Una pequeña cantidad de Trazas (Θ) estará en la

superficie pulida y podrá ser medida.
 La densidad superficial (trazas por cm2) estará dada
por:

 ρs = ƒs Θ = λƒ/ λα 238U (eλ t-1). Θ

α
 ρs = λƒ/ λα 238U (eλαt-1). Θ
 Condición indispensable para la valides de esta
igualdad es que la concentración de 238U medida
corresponda a la zona exacta donde se midieron
las trazas.
 Para ello se desarrollo un ingenioso método
basado en el la Inducción de trazas
aprovechando la característica del U (esta vez
235U) de fisionar bajo el bombardeo de neutrones

térmicos en un reactor nuclear.

 Provocada la desintegración por fisión
(Inducida) del 235U en el cristal es posible la
determinación de concentración de U del
mismo modo que el de las trazas espontaneas
es decir a través de la densidad de las mismas.

 Se aplicaron y perfeccionaron a lo largo de estos

años, siempre basados en este hecho,
diferentes métodos de medición.
 El detector externo esta constituido por una fina capa
de muscovita libre de U.
 El proceso consiste en:
 1. Construir una probeta con resina epoxi ( para la
apatita)en cuya superficie se inserten los minerales a
estudiar.
 2. Por medio de abrasivos desbastar y pulir a espejo (
Libre de rayas) la superficie de los cristales.
 3. Por medio de ácidos adecuados ( Apatita con
Clorhídrico 5 M) corroer (mordentado) la superficie
para la visualización de las trazas espontaneas.
 4. La probeta es cubierta con una plancha de
muscovita y sellada con papel adhesivo.
Resipiente de teflon para el llenado de la
probeta
Probetas previas al pulido
Herramienta de pulido de
probetas
Probetas pulidas y cortadas al espesor definitivo, previo
al mordentado.
Control de radiacion
Probetas por irradiado
Soporte de tafon para ataque con HF
Ataque con HF
Esquema de la disposicion del par
en el porta objeto.
 A partir de las trazas inducidas por el
bombardeo de neutrones surge que:

ƒi = 235U σΦ

 235U
= concentración de átomos por cm3 de
muestra.
 σ es la sección eficaz de fisión del 235U para
neutrones térmicos (580,2 barn).
 Φ es la dosis de neutrones recibida por la
muestra por cm2.
 La cantidad de trazas producidas en la superficie
espejada surge nuevamente por la multiplicación
de ƒi por Θ.

 ρi = ƒi Θ = 235U σΦΘ
 Al dividir ρs/ρi se elimina el factor Θ.

 ρs/ρi = λƒ/ λα 238U/235U (eλ t-1)/σ Φ

α
 Despejando t tenemos:

 t = 1/λα ln (ρs/ρi . λƒ/ λα . 238U/235U .σΦ+

1)

 λα = 1.55125 x 10-10 a-1.

 λƒ =8.46±0.06 x 10-17 a-1 .
 σ = 580.2 barn,
 238U/235U
= 1/137.88
 Φ = dosis de neutrones.
 ρs/ρi = conteo de trazas en el par, apatita/muscovita.
 Parametro Z
 La Constante de fisión debido a que se mide indirectamente
no ha sido determinada con exactitud, por otro lado la dosis
de neutrones constituye una variable difícil de medir
absolutamente en cada irradiación.
 Para superar este obstáculo Hurford & Green (1982-1983)
introdujeron el llamado método de calibración zeta, que
consiste en la introducción de un estándar (Apatita Durango)
de edad conocida y vidrios (3) Dosimétricos con una
concentración conocida de U. El estándar (procesado de la
misma forma que las muestras) y los vidrios son sometidos
junto con las muestras al bombardeo de neutrones.
Colocados en el cilindro en posiciones (Vidrio/muestras
vidrio Muestras /estándar/ muestras Vidrio).
Vidrio dosimétrico
 La formula de edad para cada estándar de edad conocida
analizado se resuelve.
 t Std = edad del estándar medido con métodos independientes
 ( U/Pb, Rb/Sr, Ar/ Ar).
 ρd= Densidad de trazas en vidrios dosimétricos.
 ρs/ρi)Std. = Relación de trazas en el estándar.

 El Parámetro ξ es un valor empírico sin dimensión que

depende de varios factores como la calidad del proceso de
preparación de las probetas (pulido , mordentado), y en
especial del conteo de las trazas, es decir del operador .
Mediante una suficiente cantidad de mediciones de trazas
tanto en el estándar como en los vidrios dosimétricos se
calcula dicho parámetro.
 La fórmula para el cálculo de la edad se
construye entonces de la siguiente forma:

tm = (1/λα) ln [λα (ρs/ ρi) pd ξ + 1]

tm= Edad de la muestra (del cristal medido)

Pd = Densidad de trazas en vidrios

dosimétricos.

(ρs/ρi) = Relación de trazas en la muestra.

 Medición de Edad
 El conteo consiste en: Centrar primeramente el porta objetos
con el par ap/mk en la platina del microscopio de modo que el
softwer acoplado a la misma pueda reconocer exactamente el
reflejo espejo en la muscovita (mk) que corresponde a la de la
apatita seleccionada de la probeta.

