11.09.2020 - Universität Wien

El mineral se somete a la autocuración de los daños causados por la irradiación

Los iones de helio crean y curan los daños de la radiación

Varios minerales sufren autoirradiación radiactiva y, por lo tanto, experimentan cambios a largo plazo en sus propiedades. El mineral monacita se comporta virtualmente "igual que el queso Camembert en el que se hacen agujeros": El daño por radiación existente se cura solo. Un equipo internacional de investigación dirigido por Lutz Nasdala, del Instituto de Mineralogía y Cristalografía de la Universidad de Viena, llevó a cabo un estudio sobre la radiación iónica que ha desentrañado las causas de la autocuración de la monacita.

En la naturaleza hay bastantes minerales que incorporan uranio y torio en su estructura cristalina. Esto causa una auto-radiación radioactiva que, a lo largo de periodos geológicos, puede destruir el cristal y transformarlo en una forma vítrea. Ya en 1893, el mineralogista y geólogo noruego introdujo el término "metamicta" para describir este estado vítreo.

Los minerales autoirradiantes son actualmente objeto de investigaciones internacionales. Ello se debe a que los daños causados por la radiación estructural pueden afectar considerablemente a las propiedades físicas y químicas de los minerales. La comprensión de las causas de estos cambios de propiedades es crucial para las ciencias de la Tierra -una de las técnicas más importantes para determinar la edad de los minerales y las rocas se basa en la desintegración radiactiva del uranio- y en las ciencias de los materiales, ya que los minerales radiactivos son análogos a las cerámicas huéspedes para la inmovilización de los desechos radiactivos.

La monacita se cura a sí misma

Hasta ahora no se ha entendido por qué algunos minerales (como el circón, ZrSiO4) se encuentran a menudo en la naturaleza en un estado de irradiación-vitrificado, mientras que otras especies (como la monacita, CePO4) - a pesar de una auto-irradiación aún más alta - nunca llegan a ser metamícos sino que, por el contrario, siempre se observan en un estado moderadamente dañado por la radiación. Esto se explica, en primer lugar, por la insuficiente estabilidad de la estructura del monacita, lo que da lugar a la incapacidad de acumular daños a lo largo de períodos geológicos de tiempo. Lutz Nasdala lo aclara, muy simplificado, comparándolo con el queso: "Es fácilmente posible, usando un lápiz, pinchar un agujero en un queso Emmentaler duro ('estable'), mientras que los agujeros producidos de forma análoga en un queso Camembert blando 'se curarían' en poco tiempo", dijo Nasdala.

Los iones de helio crean y curan los daños de la radiación

Se ha supuesto ya en el pasado que la autocuración parcial de la monacita no sólo está causada por la baja estabilidad térmica de este mineral, sino que también está relacionada con la acción de las partículas alfa naturales (es decir, núcleos de helio ricos en energía que son emitidos por un núcleo inestable en un "evento de decadencia alfa"). Esto último, sin embargo, contrastaba aparentemente con la observación de que la monacita cristalina es propensa a sufrir daños por radiación alfa.
En el nuevo estudio el equipo de investigación pudo desentrañar las causas de la autocuración mediante la realización de experimentos de irradiación. Los iones de helio con energías de millones de electrones voltios (análogos de las partículas alfa naturales) crean daños estructurales en el monacito cristalino. Por el contrario, los mismos iones de helio causan la recuperación estructural de la monacita dañada por la radiación. Por lo tanto, la monacita cristalina correspondería al "queso Emmentaler" mientras que la monacita dañada por la radiación se convierte en "queso Camembert".

Nunca antes se había descrito una dependencia tan fuerte de las propiedades de los minerales en pequeños cambios en el estado estructural. Una consecuencia para la investigación de las ciencias de la Tierra es que los experimentos con monacita sintética (es decir, no dañada por la radiación) pueden dar resultados que no son necesariamente pertinentes para el comportamiento de este mineral (siempre moderadamente dañado por la radiación) en el interior de la Tierra.

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