Tipos de radiactividad

RADIACTIVIDAD
La radiactividad es la propiedad que presentan determinadas sustancias, llamadas radiactivas, de emitir radiaciones (conocidas por rayos alfa, beta y gamma) capaces de penetrar en cuerpos opacos, ionizar el aire, impresionar placas fotográficas y excitar la fluorescencia de ciertas sustancias.
Cuando un núcleo atómico emite radiación α, β o γ, el núcleo cambia de estado o se transforma en otro, en este último caso se dice que ha tenido lugar una desintegración.
El cuerpo que se transforma se denomina radioisótopo o radionucleido. Si existe en la naturaleza su actividad es conocida como natural. Si se obtiene por transmutación provocada su actividad es conocida como artificial.
(Actualmente se conocen en la naturaleza tres familias radiactivas constituidas por isótopos naturales: la del uranio-radio, la del uranio-actinio y la del torio)

TIPOS DE EMISIONES RADIOACTIVAS

Entre los elementos ligeros, las radiaciones más frecuentes son:

• Las radiaciones beta b^-, que son electrones procedentes del núcleo
• Las radiaciones beta b⁺, que son positrones procedentes del núcleo
• Los rayos gamma (g), que son ondas electromagnéticas de alta energía
• Captura electrónica (desintegraciones K)
• Las radiaciones alpha son características de los elementos pesados.

Cada tipo de emisión radioactiva tiene distinto poder de penetración en la materia y distinto poder de ionización (capacidad de arrancar electrones de los átomos o moléculas con las que colisiona). Pueden causar graves daños en los seres vivos.

PARTÍCULAS ALPHA

Las partículas alfa (α) o rayos alfa son una forma de radiación de alta energía corpuscular ionizante y con una baja capacidad de penetración debido a la alta sección transversal. Consisten en dos protones y dos neutrones unidos por una fuerza fuerte. Las partículas alfa pertenecen a la familia elion. La decadencia beta está mediada por una fuerza débil, mientras que la descomposición alfa está mediada por una fuerza fuerte.

Las partículas alfa son típicamente emitidas por núclidos radiactivos elementos pesados, por ejemplo, los isótopos de uranio, el plutonio de torio, de la radio, etc., en un proceso denominado desintegración alfa. A veces, esta descomposición deja a los núcleos en un estado excitado y, en consecuencia, el exceso de energía se puede eliminar con la emisión de rayos gamma.

Los rayos alfa, debido a su carga eléctrica, interactúan fuertemente con la materia y, por lo tanto, son absorbidos fácilmente por los materiales y pueden viajar solo unos pocos centímetros en el aire. Pueden ser absorbidos por las capas más externas de la piel humana y, por lo tanto, no son potencialmente mortales a menos que la fuente se inhale o ingiera. En este caso, los daños serían, en cambio, mayores que los causados por cualquier otra radiación ionizante. Si la dosis fuera lo suficientemente alta, aparecerían todos los síntomas típicos de envenenamiento por radiación.

La secuencia de este fenómeno de desintegración se representa mediante la ecuación siguiente:

Con el uranio 238, por ejemplo:   

PARTÍCULAS BETA

La radiación beta es una forma de radiación ionizante emitida por ciertos tipos de núcleos radiactivos.

La radiación beta toma la forma de partículas beta (β), que son partículas de alta energía, expulsadas de un núcleo atómico en un proceso conocido como desintegración beta. Hay dos formas de desintegración beta, β - y β +, que respectivamente emiten un electrón o un positrón.

En la desintegración β-, un neutrón se convierte en un protón, un electrón y un antineutrino de electrones.

Un neutrón se convierte en un protón, un electrón y un antineutrino electrónico:

^{Ejemplo:    14} ₆C → ¹⁴ ₇N + e^–

En la desintegración β + (observable en los núcleos ricos en protones), un protón interactúa con un antineutrino electrónico para obtener un neutrón y un positrón (aún no se ha observado la desintegración directa del protón en el positrón).

Un protón deviene en un neutrón, un positrón y un neutrino electrónico:

^{Ejemplo:   23} ₁₂Mg → ²³ ₁₁Na + e⁺

Diagrama de Feynman, de una desintegración β–. Mediante este proceso un neutrón puede convertirse en protón. En la figura uno de los tres quarks del neutrón de la izquierda (quark d, en azul), emite un bosón W- y pasa a ser un quark (u). El bosón emitido (W-) se desintegra en un antineutrino y un electrón.

La interacción de las partículas beta con la materia generalmente tiene un rango de acción diez veces mayor y un poder ionizante igual a una décima en comparación con la interacción de las partículas alfa. Están completamente bloqueados con unos pocos milímetros de aluminio.

RAYOS GAMMA

Los rayos gamma son radiaciones electromagnéticas producidas por la radioactividad. Estabilizan el núcleo sin cambiar su contenido de protones. Normalmente la radiación suele acompañar a otro tipo de emisión. Penetran más profundamente que la radiación a o b beta, pero son menos ionizantes.

Los rayos gamma pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo que son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos.

Aniquilación de un par positrón-electrón con radiación gamma

Los rayos gamma se producen por desexcitación de un nucleón de un nivel o estado excitado a otro de menor energía y por desintegración de isótopos radiactivos.

Debido a las altas energías que poseen, los rayos gamma constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia más profundamente que la radiación alfa y la beta. Pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo cual se usan para esterilizar equipos médicos y alimentos.

Esquema de descomposición de Cobalto-60.

Diagrama de la desintegración radiactiva del Cesio-137.

ENERGÍA DE DESINTEGRACIÓN

La energía de desintegración es la diferencia de energía existente entre las partículas iniciales y las finales de un proceso de desintegración. Se aplica la relación entre la masa y la energía:

 

E = (masa de los partículas iniciales - masa de las partículas finales) · c²

Si la energía, E es positiva, la reacción es exoérgica o exotérmica; si es negativa la reacción es endoérgica o endotérmica.