Radioactividad

DEFINICIONES
__El protón y el núcleo__

Desde principios de 1900 a se conocían dos características de los átomos: contienen electrones y son eléctricamente neutros. Para que un átomo sea neutro debe contener el mismo número de cargas positivas y negativas. Thomson propuso que un átomo podía visualizarse como una esfera uniforme cargada positivamente, dentro del cual se encontraban los electrones como si fueran las pasas de un pastel. Este modelo llamado “budín de pasas”, se aceptó como una teoría durante algunos años. En 1910 [|Ernest Rutherford], utilizó partículas alfa para demostrar la estructura de los átomos. Efectuó una serie de experimentos utilizando láminas muy delgadas de oro y de otros metales, como blanco de partículas alfa provenientes de una fuente radiactiva. Observó que la mayoría de partículas atravesaban la lámina sin desviarse, o bien con una ligera desviación. De vez en cuando, algunas partículas alfa eran dispersadas de su trayectoria con un gran ángulo. En algunos casos, las partículas alfa regresaban por la misma trayectoria hacia la fuente radiactiva. Este fue el descubrimiento sorprendente ya que, según el modelo de Thomson, la carga positiva del átomo era tan difusa que se esperaría que las partículas alfa atravesaran las láminas sin desviarse o con una desviación mínima.

Tiempo después, Rutherford pudo explicar los resultados del experimento de la dispersión de partículas alfa utilizando un nuevo modelo del átomo. De acuerdo con Rutherford, la mayor parte de los átomos debe ser espacio vacío. Esto explica por qué la mayoría de las partículas alfa atravesaban la lámina de oro sufriendo poca o ninguna desviación. Rutherford propuso que las cargas positivas de los átomos estaban concentradas en un denso conglomerado central dentro del átomo, que llamó núcleo. Cuando una partícula alfa pasaba cerca del núcleo en el experimento, actuaba sobre ella una gran fuerza de repulsión, lo que originaba una gran desviación. Mas aún, cuando una partícula alfa incidía directamente sobre el núcleo, experimenta una repulsión tan grande que su trayectoria se invertía por completo. Las partículas del núcleo que tienen carga positiva reciben el nombre de protones. En otros experimentos se encontró que los protones tienen la misma cantidad de carga que los electrones y que su masa es de 1.67262x10-24g, aproximadamente 1840 veces la masa de las partículas con carga negativa de electrones.

__El neutrón__

El modelo de Rutherford de la estructura atómica dejaba un importante problema sin resolver. Se sabía que el hidrógeno, el átomo más sencillo, contenía solamente un protón, y que el átomo de helio contenía dos protones. Por tanto, la relación entre la masa de un átomo de helio y un átomo de hidrógeno debería ser 2:1. Sin embargo, en realidad la relación es 4:1. Rutherford y otros investigadores habían propuesto que debería existir otro tipo de película subatómica en el núcleo, hecho que el físico inglés James Chadwick probó en 1932.Cuando Chadwick bombardeó una delgada lámina de Be con partículas alfa, el metal emitió una radiación de muy alta energía, similar a los rayos gamma. Experimentos posteriores demostraron que esos rayos realmente constan de un tercer tipo de partículas.

__Número atómico, número de masa e isótopos__

El número atómico (Z) es el número de protones en el núcleo del átomo de un elemento. El número de masa (A) es el número total de protones y neutrones presentes en el núcleo de un átomo de un elemento. Los isótopos son átomos que tienen el mismo número atómico pero distinto número de masa.

BASES TEÓRICAS
En 1985, el físico alemán[| Wilhelm Roentgen] observó que cuando los rayos catódicos incidían sobre el vidrio y los metales, hacían que éstos emitieran unos rayos desconocidos. Estos rayos cargados de mucha energía eran capaces de atravesar la materia, oscurecían las placas fotográficas, incluso cubiertas, y producían fluorescencia en algunas sustancias. Debido a que estos rayos no eran desviados de su trayectoria por un imán, no estaban constituidos por partículas en carga, como los rayos catódicos. Roentgen les dio el nombre de rayos X, por su naturaleza desconocida.



