Detección de radionucleidos cosmogénicos mediante la técnica de espectrometría de masas con aceleradores

• Autores: Rodrígues Ferreira Maltez, Darío Pablo
• Año de publicación: 2016
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Martí, Guillermo Virginio; Arazi, Andrés
• Materia: ESPECTROMETRIA DE MASAS CON ACELERADORES; SUBDUCCION DE PLACAS TECTONICAS; POLVO INTERPLANETARIO; AMS; 10BE; 53MN.; ACCELERATOR MASS SPECTROMETRY; TECTONIC PLATE SUBDUCTION; INTERPLANETARY DUST; AMS; 10BE; 53MN
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Una extensa variedad de radionucleidos son producidos por la interacción de los rayos cósmicos de alta energía con la atmósfera de nuestro planeta y con el polvo interplanetario que eventualmente puede arribar a él. Entre estos radionucleidos se encuentran el 10Be (T1/2 ~ 1,4 x 10^6 a˜nos) y el 53Mn (T1/2 ~ 3,7 x 10^6 a˜nos), que gracias a sus largos períodos de semi desintegración, resultan adecuados como trazadores en procesos de interés geofísico cuyos tiempos característicos son del orden de los millones de años. Además, el 53Mn, por producirse esencialmente fuera de nuestro planeta, es un excelente trazador de la depositación de material extraterrestre sobre la Tierra. Debido a sus concentraciones, de una parte en 10^9 hasta una parteen 10^15 respecto de sus isótopos estables, y actividades específicas extremadamentebajas, estos radionucleidos sólo pueden ser identificados y cuantificados mediantela técnica de espectrometría de masas con aceleradores (AMS). En este trabajo seaplicó la técnica AMS para la detección de estos radionucleidos con el objeto de estudiar el reciclado de sedimentos submarinos durante la subducción de placas tectónicas y la tasa de depositación de polvo interplanetario en nuestro planeta. En el primer caso las muestras analizadas fueron cenizas y rocas volcánicas y sedimentos extraídos de hasta 250 metros de profundidad por debajo del fondo submarino. En el segundo caso, se analizó una muestra de 1.400 kg de nieve antártica. Todas las muestras fueron procesadas químicamente para la extracción y concentración del elemento de interés y la supresión del isóbaro que interfiere en las mediciones de AMS. Las mediciones de las relaciones isotópicas fueron llevadas a cabo utilizando cuatro aceleradores de diferentes laboratorios, aprovechando las ventajas técnicas de cada uno. Finalmente, mediante el modelado de estos procesos y sobre la base de los resultados obtenidos fue posible determinar rangos para el porcentaje de sedimentos submarinos que participan de la formación de magmas durante la subducción de la placa tectónica de Nazca y establecer una cota superior para la cantidad de polvo interplanetario que ingresa a nuestro planeta. Además de estas dos aplicaciones geofísicas, en el marco de este trabajo se implementó la técnica AMS en las instalaciones del Acelerador TANDAR de forma cuantitativa. Para ello se construyó un sistema de detección que, haciendo uso de las altas energías posibles en este acelerador, permitió la identificación del radio nucleido 10Be con la completa supresión de su isóbaro estable 10B. De este modo, se consiguieron en el Acelerador TANDAR, mediciones de relaciones isotópicas 10Be/9Be tan bajas como 5 x 10^−13, nivel de sensibilidad suficiente para realizar la mayoría de los estudios geofísicos con este radio nucleido.
A wide variety of radionuclides are produced by the interaction of high-energycosmic rays with the Earth’s atmosphere and with the interplanetary dust thatcan eventually reach it. Among these radionuclides are the 10Be (T1/2 ~ 1,4 x 10^6 years) and 53Mn (T1/2 ~ 3,7 x 10^6 years), that thanks to its long half-lives,are suitable as tracers in processes of geophysical interest whose characteristictimes are of the order of millions of years. In addition, the 53Mn is an excellenttracer for deposition of extraterrestrial material on Earth because is essentiallyproduced outside our planet. Due to its concentrations of one part in 10^9 to a partin 10^15 with respect to their stable isotopes, and extremely low specific activities,these radionuclides can only be identified and quantified by Accelerator Mass Spectrometry (AMS) technique. In this work, we applied the AMS technique forthe detection of these radionuclides in order to study the marine sediment recyclingduring subduction of tectonic plates and the deposition rate of interplanetarydust on our planet. In the first case, the analyzed samples were volcanic ashesand sediments taken from up to 250 meters deep below the seabed rocks. In thesecond case, a sample of 1400 kg of Antarctic snow was analyzed. All samples werechemically processed for extraction and concentration of the element of interestand for suppressing the interfering isobar in AMS measurements. The measurements of isotopic ratios were carried out using four differentaccelerators, taking advantage of the technical characteristics of each one. Finally,by modeling these processes and on the basis of the results obtained it was possibleto determine the ranges of percentage of submarine sediments involved in theformation of magmas during the subduction of the Nazca tectonic plate and, setan upper limit for the amount of interplanetary dust entering our planet. Besides these two geophysical applications, in the context of this work, the AMS technique was quantitatively implemented in TANDAR accelerator facility. For this, capitalizing the high potential energy in this accelerator, a detectionsystem was built. It allowed the identification of radionuclide 10Be with completesuppression of its stable isobar 10B. Thus, 10Be/9Be isotope ratio measurementsas low as 5 x 10^−13 were achieved in the accelerator TANDAR, sensitive enoughfor most geophysical studies with this radionuclide.
Fil: Rodrígues Ferreira Maltez, Darío Pablo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.