Aplicaciones.pdf

IPEN : Direccion de Investigacion y Desarrollo
Viernes, 29 de Enero de 2010
Diapositiva 1
Unidad Operativa de Materiales
Instituto Peruano de Energía Nuclear
CURSO DE RADIOQUIMICA BASICA PARA DOCENTES
Tema: Aplicaciones de la Energia Nuclear
Expositor: Paula Olivera

Diapositiva 2
• Química Analítica
• En conservación arqueológica
• Conservación de alimentos
• Medicina Nuclear
• Industria

Diapositiva 3
Aplicaciones de la energía
nuclear en Química

Diapositiva 4
Química Analítica
Análisis de sustancias radiactivas naturales.
Análisis radiométrico
Evaluación del rendimiento de procesos
analíticos.
Análisis por dilución isotópica: Método directo.
Método inverso con aditivo y radiactivo.
Método de doble dilución isotópica.
Técnicas del análisis por activación.
Análisis por Fluorescencia de Rayos X

Diapositiva 5
COMPUESTOS MARCADOS
Síntesis de compuestos marcados.
Biosíntesis.
Isómeros radioquímicos.
Efectos químicos de la radiación.
Acción de la radiación sobre los
sólidos.
Autodescomposición

Diapositiva 6
EN FÍSICOQUÍMICA
Reacciones de intercambio isotópico.
Cinética química y mecanismo de reacciones.
Estructura de compuestos.
Difusión. Autodifusión.
Estudios de superficies.
Determinación de solubilidades.
Coprecipitación.
Eficacia de separaciones.
Coeficiente de reparto.
Aplicaciones electroquímicas.

Diapositiva 7
GEOLOGÍA Y ARQUEOLOGÍA
Aplicaciones en hidrogeología y
sedimentología.
Medición de la edad de minerales y muestras
geológicas.
Datación de muestras arqueológicas: El
método del Carbono14. Cálculos y
correcciones, Métodos de contaje. Preparación
y medida de muestras de carbono natural
mediante centelleo líquido.
Medida de tritio natural.

Diapositiva 8
Interrogantes
Luego de un hallazgo importante, al arqueólogo
generalmente se le vienen a la mente varias preguntas
entre ellas:
¿Dónde fueron elaborados? (Procedencia, origen)
¿Qué rutas recorrieron? (Comercio)
¿Cómo fueron fabricados? (Tecnología)
¿Qué actividades desarrollaron? (Usos y costumbres)

Diapositiva 9
T E S I S (PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE QUIMICO)
1997
PRESENTADO POR
ADRIAN MONTALVO BALAREZO
en
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
² Análisis Multielemental de restos
óseos por Fluorescencia de Rayos X
para la reconstrucción de dietas del
Periodo Temprano en la Cultura
Lima ²

Diapositiva 10
Los restos óseos y
los sedimentos del
entorno fueron
analizados en un
Sistema de
Fluorescencia de
Rayos X en Energía
Dispersiva.

Diapositiva 11
Fluorescencia de Rayos X

Diapositiva 12
Espectro de FRX de un pigmento
anaranjado

Diapositiva 13
Caracterización Química de Cerámicas
Arqueológicas usando Análisis por
Activación Neutrónica: un Estudio en la
Producción y la Distribución de
Cerámicas del Horizonte Medio de
Cuzco, Perú
Eduardo Montoya
Eduardo Montoya, Mary Glowacki,
, Mary Glowacki,
Julinho Zapata,
Julinho Zapata, Pablo Mendoza
Pablo Mendoza

