Laboratorio Nacional de Espectrometria de Masas con Aceleradores
LEMA

El Laboratorio Nacional de Espectrometría de Masas con Aceleradores forma parte de la infraestructura de laboratorios del Instituto de Física. Es uno de los laboratorios de más reciente creación, que se fundó como resultado de la iniciativa de un grupo de investigadores del Departamento de Física Experimental perteneciente a dicha entidad, y el cual ha sido consistente con el plan de desarrollo interno (2008-2011).

El LEMA es de carácter único en México y en Latinoamérica, ya que ofrece versatilidad en sus servicios y aplicaciones que van desde la arqueología, la astronomía y la biología, hasta la farmacia. A principios de 2013, los componentes que integran el acelerador fueron llegando de manera paulatina y la instalación se terminó exitosamente a principios de junio del mismo año. Ademas del IF, desde su planteamiento el LEMA integró un amplio grupo de participantes y usuarios potenciales, tanto de la UNAM, como externos, entre los que destacan:
la Facultad de Ciencias, Facultad de Química, Instituto de Ciencias Nucleares, Instituto de Geofísica, Instituto de Geología, Instituto de Investigaciones Antropológicas, Instituto de Investigaciones Biomédicas, Instituto de Investigaciones Estéticas, Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares, Instituto Mexicano del Petróleo y el Instituto Nacional de Antropología e Historia. Participan también la Asociación Mexicana de Ciencias y la Sociedad Mexicana de Física.

También cuenta con un Comité Asesor Internacional integrado por la Universidad de Arizona y el Laboratorio Nacional Oak Ridge, de Estados Unidos de Norteamérica, así como por el Centro de Investigación y Restauración del Museo del Louvre, en Francia. Asimismo, el LEMA surge gracias al apoyo de la Dirección General de Proveduría y la Coordinación de la Investigación Científica de la UNAM, la Secretaría Administrativa del IF y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, además de las entidades académicas mencionadas líneas arriba. Actualmente el LEMA está integrado por un laboratorio de limpieza, áreas de preparación y grafitización de muestras orgánicas y por el sistema de espectrometría de masas con un acelerador de 1MV. El LEMA está integrado por dos áreas principales: un sistema compacto para AMS basado en un acelerador de 1 MV, equipado con una fuente de iones mixta (sólidos y gases), un espectrómetro para la inyección a baja energía y un separador isotópico para alta energía. La segunda área la integra el laboratorio de preparación de muestras. El acelerador y los dos espectrómetros integran el separador isotópico, que es el corazón del LEMA.

La espectrometría de masas con aceleradores (AMS por sus siglas en inglés), es la técnica más sensible para detectar radioisótopos, y se distingue porque permite alcanzar los límites de detección más bajos de todas las herramientas analíticas existentes. Se caracteriza por analizar de forma no destructiva las muestras y tiene aplicaciones arqueológicas, biológicas y médicas, entre otras.

Las muestras analizadas pueden ser de tejido, roca o líquidas, mismas que se preparan previamente para ser introducidas en el acelerador. Una vez dentro, los átomos y moléculas que componen la muestra son acelerados a grandes velocidades con el fin de separar, por medios electromagnéticos, los diferentes isótopos que la componen, utilizando para ello el espectrómetro de inyección y el separador de alta energía. De esta forma se cuenta, literalmente, átomo por átomo a los constituyentes del material en estudio.
La sensibilidad de la espectrometría de masas con aceleradores ha hecho posible fechar objetos de origen orgánico por la presencia en ellas del radiosótopo 14C con una antigüedad cercana a los 50,000 años.

América, el "nuevo continente", fue descubierto por europeos hace 500 años y colonizado desde entonces. Sin embargo, la herencia cultural de nuestras tierras es anterior a esas fechas y eventos, ya que por cientos de años importantes culturas poblaron esta región previamente a la llegada de los europeos. ¿Qué tan antes? ¿A dónde llegaron primero? ¿De dónde provinieron los primeros americanos? La respuesta a estas y otras preguntas sigue siendo motivo de debate. La riqueza de la herencia cultural de México es enorme, y la tecnología de espectrometría de masas con aceleradores se puede aprovechar para entender los complejos restos encontrados de nuestros orígenes. La primer línea de investigación en el LEMA es la implementación de la medida de 14C para el fechamiento arqueológico. Dado que la riqueza de nuestra herencia cultural es enorme, resulta imperativo hacer uso de esta tecnología moderna para estudiar nuestro pasado. Con el desarrollo de la Física llega el entendimiento de la materia y los átomos, que vienen en 92 variedades elementales, desde el Hidrógeno (el más ligero) hasta el Uranio (el más pesado).

Los átomos están hechos de electrones orbitando alrededor del núcleo, que está a su vez compuesto de protones y neutrones. Algunos de estos núcleos son inestables y después de un tiempo hacen la transición (decaen) a una configuración más estable. Los primeros tres modos de decaimiento conocidos fueron nombrados con las primeras letras del alfabeto griego: alfa, beta y gama. Estos núcleos inestables son también conocidos como "núcleos radioactivos" por su curiosa habilidad de emitir uno o más tipos de estos rayos especiales.

Los organismos vivos están compuestos principalmente por Carbono, Hidrógeno, Oxígeno y Nitrógeno. Uno de cada 1012 átomos de Carbonpo tiene un núcleo inestable de 14C, el cual es inestable por decaimiento beta y se convierte en 14N. Mientras los seres vivos interactúan con el medio ambiente, la concentración de este isótopo radioactivo en sus cuerpos es la misma que en el ambiente; si esta interacción se detiene (mueren), la continua renovación de átomos en el organismo se detiene también. De esta forma, los isótopos de 14C en los huesos y tejidos comienzan a transformarse en Nitrógeno. La vida media de este isótopo es de 5730 años, esto es, cada que pasa una vida media, la mitad de los átomos originales de 14C en la muestra han decaído, convirtiéndolo así en un reloj y el principio del fechamiento radioactivo.

El uso de marcadores radioactivos en concentraciones tan bajas que resultan inocuas, se emplea también en la investigación a nivel molecular y en el diagnóstico clínico. Las áreas en la que esta técnica se aplica incluyen las neurociencias, la nutrición y la farmacocinética.
Una gran cantidad de programas científicos y técnicos pueden aprovechar las instalaciones que ofrece el LEMA, cuya visión incluye una ammplia gama de aplicaciones disponibles. Con esta capacidad extendida de AMS, el laboratorio pretende convertirse en un polo de atracción para investigadores de nuestro país, así como más allá de nuestras fronteras. Algunos ejemplos de aplicaciones de AMS en áreas distintas al fechamiento analizando diferentes especies radioactivas incluyen las que se mencionan a continuación.

10Be: La vida media del 10Be es de 1.6 millones de años y se produce en la atmósfera por interacción de rayos cósmicos con átomos de nitrógeno y oxígeno. Rápidamente forma una molécula de BeO que cae a la superficie de la Tierra produciendo capas de sedimento y, por tanto, es uno de los relojes naturales de la evolución de la Tierra. La determinación precisa de la concentración de este isótopo tiene aplicación en estudios geofísicos, ya que el 10Be contenido en los océanos, en el hielo de los polos y en la superficie de las rocas es usado como un indicador de los cambios climáticos mundiales. Asimismo, el 10Be en sedimentos marinos es indicador de la productividad biológica durante periodos glaciales e interglaciales.
41Ca: La vida media del 41Ca es de 0.1 millones de años y éste es un elemento indispensable para los huesos humanos. Por ello, recientemente ha sido incorporado en procedimientos médicos para estudiar enfermedades óseas como la osteoporosis.