TEMA 3: Radiactividad

TEMA 3: Radiactividad

1. ÁTOMO RADIACTIVO

   • Un átomo radiactivo es aquel que presenta inestabilidad nuclear, de modo que alcanzará su estabilidad al producirse un cambio interno que conduce a su desintegración, emitiendo radiación y transformándose en otro elemento o en un isótopo de sí mismo.
   • INESTABILIDAD NUCLEAR
     • Los nucleones se encuentran sometidos a dos tipos de fuerzas o interacciones en el seno del núcleo atómico
       • Las interacciones coulombianas actúan como fuerzas repulsivas que se originan entre protones, al tener cargas del mismo signo.
       • Las interacciones nucleares fuertes se originan entre los nucleones, independientemente de que sean protones o neutrones: son fuerzas de atracción muy intensas, pero de muy corto alcance.
         • Estas fuerzas son las encargadas de mantener unidos los protones y neutrones en el núcleo venciendo la repulsión de las fuerzas electrostáticas.
     • Las causas de la inestabilidad son, por tanto:
       • • Exceso de neutrones • Elevado número de nucleones • Exceso de energía • Exceso de protones (ocurre en los núcleos de isótopos sintetizados por el hombre)
     • La inestabilidad nuclear es pues una consecuencia de la interacción de las fuerzas de repulsión y atracción de sus nucleones
     • Cuando un núcleo presenta inestabilidad nuclear, el átomo se puede desintegrar radiactivamente, llegando a un número de neutrones y protones con una proporción estable y adecuada.
   • Esquemas de desintegración radiactiva
     • Las transiciones radiactivas que experimentan los núcleos inestables se suelen representar en los llamados diagramas de desintegración.
     • Se representa en el eje de abscisas (horizontal) el número atómico Z, mientras que en el eje de ordenadas (vertical) se representan los valores de masa-energía.
     • Deben quedar indicados los tipos, frecuencia y energía de emisión, niveles energéticos y períodos de semidesintegración, para una mejor comprensión global del proceso.
     • El posible estado final de un núcleo al desintegrarse no es único y a esta situación se la conoce como ramificación.
       • La ramificación es la situación en la que un radionúclido puede desintegrarse por más de un proceso, dando lugar a distintas especies finales o a distintos isótopos.
       • La fracción que decae de una manera particular se denomina fracción de ramificación o relación de ramificación.
   • Tipos de átomos radiactivos
     • Radionúclidos artificiales
       • Los radionúclidos artificiales son todos aquellos que surgen de la manipulación humana sobre los elementos radiactivos naturales y los no radiactivos.
       • Normalmente estos se dividen por su actividad (A) o por su vida media (t).
       • Los radionúclidos artificiales se producen mediante reacciones nucleares.
         • Éstas consisten en bombardear un elemento estable, del que se parte, con una partícula nuclear dotada de la suficiente energía para penetrar en el núcleo del elemento blanco.
         • Allí la inestabilidad provocada por la conjunción de la partícula incidente con las ya existentes, provocará una reordenación nuclear que dará origen, por lo general, a un núcleo inestable.
         • Este radionúclido tendrá un período de semidesintegración más o menos largo y emitirá radiaciones de energía definida hasta su transformación final en un elemento estable.
       • Las primeras partículas utilizadas fueron las partículas alfa, procedentes de la desintegración natural del Radio y de los elementos de su serie.
     • Radionúclidos naturales
       • Los radionúclidos naturales son aquellos radionúclidos procedentes de fuentes naturales.
       • Radionúclidos procedentes de series o familias radiactivas naturales: son aquellos que provienen de las tres familias radiactivas naturales existentes en la actualidad en nuestro planeta
         • Estas familias son las siguientes: - Familia del Uranio-Radio - Familia del Torio - Familia del Actinio
       • Radionúclidos naturales aislados: son aquellos radioelementos que, sin formar familias o series, se presentan en la naturaleza, tales como el C-14 o el K-40. Estos existen así, aislados, o se producen de forma continua y constante por efecto de los rayos cósmicos.
   • Características de la desintegración
     • Es imprevisible, es decir, a escala individual, no se sabe cuándo se va a producir la desintegración de un radioelemento.
     • Es inmodificable, lo que indica que no se puede variar su conducta, ni por medios físicos ni químicos.
     • Se puede conocer su comportamiento, basándose para ello en la observación y en la Estadística.
   • Energías de desintegración
     • Una propiedad que caracteriza a la desintegración radiactiva de cada radionucleído es la energía de la radiación emitida.
     • Las radiaciones nucleares tienen normalmente energías del orden de los MeV (Megaelectrón-voltio).
     • Esta energía está dada por la diferencia entre los niveles energéticos involucrados en la desintegración.
     • Esta energía puede incluso servir para identificar el radionucleído.
     • Las radiaciones alfa y gamma cumplen con esta regla de ser monoenergéticas si provienen de un solo tipo de decaimiento; las radiaciones beta tienen un espectro continuo de energías.

2. Los Curie descubrieron la radiactividad de tipo natural, además de una serie de elementos radiactivos, tales como el Torio (To), Polonio (Po) y Radio (Ra).