Diapositiva 14
Implicancias Arqueológicas
de los Resultados
Los modelos de producci
Los modelos de producció
ón de cer
n de cerá
ámicas fueron diferentes en el
micas fueron diferentes en el
Horizonte Medio, en comparaci
Horizonte Medio, en comparació
ón con los per
n con los perí
íodos siguientes.
odos siguientes.
La
La producci
producció
ón
n se efectuaba
se efectuaba en diferentes partes de la regi
en diferentes partes de la regió
ón y
n y
exist
existí
ía intercambio
a intercambio entre
entre centros locales de distribuci
centros locales de distribució
ón
n.
.
La ocupaci
La ocupació
ón wari parece haber tenido lugar gradualmente y en
n wari parece haber tenido lugar gradualmente y en
condiciones
condiciones de dominaci
de dominació
ón menores que lo que se pensaba
n menores que lo que se pensaba.
.
Exist
Existí
ía tambi
a tambié
én gran diversidad en la producci
n gran diversidad en la producció
ón local de
n local de
cer
cerá
ámicas, tanto en estilos como en centros de producci
micas, tanto en estilos como en centros de producció
ón.
n.
Aunque wari podr
Aunque wari podrí
ía haber influido en algunos estilos locales, no
a haber influido en algunos estilos locales, no
parece haber controlado ni la producci
parece haber controlado ni la producció
ón del lugar ni su uso.
n del lugar ni su uso.
Los resultados confirman el intercambio bidireccional de objetos
Los resultados confirman el intercambio bidireccional de objetos de
de
alfarer
alfarerí
ía entre la capital, Ayacucho, y la provincia sure
a entre la capital, Ayacucho, y la provincia sureñ
ña, Cuzco.
a, Cuzco.

Diapositiva 15
Trabajos de campo
El Paraíso
Pampa
de los
Perros

Diapositiva 16
Difracción de neutrones

Diapositiva 17
Objeto del Egipto antiguo analizado por difracción, para determinar la
composición del artefacto en sus diferentes partes tanto internas como
externas.

Diapositiva 18
Estudio del tipo de manufactura de un objeto
metálico.

Diapositiva 19
Neutrografía

Diapositiva 20
Estudio de una daga romana de
BasileaMünsterhügel

Diapositiva 21
Radiografía de una válvula
de gas
Neutrografía de una válvula
de gas

Diapositiva 22
ACTIVACION NEUTRONICA
POR GAMAS INMEDIATOS

Diapositiva 23
Espectro de fotones gammas
inmediatos de una muestra de urea
diluida en agua

Diapositiva 24
Análisis de estatuillas de cerámica
prehispanas de las islas del norte
central de Venezuela y del
continente, mediante las técnicas de
activación neutrónica convencional
(INAA) y el análisis por Activación
por Gammas Inmediatos, (PGAA)
para establecer su procedencia. Los
resultados reflejaron el origen de las
estatuillas de isla y sugieren las
áreas específicas de su producción
sobre el continente, [SajóBohus et.
al. 2006]

Diapositiva 25
FRX portátil y DRX
Difractometro MiniFlex de Rigaku.

Diapositiva 26
Trabajos “in situ”

Diapositiva 27
BIOLOGÍA Y MEDICINA
Aplicaciones en Biología Vegetal.
Aplicaciones en Agricultura.
Aplicaciones en Biología Animal y
Veterinaria.
Aplicaciones en diagnóstico médico.
Aplicaciones terapéuticas

Diapositiva 28
Ejemplo 1
Los procesos biológicos de las plantas
se estudian, entre otras razones, con la
intención de optimizar las técnicas de
manejo de los cultivos, Gracias a su
radioactividad, se puede seguir la
evolución del Carbono 14 en los
sarmientos y de esa manera sacar
conclusiones sobre podas y otras
labores tendientes a lograr una mayor
acumulación de azúcar en las uvas

Diapositiva 29
Ejemplo 2
Con el auxilio de especies radiactivas en
los fertilizantes, como el Fósforo 32, se
puede sacar importantes conclusiones
con respecto a métodos, oportunidad y
tipo de fertilizantes a ser utilizados Se
trata de reducir al mínimo el uso de
fertilizantes para bajar los costos de
producción y reducir los daños que
provocan al medio ambiente

