Pues bien, el poder de ionización de las partículas a es 100 veces superiora la de las ß, y la de éstas, 100 veces superior a la de los rayos ?.
Las partículas a son conjuntos de dos protones y dos neutrones, es decir, el núcleo de un átomo de helio, 42He. Las características de estas partículas de ser muy pesadas y de tener doble carga positiva las hace interactuar con casi cualquier otra partícula con que se encuentre de ahí su gran poder de ionización y su poco poder penetrante.
Las partículas ß tienen carga negativa y no tienen masa, son electrones, 0-1e, por eso, reaccionan menos frecuentemente con la materia que las alfa y tienen mayor poder penetrante.
La radiación ? es un tipo de radiación electromagnética de muy alta frecuencia, muy penetrante y con escaso poder ionizador.
3.3.3 Leyes de los desplazamientos radiactivos
Desintegración alfa: El elemento radiactivo de número atómico Z, emite un núcleo de Helio (dos protones y dos neutrones), el número atómico disminuye en dos unidades y el número másico en cuatro unidades, produciéndose un nuevo elemento situado en el lugar Z-2 de la Tabla Periódica. AZX A – 4Z – 2Y + 42He
Desintegración beta: El núcleo del elemento radiactivo emite un electrón, en consecuencia, su número atómico aumenta en una unidad, pero el número másico no se altera. El nuevo elemento producido se encuentra en el lugar Z+1 de la Tabla Periódica. AZX AZ + 1Y + 0-1ß
En los núcleos radiactivos sucede que:
10n 11p + 0-1e + ?
Desintegración gamma: El núcleo del elemento radiactivo emite un fotón de alta energía, la masa y el número atómico no cambian, solamente ocurre un reajuste de los
niveles de energía ocupados por los nucleones.
Ejemplos: 23892U 23490Th + 42a
23490Th 23491Pa + 0-1ß
Existen algunos núcleos que emiten una partícula denominada, positrón, ß+, que es la antipartícula del electrón, por tanto, cuando un núcleo radiactivo emite un positrón se convierte en otro núcleo de número atómico Z – 1: AZX AZ – 1Y + 0+1ß
Esta partícula procede de la desintegración de un protón:
11p 10n + 0+1e
3.3.4 Series radiactivas naturales
Pierre y Marie Curie detectaron los elementos, polonio y radio en minerales de uranio, elementos también radiactivos y sin relación química con el uranio, entonces ¡que hacían en sus minerales?
La explicación es que forman parte de una cadena de procesos radiactivos en los que el polonio y el radio
constituyen dos eslabones de la cadena. Estas cadenas constituyen las familias o series radiactivas naturales.
Se conocen tres series radiactivas naturales, del torio, uranio y actinio, empiezan en un elemento radiactivo y terminan en un núcleo de plomo no radiactivo.
Serie radiactiva del Uranio
En los minerales de uranio y torio hay átomos de todos los elementos de sus familias. La proporción de plomo contenido en el mineral permite saber su antigüedad.
3.3.5 Ley de la desintegración radiactiva.
De la observación del proceso de desintegración podemos extraer las siguientes relaciones cualitativas:
La velocidad de desintegración decrece a medida que los núcleos radiactivos se van desintegrando.
No podemos predecir en que instante se desintegrará un núcleo concreto, ni qué núcleo se va a desintegrar en un determinado instante.
Se ha observado que todos los procesos radiactivos simples siguen una ley exponencial decreciente. Si N0 es el número de núcleos radiactivos en el instante inicial, después de un cierto tiempo t, el número de núcleos radiactivos presentes N se ha reducido a:
N=N0 e-?t
donde ? es una característica de la sustancia radiactiva denominada constante de desintegración o radiactiva.
Se define la velocidad de desintegración radiactiva, v, como la variación, cambiada de signo, que experimenta el número de núcleos con el tiempo.
v = – dN /dt = ? . N
Esta velocidad es proporcional al número de núcleos presentes en cada instante.
La velocidad de desintegración recibe el nombre de actividad o tasa de desintegración y se representa por A
A = ? . N
Como N = N0 . e-?t, sustituyendo tendremos, A = ? . N =?.N0.e-?t, y si ponemos A0 = ? . N0, nos queda la expresión:
A =A0 . e-?t
A0 representa la actividad de la muestra en t =0.
La unidad de actividad en el S.I. es el becquerel, Bq.Se define como la actividad que presenta una muestra radiactiva que produce una desintegración nuclear por segundo.
Otra unidad muy utilizada es el curio, Ci. Se define como la actividad de una muestra de un gramo de radio por segundo, su equivalencia : 1 Ci = 3,7 . 1010 Bq
Periodo de semidesintegración y vida media
Como el número de núcleos radiactivos disminuye exponencialmente, es posible establecer un periodo o tiempo de semidesintegración, T1/2:
Se define como el tiempo que debe transcurrir para que un número de núcleos presentes en una muestra se reduzca a la mitad.
Si en la ley de desintegración radiactiva hacemos t = T1/2, será N = N0/2 y sustituyendo, N0/2 = N0 . e-? T1/2
Simplificando y aplicando logaritmos neperianos:
ln ½ = ln e-? T1/2 = -? . T1/2
T1/2 = ln 2 / ? = 0,693 / ?
El periodo de semidesintegración es independiente del tamaño de la muestra. Es, por tanto, un parámetro característico constante para cada emisor radiactivo.
Otro concepto estadístico útil es el de vida media, t. Es el tiempo medio necesario para que se produzca la desintegración de un núcleo radiactivo.
Cuantitativamente la vida media coincide con el inverso de la constante radiactiva.
t = 1/? = T1/2/0,693
3.4 Fisión y fusión nuclear
La fisión nuclear. Es una reacción nuclear que tiene lugar por la rotura de un núcleo pesado al ser bombardeado por neutrones de cierta velocidad. A raíz de esta división el núcleo se separa en dos fragmentos acompañado de una emisión de radiación, liberación de 2 ó 3 nuevos neutrones y de una gran cantidad de energía (200 MeV) que se transforma finalmente en calor.
Los neutrones que escapan de la fisión, se encuentran en condiciones de fisionar otros núcleos pesados, produciendo una Reacción nuclear en cadena. Cabe señalar, que los núcleos atómicos utilizados son de Uranio – 235.
El proceso de la fisión permite el funcionamiento de los Reactores nucleares que actualmente operan en el mundo.
La fusión nuclear ocurre cuando dos núcleos atómicos muy livianos se unen, formando un núcleo atómico más pesado con mayor estabilidad. Estas reacciones liberan energías tan elevadas que en la actualidad se estudian formas adecuadas para mantener la estabilidad y confinamiento de las reacciones.
La energía necesaria para lograr la unión de los núcleos se puede obtener utilizando energía térmica o bien utilizando aceleradores de partículas
Para obtener núcleos de átomos aislados, es decir, separados de su envoltura de electrones, se utilizan gases sobrecalentados que constituyen el denominado Plasma Físico. Este proceso es propio del Sol y las estrellas, pues se tratan de gigantescas estructuras de mezclas de gases calientes atrapadas por las fuerzas de gravedad estelar.
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