Desintegración radiactiva de elementos.

La estructura del universo Desintegración radiactiva en el contexto de la estructura del universo

La formación del universo condujo a la formación de varios elementos que están predispuestos a las transformaciones nucleares . Cada desintegración radiactiva que podemos describir puede brindarnos mucha información sobre temas estrechamente relacionados con un núcleo en particular (su estructura, estados de energía existentes e interacciones), pero también brinda información sobre el origen del universo. Se ha demostrado empíricamente que existen tres tipos principales de radiación, que se dividen según la capacidad de penetración a través de la materia:

1. la radiación alfa (α) , que tiene la forma de núcleos de helio y presenta una baja permeabilidad, lo que en la práctica significa dificultad para penetrar una fina hoja de papel;
2. La radiación beta (β) , que se describe como electrones o positrones con la misma masa pero una carga opuesta, puede penetrar en el aluminio hasta aprox. 3 mm;
3. La radiación gamma (γ) , que corresponde a los fotones, tiene la mejor capacidad de penetración que es comparable a la penetración en el plomo hasta dos o más centímetros.

Historia de las desintegraciones radiactivas

La historia de las desintegraciones radiactivas fue iniciada por Antoine Becquerel, quien observó en 1896 que si colocamos una roca rica en uranio en una caja cerrada con una película fotográfica, la película se oscurecerá. Concluyó que esto fue causado por la emisión de rayos que son invisibles a simple vista. Con el conocimiento actual, podemos dar al menos tres argumentos que sugieran el origen nuclear de tales rayos:

1. Estado químico : la forma de un elemento particular en estado libre o en un compuesto químico no afecta su capacidad radiactiva;
2. Los factores externos que afectan a los electrones en el átomo , como la presión o la temperatura, no afectan las propiedades radiactivas;
3. Las transiciones de electrones comúnmente conocidas en el átomo no generan cantidades tan grandes de energía que pueden alcanzar millones de electronvoltios.

Hoy en día, la radiación se define como procesos de naturaleza nuclear que transforman la masa en energía.

Radiación alfa, beta y gamma

Las propiedades eléctricas de la radiación se pueden observar gracias a que sus movimientos ocurren en un campo magnético homogéneo. La identificación de cada tipo de radiación con sus correspondientes moléculas se basa en la fórmula de la fuerza magnética de Lorentz . Suponiendo una emisión horizontal desde el punto de una fuente radiactiva, las partículas con carga positiva se inclinan hacia arriba, las de carga negativa se inclinan hacia abajo y las partículas sin carga penetran a través del campo magnético, sin afectar la trayectoria de emisión. La radiación alfa corresponde a la emisión de un núcleo de helio de ⁴ He . La radiación beta puede presentarse de dos formas: en forma de electrones (β ^– ) o de positrones (β ⁺ ). La radiación gamma determina una emisión de fotones de alta energía.

Desintegración alfa

Se caracteriza por núcleos de peso y químicamente inestables. Durante la desintegración, el núcleo pierde dos protones y el mismo número de neutrones, lo que implica la reducción de su número atómico en dos y el número másico en cuatro unidades. El resultado de esa transformación es un átomo de helio. El núcleo emisor se llama núcleo primario, y el producido durante la desintegración se llama núcleo secundario. La notación básica de la desintegración radiactiva alfa se puede presentar de la siguiente manera: La primera parte de tal notación, es decir, constituye el núcleo primario, el núcleo secundario es , mientras que es la partícula alfa. Un ejemplo de desintegración alfa puede ser una transformación del isótopo de uranio ²³⁸ U, durante la cual el número atómico se reduce en dos. La desintegración se puede observar como la siguiente ecuación: La energía liberada durante la desintegración alfa es igual a la energía cinética de los núcleos de helio y torio. Debido a la masa de los núcleos de torio y, por lo tanto, a su menor velocidad, la energía cinética de los núcleos de helio es mayor.

Desintegración beta

Esto puede ocurrir de dos formas: con emisión de electrones o con positrones. Sus cargas son opuestas pero su masa es idéntica , por lo que a veces un positrón puede denominarse antielectrón. Cuando se considera la desintegración radiactiva beta, los científicos suelen utilizar el modelo de una molécula (un electrón o un positrón) limitada en el núcleo, que se escapa durante la desintegración. Esta suposición ha sido cuestionada, ya que, según el principio de incertidumbre de Heisenberg, se estimó que la energía cinética de un electrón era un poco más de diez GeV. Sin embargo, se ha demostrado empíricamente que es igual a solo unos pocos megaelectronovoltios. Esto significa que la desintegración beta no consiste en el escape de una molécula sino en la transformación de un nucleón en otro. Al analizar la desintegración de un neutrón, podemos observar la siguiente transición: El electrón, señalado como , tiene un número de masa igual a 0 y un número atómico. Esto significa que es una molécula virtualmente sin masa con una carga negativa. El protón tiene ambos números iguales a uno. Se requiere la presencia de un neutrino (v) dadas las leyes de conservación de la energía y el momento. Tales transformaciones que ocurren en el núcleo causan interacciones nucleares débiles. Un ejemplo de isótopo sujeto a desintegración beta es el , que se desintegra mediante una emisión β según la siguiente ecuación ^: Un proceso opuesto, que involucra la producción de un positrón, ocurre por ejemplo en un isótopo de aluminio:

Desintegración gamma

El término “desintegración gamma” se refiere a una desintegración que ocurre cuando un núcleo excitado pasa a un estado con menor energía, lo que resulta en la emisión de fotones . Tal transición es similar a la transición de electrones a niveles de energía más bajos y se puede señalar con símbolos, donde * representa el estado excitado: Los números de masa y atómicos no cambian durante la desintegración gamma. El único cambio se refiere al tipo de núcleo.

Elementos radiactivos

Sus átomos se desintegran espontáneamente, emitiendo partículas o rayos. Esto suele ir acompañado de la emisión de calor y luz. En la naturaleza podemos observar cuatro grupos de elementos radiactivos: toruros, neptúnidos, uranidos y actínidos, cuyos nombres derivan de los elementos progenitores. Ejemplos incluyen:

1. Polonio: un producto de desintegraciones atómicas, en su mayoría con uranio-238. Es una fuente de radiación alfa y se utiliza como fuente de energía en los satélites.
2. Radón – producido como resultado de la desintegración del radio, cuyo isótopo con una masa atómica de 222 se utiliza en el tratamiento de casos graves de cáncer.

La serie radiactiva

Se considera que todos los núcleos con número atómico superior a 82 son inestables y sujetos a desintegración espontánea. La mayoría de ellos también se caracterizan por un ciclo de vida corto, por lo que no se observan en la naturaleza. Sin embargo, hay algunas excepciones importantes, como y , cuyo período de vida media es 1,39·10 ¹⁰ años y 7,04·10 ⁸ años, respectivamente. La descomposición de núcleos pesados puede dar lugar a una larga serie de desintegraciones, ya que cada núcleo secundario producido puede convertirse en núcleo primario en una desintegración posterior, hasta que se forma un núcleo estable. Este proceso se denomina serie radiactiva.