Diapositiva 30
EN LA INDUSTRIA
Aplicaciones basadas en la acción de la materia sobre la radiación:
Medida y control de espesores. Gammagrafía: Fuentes utilizadas.
Cámaras. Tiempos de exposición.
Penetrámetros. Control de densidades y niveles de líquidos.
Control de envasado.
Densidad y humedad de suelos.
Aplicaciones basadas en la acción de la radiación sobre la materia.
Eliminación de electricidad estática.
Ionización en tubos electrónicos.
Anemómetros y pararrayos radiactivos.
Producción de luminiscentes.
Esterilización en frío. Factor de inactivación.
Conservación de alimentos.
Aplicaciones como trazadores: Medida de caudales de fluidos.
Localización de fugas. Localización de obturaciones en tuberías.
Permanencia de líquidos en recipientes.
Aplicaciones en la industria del petróleo. Medida de desgastes.

Diapositiva 31
Fuentes de radiaciones en industria
• Medidores nucleares: Balanzas, densómetros,
gammagrafía, perfilaje de pozos, medidores de
humedad, controladores de nivel.
• Equipos de gammagrafía industrial.
• Fuentes para irradiadores industriales.
• Radioisótopos usados: Co60, Cs137, AmBe, Am
241, Ir192, Torio, Ir192.

Diapositiva 32
Equipos radiactivos industriales
Gammagrafía industrial.

Diapositiva 33
GAMMAGRAFIA INDUSTRIAL
GAMMAGRAFIA INDUSTRIAL
Fuente radiactiva

Diapositiva 34
Mutaciones genéticas para el desarrollo de variedades de
cultivos agrícolas y hortícolas de alto rendimiento
Los rayos x, los rayos gamma y los neutrones rápidos son los mutágenos
físicos que se usan con mayor frecuencia para irradiar las especies que se
desea mejorar genéticamente
un mutante de arroz en China consiguió aumentar el contenido de proteínas
a más del 15%.
Pakistán logró duplicar su produccion de algodón usando esta técnica
Una maduración temprana es importante para eludir las heladas y plagas, o
simplemente para dar cabida en el terrero a otros cultivos.
Aumentar la resistencia a las enfermedades tiene gran importancia en los
esfuerzos para reducir la utilización de productos químicos contra las plagas,
que tanto dañan el medio ambiente

Diapositiva 35
En la producción pecuaria
Para aumentar el peso del cuerpo y el rendimiento lechero del ganado gracias
al mejoramiento de los piensos
Por ejemplo, en Indonesia los pastos son de muy baja calidad. Con técnicas
nucleares se estudió la eficiencia con que los búfalos digerían esos pastos y
se desarrolló, para sustituirlos, un bloque multinutritivo que los búfalos lamen.
Se logró un aumento de 3 Kg. por semana en el ritmo de engorde usando la
sexta parte del pasto que antes.
Para mejorar la reproduccion del ganado. A través de la medicion de las
hormonas que controlan la actividad de los ovarios (en particular la
progesterona) se determina con exactitud si las hembras se encuentran en la
fase adecuada de su ciclo reproductivo para ser fecundadas. Con auxilio de
esta técnica se pudo preservar las alpacas y las vicuñas en los países
andinos,
Para eliminar enfermedades mediante la producción de vacunas usando
irradiación con rayos x o rayos gamma para atenuar los virus

Diapositiva 36
Lucha contra las plagas de
insectos
Las técnicas nucleares
permiten erradicar o controlar
estas plagas utilizando
insectos esterilizados o
alterados genéticamente con
radiaciones

Diapositiva 37
Irradiación de alimentos
Este proceso consiste en exponer a los alimentos, ya
sea a granel o envasados, a una cantidad
minuciosamente controlada de radiación ionizante.
prolongar el período de conservación de
los alimentos,
inhibir la germinación de papas y cebollas,
retrasar la maduración de los frutos,
esterilizar alimentos envasados,
descontaminar aditivos e ingredientes.