 Se selecciona las apatitas cuya superficie expuesta este

paralela al eje C. Esto se reconoce por la orientación y forma
de las bocas de trazas aflorantes en la superficie del cristal.
Estas deben ser una línea oscura recta y estar alineadas” Se
selecciona una zona de esta apatita libre de fracturas u otras
imperfecciones que puedan dificultar el reconocimiento de
trazas. Con el mouse marcar el perímetro de la zona
apartándose del borde del cristal, e iniciar el conteo asiendo cli
en cada boca.
La línea continua circular marca la zona seleccionada los + marcan la ubicación de una boca.
 Completado el conteo desplazar mediante el sof la
óptica a la zona de muscovita, donde se transfiere el
perímetro marcado. Se procede al conteo de las trazas
inducidas.
 Reflejo en mk. De la zona medida. La línea
circular enmarca la zona correspondiente al
reflejo de la apatita. Obsérvese la bocas de
salida de la traza en forma rómbica
correspondiente a la anisotropía a la
corrosión con asidos de la muscovita.

 Es menester contar no menos de 25 Zonas

siendo el resultado de la medición, mejor
con mayor número de conteo.
 Largo de Trazas

 Al comparar dataciones realizadas con

esta técnica sobre rocas plutónicas y
metamórficas, las edades de TF
resultan considerablemente más
jóvenes. Esto se debe a que las
trazas de fisión en minerales se
acortan a lo largo del tiempo a
temperaturas muy bajas hasta que
desaparecen.
 El largo de la traza tiene una fuerte influencia sobre la
“densidad de trazas”, lo que es la base fundamental de
la determinación de edad por este método.
 La posibilidad de cortar la superficie del cristal es mayor
para trazas completas que para aquellas que se han
acortado. La edad será entonces un tanto menor
mientras mayor sea el grado de suturación. Para
reconocer el significado de la edad de fisión es
entonces necesario determinar la distribución de largos
de trazas en la muestra.
 La suturación de la traza ocurre desde sus extremos y
es irreversible. No hay una explicación precisa aun del
porque de la suturación, pero se reconoce que la
temperatura es el principal factor junto con el tiempo y
la composición química.
 El largo medio de una traza no suturada (Medida en
 Largo de trazas
 Inducidas Vulcanita Basamento Bimodal Mezcla
no suturada no suturado

 Largo de traza en μm
 . Trazas inducidas por bombardeo de
neutrones son las más largas (16.3 μm) y su
distribución es serrada y simétrica.

 . Vulcanitas y rocas similares , con rápido

enfriamiento no recalentadas por encima de
50°C, muestran largos medios de 14-15 μm
y también una distribución serrada con una
pequeña desviación estándar de ± 1 μm
(undisturbed volcanic). Los minerales
estándar corresponden a rocas de este tipo.
 . Rocas de enfriamiento lento y constante
como por ej basamento cristalino de
cratones, tienen una media de largos menor
12-13 μm con una mayor desviación estándar
y muestran una amplia distribución de largos
con una pendiente negativa hacia las trazas
más cortas (undisturbed basement) .
 . Una historia térmica bifásica por ej. a partir
de un aporte térmico resulta en una
distribución bimodal característica.
 . Una línea compleja de temperatura
conducen a una variada mezcla de largos.
 Medición de Largos

 Para medir el largo de una traza, es

necesario primeramente que este
completa es decir, no puede ser una
traza que aflore en la superficie del
cristal como las que se usan para
conteo. Ambos extremos de la traza
deben estar dentro del cristal, y la
misma debe estar paralela a la
superficie de medición.
 Se requiere encontrar una traza horizontal
confinada que por estar junto a una
emergente sufra el proceso de corrosión acido
y con ello sea visible.

 Debe medirse conjuntamente, la dirección del

eje C mediante la orientación de las huellas, el
largo de la huella Dpar. Y la orientación y largo
de la traza.
 Zona de suturación parcial
 Las trazas de fisión se suturan en tiempos
geológicos a lo largo de un amplio rango de
temperatura. Para apatitas de Durango por ej.
Entre 125 y 60°C (Gleadow y Duddy 1981)
 El concepto de “temperatura de sierre” usado
para los distintos métodos isotópicos no es
completamente aplicable en el caso del método
de trazas de fisión. En su lugar se aplica el de
zona de suturación parcial (partial annealing
Zone PAZ; Gleadow y Fitzgerald, 1987)
 Estabilidad de trazas

 Largos medios de trazas Edad aparente (Ma)

 El cuadro A ilustra sobre la estabilidad de las
trazas en apatita, en dependencia con la
temperatura. En el diagrama A y C se
proyectan los datos de largos trazas y edad
aparente de la perforación en la cuenca de
Otway ( Australia)contra la temperatura de la
perforación (Green et al. 1989) Dentro de la
zona te suturación parcial (PAZ) los largos
medios y las edades aparentes se reducen
con el aumento de temperatura Por debajo de
PAZ la densidad de trazas es Cero.
 La capacidad de suturar la huella de fisión depende
en gran medida de la composición química de la
apatita (Carlson et al. 1999). Los aniones F-, Cl- y
OH- principalmente pero también cationes como
hierro manganeso y tierras raras pueden variar las
condiciones de saturación. La relación F/Cl se
reconoce como la de trascendental influencia. La Cl-
apatitas son mas resistentes a la suturación que las
F-apatitas (Carlson et al. 1999, OSullivan y Parrish
1995). La influencia del quimismo es un proceso
complejo aun no aclarado , habiendo una
correspondencia de este con las diferentes
respuestas a la corrosión acida, la que aumenta
con el aumento del contenido de cloro
Los datos aquí obtenidos son introducidos en el
programa HeFTy, el cual calcula un modelo la historia
térmica sufrida por la muestra: