Memoria técnica del nuevo acelerador del CNA: Micadas

MICADAS: una nueva herramienta para la datación por radiocarbono (Autor: Dr. Francisco Javier Santos Arévalo)

MICADAS es la última herramienta de trabajo que se ha incorporado al Centro Nacional de Aceleradores. Se trata de un sistema para la detección de ¹⁴C por espectrometría de masas, similar al sistema SARA ya instalado desde el año 2005. Sin embargo, MICADAS presenta una serie de peculiaridades que lo hacen muy interesante desde un punto de vista práctico:

-Se trata de un sistema muy compacto (2x3m²), diseñado exclusivamente para la detección de ¹⁴C.
-El sistema está totalmente optimizado para la detección de este isótopo, lo que permite simplificar su manejo, manteniendo una capacidad análoga a instalaciones más grandes y complejas.
-Ofrece un sistema integral de tratamiento de datos (tanto base de datos como análisis de resultados), y preparación de muestras con el sistema AGE.

El sistema MICADAS ha sido desarrollado dentro del grupo de AMS del ETH de Zürich, y existen varios equipos instalados en laboratorios de todo el mundo.



Desde un punto de vista técnico son destacables algunos aspectos:

-La unidad de aceleración se basa en una fuente de tensión comercial, no en un acelerador.  Está limitado a 200 kV por lo que el aislamiento se puede hacer simplemente en vacío.
-Además de las habituales cámaras de Faraday para determinar el ¹²C y ¹³C en la zona de alta energía, dispone de una cámara para determinar el¹³C proveniente de un hidruro, ¹³C(H).  También existe una cámara en la zona de baja energía para determinar el ¹²C en esta zona, controlando así la transmisión.
-El estado de carga seleccionado tras el proceso de stripping es el 1+, por lo que puede haber un cierto nivel de fondo debido a iones de ¹³C(H) dispersados.  La lectura de la cámara de Faraday antes mencionada permite corregir esta fuente de fondo.
-El detector de gas funciona como un contador simple, contabilizando todos los eventos que superen un límite de energía.
-El intercambiador de muestras dispone de varias cámaras independientes que permiten la medida de forma continua.

El equipo instalado en el CNA ha sido probado desde su instalación con múltiples muestras de ejercicios de intercomparación de radiocarbono (FIRI, VIRI) y con muestras de referencia de la IAEA.

En las siguientes tablas y figuras podemos ver los valores nominales (recuadrados en verde) y los obtenidos en diferentes medidas (dentro del sombreado naranja) para dos muestras de la IAEA.  El valor promedio de las medidas individuales también se puede ver en el recuadro verde para facilitar la comparación.  En ambos casos se trata de muestras de ácido oxálico, el mismo material que se utiliza en el proceso de datación para realizar los cálculos de edades al normalizar (HOx-II).





Tanto el valor pMC (concentración de radiocarbono con respecto a un patrón) como el valor d13C (medida de los isótopos estables, ¹²C y ¹³C) medido en cada muestra, se ajustan al valor nominal (líneas discontinuas) dentro del error.  Por la propia naturaleza de la medida del coeficiente d¹³C, es esperable una mayor dispersión de los datos, y no se representa el error.  El error representado en el caso de pMC es 1sigma.

Es interesante destacar la reproducibilidad de los resultados en muestras procesadas a lo largo de un tiempo de más de tres meses.





También en el caso de una muestra con una concentración notablemente más baja el acuerdo tanto de las medidas individuales como del promedio con el valor nominal es excelente.

En la siguiente tabla podemos comparar los valores nominales (o de consenso) y los que se han determinado para toda una serie de muestras.  En aquellas en que no aparece el error de la medida de d¹³C sólo se ha medido una muestra.  En todas las demás, los valores que aparecen son los promedios de varias muestras medidas.

Como se puede comprobar, bien el valor pMC o bien la edad radiocarbónica (Age BP) solapan perfectamente con los valores nominales o de consenso, con la única excepción de las muestras FIRI-E y VIRI-E, donde las desviaciones son ligeramente mayores. También los valores d¹³C concuerdan muy bien, lo que indica que los procesos de fraccionamiento en la preparación y medida de las muestras están bien controlados.  La muestra C1 merece un comentario aparte, ya que se trata de un material carente por completo de ¹⁴C, utilizado como muestra de control de la contaminación.  Mientras que todas las demás tienen la corrección por blanco aplicada, en la muestra C1 el valor que presentamos es el medido directamente.



En lo que respecta a la evolución temporal de las muestras utilizadas como blanco, podemos ver la siguiente tabla.  Se trata de un material que sigue todo el proceso de preparación de forma análoga a una muestra desconocida, por lo que nos servirá para corregir la contaminación que se introduce en todas las muestras.



Como vemos, los valores son relativamente constantes, y se corresponden con una edad BP de alrededor de 46000 años.  A efectos prácticos, este valor es más que seguro para la determinación de la práctica totalidad de muestras que llegan al laboratorio.

A modo de resumen, podemos concluir que Micadas es un instrumento óptimo para la datación por C14, que permite obtener resultados de total fiabilidad con tiempos de medida que rondan los sesenta minutos, o menos.  Es además un sistema muy robusto, capaz de medir de forma continua durante largos periodos de tiempo, y con todo un sistema informático integrado que permite realizar los análisis de datos de forma rápida y sencilla.  Se trata pues de una magnífica herramienta a disposición de todos los laboratorios con necesidades de realizar dataciones, y que por supuesto está complementado con un laboratorio de preparación de muestras también en el CNA.

Bibliografía

“Micadas: a new compact radiocarbon AMS system” H.-A. Synal, M. Stocker, M. Suter, Nucl. Instr. and Meth. B259 (2007) 7-13

“Optimization of the graphitization process at AGE-1”, M. Nemec, L. Wacker, H.W. Gäggeler, Radiocarbon 52 (2010) 1380-1293

“Bats: a new tool for AMS data reduction”, L. Wacker, M. Christl, H.-A. Synal, Nucl. Instr. and Meth. B268 (2010) 976-979

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