Diapositiva 38
Planta de irradiación
FUENTE: Co
60 hasta 50 000
TBq!

Diapositiva 39
IRRADIADORES GAMMA
Panorámico Autoblindado

Diapositiva 40
Conservación por irradiación gamma

Diapositiva 41
Símbolo de producto irradiado

Diapositiva 42
PARA QUÉ SIRVEN LOS
RADIOISÓTOPOS
• dos tipos de aplicaciones en medicina: el diagnóstico
mediante trazadores y el uso de las radiaciones para
fines terapéuticos.
• Hay elementos que forman compuestos que tienen
una afinidad química natural por determinados
órganos o tejidos: el iodo, radioactivo o no, se
absorbe mucho más en la tiroides que en cualquier
otra parte del cuerpo. Lo mismo puede decirse del
tecnecio respecto de los huesos, o del Talio por el
corazón.

Diapositiva 43
medicina nuclear in vivo
Para investigar una funcion fisiológica o bioquimica del organismo
El diagnostico por imagenes nucleares permite obtener informacion única
sobre el funcionamiento de diversos órganos como el corazon, las tiroides,
los riñones, el hígado y el cebrero y también permite diagnosticar un amplio
rango de tumores.
Para diagnosticar trastornos cardíacos se inyecta cierto radiofármaco
especifico en el torrente sanguíneo del paciente aplicando luego un metodo
La tomografía de emisión de positrones, tiene la ventaja de detectar
simultáneamente imágenes en lados opuestos del paciente por lo que
permite estudiar el metabolismo del músculo cardíaco con mayor precisión

Diapositiva 44
Fuentes de radiación en medicina
• Fuentes radiactivas: Unidades de cobalto, braquiterapia,
medicina nuclear.
Co60 Cs137
I131
Tc99m

Diapositiva 45
Equipos de cobaltoterapiaa
üCobalto60
– 7 unidades
– »100 pellets metálicos
– Actividad: 150 TBq cada
uno (unos 4000 Ci)

Diapositiva 46
UNIDADES DE COBALTO
UNIDADES DE COBALTO
Teleterapia Bisturí Gamma

Diapositiva 47
HAZ PRIMARIO
HAZ FLUORESECENTE
HAZ FLUORESECENTE
HAZ PRIMARIO
DETECTOR
DETECTOR
HAZ RT
SOPORTE DE MUESTRA SOPORTE DE MUESTRA
DOS ARREGLOS DISTINTOS DE TXRF

Diapositiva 48
Unidad Operativa de Materiales ~
5
mm
q ~ 8 mm
Atomos de Estándar Interno Atomos Metálicos Muestra
Radiación Fluorescente
Soporte Superficial
de Cuarzo
Radiación Incidente
EXCITACIÓN DE LA MUESTRA

Diapositiva 49
TUBO DE
RAYOSX
FILTRO
SLIT
PRIMER REFLECTOR
DETECTOR DE Si (Li)
SEGUNDO REFLECTOR
RADIACION FLUORESCENTE
HAZ REFLEJADO
COMPONENTES PRINCIPALES DE TXRF

Diapositiva 50
òvdv
Û'Î
´
³
a
b
Si
Cl
Ca
Ti
Cr
Fe
Cu
Ga
(EI)
Se Sr
ESPECTRO DE TXRF DE UNA SOLUCIÓN PATRÓN CON 10 mg/g DE ELEMENTO

Diapositiva 51
ESPECTRO DE TXRF DE UN DISCO DE CUARZO “LIMPIO”
Si Ka
Ar Ka
Tubo Mo

Diapositiva 52
ESTANDARIZACION INTERNA
[ Adición de un elemento inicialmente no presente en la muestra.
[ Generalmente se emplean metales de la serie de las tierras raras.
[ Ga o Y para soluciones ácidas; Ge para soluciones básicas.
[ Los elementos semipesados con detección K están favorecidos sobre los
elementos pesados con detección L, por el menor numero de picos.
[ Los elementos livianos con Z # 21 no son apropiados, por causar
problemas en el rango de bajas energías E < 4 KeV.

