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
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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.-
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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.-
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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 "nucleídos". La cantidad total de nucleídos identificados hasta el presente es muy grande, próxima a los 2000. Para sistematizar la información sobre ellos se diseñó una tabla de nucleídos, 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 nucleídos 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 nucleído, llamada constante de desintegración. Esta constante se expresa en s-1 (ó como la inversa de cualquier otra unidad de tiempo).-
Para cada nucleído 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.