Material
de Apoyo
DESINTEGRACIONES
NUCLEARES
Las desintegraciones nucleares son
procesos de reordenamiento de energía ó de configuración de los nucleones
(protones y neutrones). –
Muchos de los procesos de
desintegración nuclear ocurren en forma natural, aunque otros pueden ser
producidos artificialmente en laboratorio a partir de la utilización de
aceleradores de partículas ó reactores nucleares.-
Sabemos que los núcleos atómicos
pueden tener una configuración estable ó inestable. Cuando un núcleo es
inestable ó radioactivo tiende a aproximarse a una configuración estable
liberando ciertas partículas.
Estas partículas, observadas por
primera vez a fines del siglo XIX por Becquerel, los esposos Curie y otros,
fueron denominadas partículas alfa (α) y beta (β).-
Partículas
α:
Las partículas α son núcleos de helio formados por dos protones y dos
neutrones.
Cuando un núcleo emite una partícula α
su número atómico (Z) disminuye en dos unidades y su número másico (A) en
cuatro. Por consiguiente, el nuevo núcleo corresponde a un elemento químico
diferente.-
Así, cuando el núcleo radioactivo 238U emite una partícula α, el núcleo residual es 234
Th
92
90
Partículas
β:
Son electrones de carga negativa (-e). Cuando un núcleo emite una partícula β
su número atómico aumenta en una unidad, pero el número másico no se altera.-
Así, cuando el núcleo radioactivo 234 Th emite una partícula
β, el núcleo residual es 234 Pa.-
90
91
Algunos núcleos, en lugar de emitir
electrones, liberan positrones (carga positiva + e). El núcleo residual por
tanto tendrá un número atómico menor en una unidad.
Por ejemplo, cuando el núcleo 13N emite un positrón, el
núcleo residual es 13C .-
7 6
Los dos tipos de desintegración β se
designan β- y β+
Rayos
gamma:
El núcleo residual queda algunas veces en un estado excitado y en la transición
a su estado fundamental emite rayos gamma.-
Isótopos: Los
isótopos de un mismo elemento son las distintas variedades existentes de
núcleos que tienen la misma cantidad de protones, pero distinto número de
neutrones. Para definir completamente de qué núcleo se trata, deberemos
entonces decir cuántos protones y cuántos neutrones tiene. Para un mismo
elemento de la tabla periódica, existe una gran cantidad de diferentes
isótopos. Esto hace que el número de núcleos posibles sea enorme. Todos los
isótopos de un mismo elemento se deben colocar en el mismo lugar de la tabla
periódica (de ahí el nombre de isótopos: igual lugar). Hay elementos que tienen hasta
20 ó 30 isótopos diferentes. A cada uno de estos
núcleos diferentes los llamamos "nucleidos". La cantidad total de
nucleidos identificados hasta el presente es muy grande, próxima a los 2000.
Para sistematizar la información sobre ellos se diseñó una tabla de nucleidos,
ordenándose en distintas filas de acuerdo a la cantidad de protones y en
distintas columnas de acuerdo a la cantidad de neutrones. Así encontraremos por
ejemplo que en la fila 8 están los nucleidos que tienen 8 protones, es decir,
encontraremos a todos los isótopos del oxígeno. De la misma forma, en la fila
92 estarán todos los isótopos del uranio
Muchos de los isótopos de elementos
con Z › 81 (ó A › 206) son naturalmente radioactivos. Existen en la naturaleza
otros pocos núcleos livianos como el 14C
y el 40K también
radioactivos.
Una de las cadenas naturales
radioactivas más conocidas es la llamada Serie del Uranio.
Otras cadenas radioactivas naturales
son la Serie
del Actinio y la Serie
del Torio.-
Ley
de desintegración:
Se ha observado que los dos procesos
radioactivos antes mencionados, desintegración β y α, siguen una ley
exponencial que puede expresarse de la siguiente forma:
N
= No . e-λ.t
(*)
donde λ
es una constante característica del nucleido, llamada constante de desintegración.