Diapositiva 53
MUESTRA SOLIDA MUETRA LIQUIDA
FRAGMENTACION
& ALICUOTADO
FRAGMENTACION
(STANDARD INT.)
COMO SE
RECIBIO
DISOLUCION DE
LA SUSPENSION
DESCOMPOSICION
POR DIGESTION
ELIMINACION DE MATRIZ
& CONCENTRACION DE TRAZAS
COMO SE
RECIBIO
STANDARIZACION INTERNA
PRESENTACION DEL ESPECIMEN
MEDIDA POR TXRF
DIAGRAMA DE PREPARACION DE MUESTRAS

Diapositiva 54
ALICUOTA DE MUESTRA
DE ALGUNOS mL
ADICIÓN DE ALGUNOS
mL DE ESTÁNDAR INTERNO
HOMOGENIZACION
POR AGITACION
EXTRACCION DE
ALGUNOS mL
PIPETEADO SOBRE EL
REFLECTOR LIMPIO
SECADO POR
EVAPORACION
MEDIDA
NX, NSI
Si (Li)
V1 Cx vSI CSI V1 + vSI
W (210mL)
ETAPAS ANÁLITICAS CON SI

Diapositiva 55
MATERIALES ANALIZADOS POR TXRF
LIQUIDOS SOLIDOS SOLIDOS
(ORGANICOS) (BIOGENERICOS)
ü AGUAS MATERIA SUSPENDIDA PLANTAS
Potable, Río, Lluvia Aerosoles, Polvos, cenizas, Algas, heno, hojas, Liquen
Mar, Descarga Ind. Material suspendido. Musgo, Raíz, Madera.
SUELOS
Barro, Sedimento,
Lodo de Alcantarillado.
ü F LUIDOS HUMANOS CRISTALES Y MINERALES COMESTIBLES
Sangre, suero, orina. Mena, Rocas, Sílice. Pescado, Harina, Frutas,
Semen. Crustáceos, Carnes, Hongos.
ü SUST. QUIMICAS METALES TEJIDOS
Acidos, Bases, Sales, Aluminio. Hierro, acero. Cabellos, Riñón, Hígado,
Solventes, Agua dest. Pulmón, Uñas.
PIGMENTOS
Cremas, Tinta, Pinturas al Oleo.
ü ACEITES Y GRASAS DEPÓSITOS DELGADOS
Aceite crudo, esenciales, Contaminantes, Películas, Láminas,
Aceite combustible, grasa. Capas, Residuos.

Diapositiva 56
Si
S Ar
K
Ca
V (EI)
Fe
Sr
Mo
ESPECTRO DE TXRF DE UNA MUESTRA DE AGUA
MUESTRA: LAGSALV 10 mL
EI:Estándar Interno 10 ppm V

Diapositiva 57
BENEFICIOS INCONVENIENTES O
LIMITACIONES
· Capacidad Microanalítica única · Imposibilidad de análisis no destructivo
· Gran variedad de muestras y
aplicaciones
· Limitación para líquidos no volátiles
· Determinación simultánea
multielemental
· Bajos límites de detección · Excepto para elementos de Z bajos
· Cuantificación simple por
estandarización interna
· Limitación por contenidos altos de
matriz
· Efectos de matriz o memoria “nulos”
· Rango dinámico amplio
· Análisis de superficies y capa fina no
destructivos
· Restricción a superficies totalmente
planas o muestras pulidas
· Operaciones automatizadas simples
· Bajos costos de operación y
mantenimiento
BENEFICIOS Y LIMITACIONES DE TXRF
APLICADOS AL ANALISIS ELEMENTAL

