Datación por Resonancia Paramagnética Electrónica

El laboratorio de Resonancia Paramagnética Electrónica (RPE) es uno de los cuatro laboratorios de geocronología del CENIEH, se dedica, principalmente, a la datación de materiales geológicos y/o arqueológicos como el esmalte dental o los granos de cuarzo ópticamente blanqueados y extraídos de sedimento. De forma puntual también realiza trabajos de dosimetría y de caracterización de geomateriales modernos o antiguos. 

La espectroscopía RPE, aunque proporciona el nombre al método de datación, sólo es utilizada para realizar el cálculo de la dosis equivalente (DE) uno de los dos parámetros necesarios para calcular la fecha final. El proceso de reconstrucción dosimétrica por RPE es fundamental para obtener el segundo parámetro: la tasa de dosis (D). El protocolo de datación necesario para poder determinar estos parámetros (DE y D) se divide en varias etapas: 

  • Recogida de la muestra en el campo
  • Preparación físico-química de la muestra
  • Irradiación 
  • Adquisición de los datos RPE
  • Análisis de los datos RPE para determinar la DE. 

El laboratorio RPE del CENIEH cuenta con áreas independientes totalmente equipadas para llevar a cabo estas etapas y proporcionar un informe de resultados final.

Métodos

La datación por RPE se engloba dentro del grupo de métodos paleodosimétricos los cuales están basados en la detección y cuantificación de los defectos generados y acumulados como consecuencia de la radiactividad natural. La muestra es considerada como un dosímetro capaz de registrar y, posteriormente, restituir la dosis absorbida durante su exposición a la radioactividad natural. Dichas radiaciones ionizantes (rayos gamma y cósmicos, partículas alfa y beta) inducen movimientos en la estructura electrónica de los minerales consiguiendo que algunas cargas eléctricas queden atrapadas en los defectos cristalinos del mineral formando una entidad conocida como centro paramagnético. Estos centros producen una señal detectable por espectroscopía RPE.

La cantidad de cargas atrapadas (dosis equivalente; DE) está directamente relacionada con la dosis de radiación absorbida por la muestra la cual, a su vez, depende de la intensidad de la radiación (tasa de dosis; D) y de la duración (tiempo; T) de la exposición a la radiactividad. En el caso de una tasa de dosis constante en el tiempo, la edad RPE (T) se calcula mediante la siguiente ecuación:

Fórmula

DE expresada en Gray (Gy) y D expresada en µGy/a o Gy/ka.

Instalaciones y equipamiento

El laboratorio RPE del CENIEH está compuesto de 6 áreas de trabajo independientes, algunas de las cuales comparte con los laboratorios de Geolgía y Luminiscencia :

Área de material de campoEquipo 1

Sala destinada al almacenamiento del material de campo necesario para realizar los muestreos: tubos PVC, bolsas opacas Minigrip® Anti UV, martillo, GPS, cintas métricas así como dos espectrómetros gamma portátiles Canberra: un analizador multicanal Inspector1000 conectado a una sonda NaI(Tl), y un analizador multicanal Inspector1000 conectado a una sonda LaBr3(Ce).

Área de almacenamiento de muestras

Sala destinada al almacenamiento de las muestras recogidas en el campo y de las muestras ya finalizadas para posibles futuros trabajos.

Área de preparación de muestras

Espacio dedicado a la preparación de las muestras en la que se trabaja bajo condiciones de luz controladas.

La zona de preparación física cuenta con todo el material necesario (sierras, fresas de dentista, morteros de ágata, tamices, molinos, placas calefactoras, balanzas, separador magnético…) para realizar un óptimo tratamiento de las muestras previo a la preparación química.

La zona de preparación química dispone de campanas de gases así como todo el material de laboratorio necesario para poder realizar ataques con ácidos o separación de minerales por líquidos densos.

Área de irradiación gamma

Área dedicada a la irradiación gamma mediante un irradiador Gammacell-1000 con una fuente de 137Cs (tasa de dosis ~ 8 Gy/min) (Best Theratronics). Esta área forma parte de la Instalación radiactiva IRA 3015.

Equipo 2

Área de detectores de germanio

Área dedicada a la evaluación y cuantificación de la radiactividad natural (rayos gamma y cósmicos, partículas alfa y beta) presente en las muestras mediante dos detectores de Germanio HpGe Canberra de tipo coaxial (pozo) y XtRa.

Área de espectroscopía RPE

Espacio dedicado a la realización de medidas de Resonancia Paramagnética Electrónica a partir de las cuales se puede estudiar la evolución de la señal RPE y construir una curva de crecimiento. La temperatura de la sala está controlada para tener las condiciones experimentales más estables posibles, requisito fundamental para cualquier trabajo de espectroscopía RPE. Para ello contamos con Dos espectrómetros de Resonancia Paramagnética Electrónica:

  • Bruker EMXmicro-6/1 (banda X) equipado para trabajar desde temperatura ambiente (300K) hasta la temperatura del Nitrógeno líquido (77K)
Equipo 6
  • Bruker Elexsys E500 (banda Q y banda X) equipado para trabajar desde temperatura ambiente (300K) hasta la temperatura del Helio líquido (4K)

Equipo 5

Además, contamos con una Unidad de insolación Uvacube400 (Dr HÖNLE) para poder blanquear las muestras.

Equipo 3

 

Aplicaciones y Servicios

Aplicaciones

  • Datación de materiales geológicos/arqueológicos abarcando todo el Cuaternario
  • Reconstrucciones dosimétricas de materiales modernos y antiguos
  • Estudio del daño y efecto de radiaciones
  • Cinéticas de reacción, polimerización, spin trapping…

Servicios

  • Recogida de muestras en el campo
  • Datación de dientes
  • Datación de cuarzos
  • Irradiación gamma de materiales
  • Evaluación y cuantificación de la radiactividad natural en sedimentos, tejidos dentales, aguas…