El carbono es el elemento más común en la Tierra. Crea numerosos enlaces, principalmente con hidrógeno y oxígeno. Hay tres isótopos conocidos de carbono: 12 C, 13 C y 14 C. Este último, debido a sus propiedades radiactivas, se denomina coloquialmente radiocarbono. Su aplicación más importante es la determinación de la edad de formaciones geológicas y objetos arqueológicos. Además, el radiocarbono se utiliza para estudiar los cambios ambientales.
Radiactividad del isótopo de carbono 14 C
Los isótopos son un conjunto de átomos de un mismo elemento que tienen idéntico número atómico y distinto número másico. La gran mayoría de los elementos naturales tienen más de un isótopo. Sus propiedades pueden ser muy diferentes. Los porcentajes de isótopos individuales también varían significativamente. El carbono elemental tiene tres isótopos: 14 C, 13 C y 12 C. El más común es el 12 C, más del 98 %. En la naturaleza, se puede encontrar mucho menos 13 C. Por otro lado, el isótopo radiactivo de carbono- 14 C se encuentra en la Tierra en menor cantidad. Su fuente son las reacciones nucleares de neutrones térmicos (de origen cósmico) con núcleos de nitrógeno. Tienen lugar en la estratosfera. El isótopo de carbono 14 C se desintegra espontáneamente. La desintegración beta produce nitrógeno 14 N no radiactivo, un electrón y un antineutrino. Con el tiempo, el contenido de isótopos radiactivos de 14 C en el material disminuye. La intensidad de la radiación que produce también disminuye. El tiempo después del cual el contenido de carbono radiactivo disminuye a la mitad se define como la vida media (característica de los elementos radiactivos). Para el isótopo 14C del carbono es de 5730 años. Así, después de este tiempo, de una porción de 14 C radiactivo queda la mitad.
Datación por radiocarbono
Una gran parte del isótopo de carbono 14 C, que se acumula en la atmósfera, se oxida para formar 14 CO. Cuando esta forma reacciona con el radical hidroxilo (OH), se oxida aún más a 14 CO 2 . El dióxido de carbono, 14 CO 2 , a su vez, se libera de la atmósfera hacia la biosfera y la hidrosfera (como resultado, por ejemplo, de la difusión, disolución, fotosíntesis). El radiocarbono 14C es un componente de muchos compuestos orgánicos. Se asimilan en las plantas o se disuelven en el agua del océano. La concentración del isótopo 14 C en la atmósfera es varias veces mayor que, por ejemplo, en las profundidades del océano. Por lo tanto, se convierte en un trazador isotópico natural. Con su ayuda, es posible rastrear los cambios que ocurren en el entorno natural. Una de las aplicaciones más importantes del isótopo 14C es la llamada datación por radiocarbono. El dióxido de carbono que contiene 14 C radiactivo penetra en todos los seres vivos: plantas y animales. Los organismos participan en el ciclo de intercambio de radiocarbono con la biosfera. Entonces el contenido del isótopo 14C es constante. Esto cambia cuando el organismo muere. Cuando un organismo muere, ya no absorbe carbono 14 C, por lo que su cantidad disminuye constantemente. La desintegración de este isótopo tiene lugar a una velocidad determinada por la ley de su desintegración (la desintegración de los átomos de 14 C a lo largo del tiempo adopta la forma de una función exponencial). La suposición citada se convirtió en la base para determinar la edad de los hallazgos arqueológicos, lo que se denomina datación por radiocarbono (o método del carbono radiactivo). La comparación de la relación del contenido de 14 C y 12 C en la materia orgánica muerta y en la atmósfera permite determinar la edad de radiocarbono (el tiempo desde la muerte del organismo hasta el momento de la medición). La edad de radiocarbono convencional se determina comparando el contenido de ambos isótopos de carbono en la muestra de prueba y en el estándar de biosfera moderno.
Técnica AMS para medir la concentración de radiocarbono, 14 C
La medición del contenido de carbono 14 C radiactivo en el material es complicada y requiere equipos especializados, lo que encarece todo el proceso. La técnica del acelerador, AMS, aprovecha el hecho de que el 14 C es ligeramente más pesado que el 12 C (alrededor de 1,17 veces). También se realiza una medición paralela del contenido de 13 C. Los espectrómetros de masas de acelerador se utilizan en la técnica AMS. Los diversos componentes de este aparato, como la fuente de iones, el acelerador, el imán de análisis o el analizador electrostático, se colocan a lo largo de los lados de un cuadrado de 5 x 5 m. Son enteramente una cámara uniforme de alto vacío de una longitud de unos 15 metros. El dispositivo se puede dividir en una parte de baja energía y otra de alta energía. Para determinar la proporción de isótopos de carbono individuales, el espectrómetro AMS mide los átomos de 14 C, 13 C i 12 C que se liberan del cátodo (hecho del material de prueba). Los iones de carbono (producidos en la fuente de iones) se dirigen al acelerador. Allí se aceleran y golpean el imán de análisis. Luego se encuentran en la cámara de deriva, que permite medir la corriente eléctrica de ambos tipos de iones. Finalmente, los iones del isótopo de carbono radiactivo 14 C, tras pasar por el analizador electrostático, llegan al detector que permite su recuento. El espectrómetro AMS es un dispositivo extremadamente avanzado. Todas las partes del aparato y los parámetros operativos actuales están controlados por un software especial para PC y pueden controlarse desde una consola.