Diapositiva 58
VENTAJAS Y PREREQUISITOS
NECESARIOS PARA TXRF
VENTAJAS PREREQUISITOS
· Capacidadparamicroanálisis · Manipulacióndemgo ml
· Granvariedaddemuestras · Descomposicióndemuestras
· Bajos limitesdedetección · Separacióndematriz
· trabajosen “salasblancas “
· Cualificaciónconfiable · Homogeneizacióncuidadosa
· Análisis ensuperficiesplanas yencapa
fina
· controlfinoyexactodelángulo
· Operaciónsimple · Estabilizaciónyautomatizacióndel
equipamiento

Diapositiva 59
LIMITES
DE
DETECCION
(mg/L
=
ppb)
LIMITES DE DETECCION
RELATIVOS
DE INAA, TXRF, ETAAS, Y ICPMS
*50 mL Espécimen: TXRF y ETAAS
* 3 mL INAA y ICPMS
1000
Ni
Mg F
100 Cr Y
K Zn Ge
Pt Ta M o Zn
C l
10 Pd Sn Nd
R b Ba
H g
Co Se
Al Ca
Sb G d
As Cd R h Sr La
Si Se Ti
1 Ag Na W Al K
H g U P Li
V Cu Ga As P t Sn V Fe
Sm S P
Cl Ag In U Sb Br
Au Hf Pd Cd Sn Sb Yb Bi Au Ni Si Te
M o K Hf Ta Ca Pb Ti
Ir Lu W Ba Ca La Ba B
0.1 Pt Au Hg Pb Bi
Rb Sr Y
Co Cu Fe Mo Na
M n Eu Ni Ti Cu Se As Be Li
V Co Zn Ga Ge Cr
Al C r Mn
Cr M n Fe
In
Dy TXRF Ag Cd
0.01 M g M g I
Cd Al As Ni
INAA Hg
Ag C u Ge M o Pd Rb
Zn Ba G d M n Nd P t
ETAAS
0.001 Au Dy Ga Pb
Co Er Nb
Eu
Bi Cs La Hf Ir Re
Ce H o In Lu P r
0.0001 ICPM S

Diapositiva 60
Equipos portátiles

Diapositiva 61
Espectrometría de alta resolución

Diapositiva 62
Fuentes en investigación, enseñanza y
misceláneos
• Rayos X para vigilancia de equipajes
• Uso de pequeñas fuentes en investigación (C
14, P33, P32, S35, I125)
• Cromatógrafos con fuentes de Ni63

Diapositiva 63
¿Cómo reconocer una fuente de radiaciones?
Por señales visibles.
Código internacional
(trébol ).
Nuevo símbolo de
radiación (sobre una
fuente peligrosa)

Diapositiva 64
Instalación Radiactiva Relevante
• Características:
Actividad de la fuente: Alta (mayores a 3,7 TBq o 100 Ci).
Diseño de la fuente y equipo estricto (muy importante)
Diseño de la instalación – medidas de seguridad
tecnológica y física.
Altamente peligrosas – exposición a fuente puede
ocasionar daños severos (lesiones grave o muerte).

Diapositiva 65
Instalación Radiactiva Relevante
• Tipos:
Irradiadores panorámicos (actividad hasta 560000 TBq o
15000000 Ci).
Irradiadores autoblindados (actividad hasta 1900 TBq o
50000 Ci)
Bisturís gamma (actividad hasta 370 TBq o 10000 Ci)
Unidades de cobaltoterapia (actividad hasta 560 TBq o
15000 Ci)
Gammagrafía industrial (actividad hasta 7,4 TBq o 200 Ci)

Diapositiva 66
Gracias
www.ipen.gob.pe
Telf. 488 5050 anexo 237
Email: polivera@ipen.gob.pe
Instituto Peruano de Energía Nuclear

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