Datação (U-Th)/He: estudo teórico-experimental de ejeção e difusão de partículas alfa para correção da idade - Caetano, Luana Rosa Bilac [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2026)
O método de datação (U-Th)/He ((U–Th)/He) e amplamente utilizado em laboratórios nacionais e internacionais para investigar eventos geológicos associados a temperaturas relativamente baixas, tipicamente cerca de 180°C para o mineral zircão e 80°C para apatita. O princípio fundamental desse método baseia-se no acúmulo de partículas alfa (núcleos de 4He) geradas pelos decaimentos alfa das series radioativas dos isótopos de Urânio (U) e Tório (Th) no interior dos minerais. Dependendo da posição no grão onde ocorre o decaimento, a partícula alfa pode ser totalmente retida na estrutura cristalina ou pode escapar, caso seja emitida próxima as bordas do mineral. O alcance da partícula alfa, com energias de decaimento entre 4 e 8MeV, no interior da apatita ou do zircão, depende tanto dessa energia cinética quanto das dimensões do grão. Por esse motivo, a perda de partículas alfa por ejeção afeta diretamente o conteúdo de hélio acumulado ao longo do tempo geológico, podendo resultar em idades (U-Th)/He artificialmente mais jovens, o que comprometeria a sua interpretação geológica. Para corrigir esse efeito, utiliza-se o fator de correção alfa (FT), que quantifica a fração de partículas alfa efetivamente retidas na estrutura cristalina. O cálculo desse fator considera a geometria do grão (comprimento, largura e espessura) e as concentrações de U, Th e He. Uma forma alternativa de estimar o FT, realizada de forma inédita neste trabalho de dissertação, consiste em medir diretamente a densidade de partículas alfa ejetadas do mineral por meio de um detector CR-39, justaposto a montagem dos grãos, em condições controladas de laboratório. Esse procedimento permite relacionar experimentalmente a fração de partículas alfa ejetadas a fração retida na amostra. O presente trabalho tem como objetivo utilizar as cadeias de decaimento alfa de 238U, 235U e 232Th, amplamente estabelecidas na literatura, como base para a análise da emissão de partículas alfa em diferentes regiões internas do mineral. Nesse contexto, investiga-se a distância de parada teórica e o alcance experimental dessas partículas em apatita e zircão. A partir dessa abordagem integrada, busca-se determinar a fração de partículas alfa efetivamente ejetadas e, consequentemente, calcular o fator de correção FT de forma independente. Até onde se conhece na literatura especializada, não há registros de determinação do FT baseada diretamente na detecção experimental de partículas alfa ejetadas do mineral, o que confere a este trabalho caráter original e inédito.

The (U–Th)/He dating method ((U–Th)/He) is widely used in national and international laboratories to investigate geological events associated with relatively low temperatures, typically around 180°C for zircon and 80°C for apatite. The fundamental principle of this method is based on the accumulation of alpha particles (4He nuclei) generated by alpha decays from the radioactive series of Uranium (U) and Thorium (Th) isotopes within minerals. Depending on the position within the grain where the decay occurs, the alpha particle may be fully retained within the crystal structure or may escape if it is emitted near the mineral boundaries. The range of the alpha particle with decay energies between 4 and 8 MeV within apatite or zircon depends both on its kinetic energy and on the grain dimensions. For this reason, alpha-ejection loss directly affects the amount of helium accumulated over geological time, potentially resulting in artificially younger (U–Th)/He ages, which would compromise their geological interpretation. To correct for this effect, the alpha-correction factor (FT) is applied, which quantifies the fraction of alpha particles effectively retained within the crystal structure. The calculation of this factor considers the grain geometry (length, width, and thickness) as well as the concentrations of U, Th, and He. An alternative approach to estimate FT, implemented in an unprecedented manner in this master’s thesis, consists of directly measuring the density of alpha particles ejected from the mineral using a CR-39 detector placed in contact with the grain mounts under controlled laboratory conditions. This procedure allows the experimental relationship between the fraction of ejected alpha particles relative to the fraction retained within the sample to be established. The present work aims to use the alpha-decay chains of 238U, 235U, and 232Th, which are well established in the literature, as a basis for analyzing the emission of alpha particles from different internal regions of the mineral. In this context, the theoretical stopping distance and the experimental range of these particles in apatite and zircon are investigated. Based on this integrated approach, the fraction of effectively ejected alpha particles is determined and, consequently, the correction factor FT is calculated independently. To the best of our knowledge from the specialized literature, there are no reports of FT determination based directly on the experimental detection of alpha particles ejected from minerals, which confers an original character to this work.
U-Th/He dating: a theoretical-experimental study of alpha particle ejection and diffusion for age correction
Keywords: Decaimento radioativo; Mineral zircão; Método de datação U-Th/He; Ejeção; Partícula alfa; Radiative decay; Zircon mineral; U-Th/He dating method; Ejection; Alpha particle