Esta constante se expresa en s-1 (ó como la inversa de
cualquier otra unidad de tiempo).-
Para cada nucleido radioactivo hay un
intervalo de tiempo T fijo, llamado vida media ó semiperíodo, durante el cual
el número de núcleos que había al comienzo del intervalo se reduce a la mitad
al finalizar el mismo. Así, si tenemos inicialmente No núcleos (ó átomos), después del tiempo T solo quedan No/2. Después de un tiempo
igual a 2.T quedarán No/4
núcleos, y así sucesivamente.-
Como se halla ese tiempo T?. Para ello
reemplazaremos en la expresión (*), los siguientes valores:
N = ½ No y t = T
De esta manera:
½ No = No
. e-λ.T → e-λ.T = 2
Para resolver debemos tomar logaritmos
λ.T
= ln 2 = 0,693
Concluyendo que: T = 0,693 / λ,
expresión que relaciona T con λ
Las vidas medias determinadas van
desde un gran número de años hasta fracciones de segundos.-
El isótopo ó radioisótopo 14C
que se usa para conocer la antigüedad de sustancias orgánicas fósiles tiene una
vida media de 5.730 años, desintegrándose emitiendo partículas β.
Tasa
ó Rapidez de Desintegración
A partir de la expresión (*) se puede
determinar además la rapidez con la cual los núcleos se desintegran:
dN/dt = - λ. No . e-λ.t = -
λ.N (**)
Esta última expresión indica que la
tasa de desintegración dN/dt es proporcional al número de núcleos presentes.-
Por consiguiente la tasa de
desintegración disminuye en la misma proporción y con la misma vida media que
el número N de núcleos.-
Actividad
de la sustancia: se denomina así al valor absoluto de la tasa de
desintegración │dN/dt│ .-
Unidades: En el Sistema Internacional (S.I.) la
tasa ó velocidad de desintegración ó actividad radiactiva se mide en becquerel
(Bq). Un becquerel equivale a 1
desintegración por segundo. También existe como unidad el rutherford,
que equivale a 106 desintegraciones por segundo y el curie ó curio
(Ci), en honor de Pierre y Marie Curie, descubridores del polonio y del radio.
El curie (Ci) se define como la actividad de una sustancia en la cual se desintegran
3,700 x 1010 núcleos por
segundo (tasa de desintegración aproximadamente igual la actividad de 1 gramo de Ra).-
Nota: Debe tenerse en
cuenta que las ecuaciones (*) y (**) son leyes estadísticas, y por tanto son válidas
solamente cuando el número de núcleos es muy grande. Al ser leyes estadísticas
estamos asumiendo que no podemos predecir con certeza cuando un núcleo se
desintegrará, aunque sí podemos asignarle una probabilidad de ocurrencia.-
Efectos
sobre la salud: Los efectos de la radiactividad sobre la salud son
complejos. Dependen de la dosis absorbida por nuestro organismo. Como no todas
las radiaciones tienen la misma nocividad, se define la dosis equivalente
multiplicando cada radiación absorbida por un coeficiente de ponderación. Esta
dosis equivalente se mide en sieverts. No se utiliza
el becquerel
porque mide mal la peligrosidad de un elemento al considerar como idénticos los
tres tipos de radiaciones (alfa, beta y gamma). Una radiación alfa ó beta es
relativamente poco peligrosa fuera del cuerpo, y en cambio, es extremadamente
peligrosa cuando se inhala. Por otro lado, las radiaciones gamma son siempre dañinas,
agravado por el hecho que se las neutraliza con dificultad.
El riesgo para la
salud no sólo depende de la intensidad de la radiación y la duración de la
exposición, sino también del tipo de tejido afectado
y de su capacidad de absorción. Por ejemplo, los órganos reproductores son 20
veces más sensibles que la piel. El medio
ambiente natural, alejado de cualquier fuente radiactiva, es
inofensivo: emite una radiación inferior a 0,00012 mSv/h o 0,012 mrem/h.
Alimentos. Nuestros
alimentos e, incluso, nuestro cuerpo, tienen radiactividad natural. El potasio
40 es la fuente principal de radiación interna (debida al material radiactivo
introducido en nuestro cuerpo a través, fundamentalmente, de los alimentos).
La dosis media anual
que una persona recibe por este concepto es de 0,3 mSv., de los cuales 0,18
mSv. proceden del potasio 40. El rango en que varía esta radiación por
alimentos está entre 0,1 y 1 mSv. El marisco
es el alimento que más radiación natural concentra, de tal manera que una
persona que habitualmente coma muchos mejillones, ostras, y caracoles marinos,
puede recibir hasta un 50% más radiación por alimentación que la media de la
población.
Aproximadamente 15
millones de átomos de potasio 40 y 7.000 átomos de uranio natural se
desintegran en nuestro interior cada hora.