   • (Para ello, utilizaron otra propiedad que poseían los "rayos uránicos", descubierta también por Becquerel, que era la de hacer conductor el aire que atravesaban (al igual que los rayos X).
   • cambiaron el nombre de rayos uránicos por radiactividad.
   • Demostraron que la radiactividad no era resultado de una reacción química, sino una propiedad elemental del átomo.
   • Consiguieron producir artificialmente elementos radiactivos

3. MAGNITUDES QUE CARACTERIZAN A UN RADIONÚCLIDO

   • Constante de desintegración
     • El decaimiento es la pérdida progresiva de radiactividad de una masa radiactiva, al aumentar la proporción de sus átomos estables y disminuir el número de los que se desintegran.
     • Para definir la velocidad de pérdida de radiactividad o de desintegración de un radionúclido se emplea la constante de desintegración.
     • Cada elemento radiactivo tiene su propio ritmo de emisión de radiación, o de desintegración.
     • La constante de desintegración se puede definir como: la probabilidad de que un núcleo se desintegre por unidad de tiempo o como la fracción de los átomos del radionúclido existente que se desintegran por unidad de tiempo.
     • La constante de desintegración es la misma para todos los núcleos de una misma especie y es independiente de los factores externos al núcleo,
     • N = N0 · e - λ · t
       • Es la ley de desintegración radiactiva, proporciona el número de radionúclidos sin desintegrar que existen en cada instante, valor que depende de λ.
   • Actividad
     • A = l · N
     • Un nucleído al desintegrarse se transforma en otro nucleído y, por lo tanto, desaparece.
     • La transformación de un radionucleído, suele venir acompañada por la emisión de una partícula (o radiación), siendo característica del radionucleido, resultando al final un núcleo diferente.
     • La actividad (A) de un radionúclido se define como el número medio de desintegraciones por unidad de tiempo. Su expresión matemática es: A = N / t
     • Ya en 1902, Ernest Rutherford y Frederick Soddy, sugirieron que el ritmo con que una sustancia radiactiva emitía partículas radiactivas disminuía exponencialmente con el tiempo
       • A = A0 · e - λ · t
     • Las unidades utilizadas para medir la radiactividad de un radionúclido son: curio y becquerel.
   • Período de semidesintegración
     • El tiempo que transcurre hasta que la cantidad de núcleos radiactivos de un isótopo radiactivo se reduce a la mitad de la cantidad inicial, es característico de cada radionúclido, y se llama tiempo o periodo de semidesintegración, se representa por T1⁄2.
     • T^(1/2)=ln⁡2/⋋=0,693/⋋
     • Así, el periodo de semidesintegración de un radionúclido depende exclusivamente de sus características propias y no de la cantidad inicial del mismo.
   • Vida media
     • La vida media, q o t, (mean life) es el promedio de tiempo de la duración de la vida de un átomo radiactivo (entendiendo con el término “vida” la duración de la existencia de un átomo, es decir, antes de desintegrarse para dar lugar a otro distinto)
     • Si en un momento dado tenemos un cierto número de átomos radiactivos, N0, que se van desintegrando de modo individualmente imprevisible, pero estadísticamente predecible, cada vez quedará menor número de átomos, hasta que finalmente no quede ninguno.
     • Las vidas medias de los isótopos pueden ser desde fracciones de segundo hasta miles de millones de años, este valor es característico de cada nucleído y no se puede modificar por ningún factor externo.
     • t=1/⋋
     • t= 1,44 x T 1/2
   • Período efectivo
     • El período efectivo de un radionúclido o vida media efectiva, Te (effective half-life), es el tiempo necesario para que la cantidad incorporada de un radionúclido en un cuerpo se reduzca a la mitad de su valor inicial.
     • Por efecto de su desintegración radiactiva, es decir, a través del período de semidesintegración (T1⁄2).
       • Este período físico es independiente de las condiciones fisicoquímicas del radioisótopo.
     • Por efecto de su eliminación orgánica, es decir, a través de su excreción biológica, que viene determinada por el período biológico (Tb).
       • El período biológico, Tb, es el tiempo necesario para disminuir a la mitad el valor de un radionúclido incorporado a nuestro organismo como consecuencia de los procesos naturales de excreción.
         • Tb= ln⁡2/(⋋b)
     • Te= (Tb x T^(1/2))/(Tb+ T^(1/2) )
     • 1/Te=1/Tb+1/T^(1/2)
     • ⋋_T=⋋+⋋_b

4. 1.896 Antoine Henry Becquerel descubrió los rayos uránicos al intentar relacionar la fluorescencia y la emisión de rayos X.

5. CONCEPTOS GENERALES

   • La radiactividad o radioactividad (actividad radiante) es la propiedad que tienen determinados elementos químicos de emitir radiaciones, transformándose en otro elemento o en isótopos de sí mismo.
   • Algunos átomos existen en un estado anormal de excitación caracterizado por un núcleo inestable. Para conseguir la estabilidad, el núcleo emite espontáneamente energía y se transforma en otro átomo.
     • Este proceso de transformación se conoce como desintegración radiactiva o decaimiento
     • Esta transformación o decaimiento sucede de manera espontánea en cada núcleo, sin que pueda impedirse mediante ningún factor externo.
     • Cada desintegración va acompañada por la emisión de al menos una radiación.
     • Los átomos involucrados en este tipo de procesos se denominan radionúclidos o radioelementos.
     • En la desintegración radiactiva se emiten tres clases de radiación: alfa, beta y gamma.
   • dos características más útiles: poder penetrar en la materia y poder depositar su energía en ella (ionizaciones).
   • Las desintegraciones radiactivas de los diferentes núcleos se caracterizan por: el tipo de emisión, su energía y la rapidez de desintegración.
   • 2 tipos de radiactividad
     • Radiactividad natural: se presenta de forma espontánea y es la que manifiestan los isótopos que se encuentran en la naturaleza.
     • Radiactividad artificial: aparece tras la manipulación por el hombre de determinadas sustancias a través del bombardeo de núcleos por partículas.