Poco después del descubrimiento de Roentgen, Antoine Becquerel empezó a estudiar las propiedades fluorescentes de las sustancias. Accidentalmente encontró que algunos compuestos de uranio oscurecían las placas fotográficas cubiertas, incluso en ausencia de rayos catódicos. Al igual que los rayos X, los rayos provenientes de los compuestos de uranio resultaban altamente energéticos y no los desviaba un imán, pero diferían de los rayos X en que se emitían de manera espontánea.



Marie Curie, discípula de Becquerel, sugirió el nombre de radiactividad para describir la emisión espontánea de partículas y/o radiación. Desde entonces se dice que un elemento es radiactivo si emite radiación de manera espontánea.

Junto con su esposo, Pierre Curie, estudiaron diversos minerales y se dieron cuenta de que el torio era "radiactivo". Demostraron que la radiactividad era una propiedad elemental del átomo, y no el resultado de una reacción química. En 1898 descubren dos nuevas sustancias radiactivas: el radio y el polonio.

La radiactividad puede ser natural o artificial, dependiendo de si los isótopos se encuentran en la naturaleza (natural) o son producidos por transformaciones artificiales (artificial o inducida). Se produce la radiactividad inducida cuando se bombardean ciertos núcleos estables con partículas apropiadas. Si la energía de estas partículas tiene un valor adecuado penetran dentro de núcleo bombardeado y forman un nuevo núcleo que, en caso de ser inestable, se desintegra después radiactivamente. Fue descubierta por [|Jean Frédéric Joliot-Curie] e [|Irène Joliot-Curie](hija del matrimonio Curie), bombardeando núcleos de boro y aluminio con partículas alfa.

Los núcleos que están fuera del cinturón de estabilidad y los que tienen más de 83 protones tienden a ser inestables. La radiactividad es la emisión espontánea de partículas o de radiación electromagnética, o de ambas, por estos núcleos. La desintegración de un núcleo radiactivo suele ser el comienzo de una serie de desintegración radiactiva, es decir, una secuencia de reacciones nucleares que culmina en la formación de un isótopo estable. Todos los procesos de desintegración radiactiva siguen cinéticas de primer orden. Por tanto, la velocidad de decaimiento radiactivo en cualquier tiempo t esta dada por λN, donde λ es una constante de velocidad de primer orden y N el número de núcleos radiactivos que hay en un tiempo t. El número de núcleos radiactivos a tiempo cero (No) y tiempo t (Nt) es

 Ln Nt/No= -λT

y la correspondiente vida media de la reacción esta dada por la ecuación

 t½=0,693/ λ.

Los principales tipos de radiación son: las partículas alfa (el núcleo de helio con dos cargas, He2+), las partículas beta (o electrones), los rayos gamma, ondas electromagnéticas de longitud de onda muy corta, la emisión de positrones y la captura de electrones.

1) Partículas alfa: Se trata de un núcleo que contiene dos protones y dos neutrones (idéntico al núcleo de helio). Tienen carga positiva, por lo tanto son desviados por campos electromagnéticos. Su poder de penetración es escaso pero muy ionizante. Este tipo de radiación la emiten elementos pesados situados al final de la tabla periódica (A>100).En el proceso se desprende mucha energía, que se tranforma en energía cinética de la partícula, por ello salen con grandes velocidades.



2)Partículas beta: Semejantes a los electrones pero generados en el núcleo. También son desviados por campos electromagnéticos. Existen tres tipos de radiación beta. a. La radiación Beta-, emisión espontánea de electrones. b. La Beta+, un protón del núcleo se desintegra dando lugar a un muetron un positrón (beta+) y un neutrino. c. La captura de electrónica. Se produce en núcleos con exceso de protones, donde el núcleo captura un electrón, que se unirá a un protón para dar un neutrón. Son más penetrantes que las partículas alfa, pueden pasar una hoja de aluminio fina, e incluso pueden penetrar hasta 1 cm de la piel.



3) Rayos Gamma. En ciertos procesos en los que producen partículas alfa y beta, el núcleo se queda en un estado excitado, por ello emite una radiación electromagnética, los rayos gamma. Es la más peligrosa de los tres tipos de radiación, puesto que es muy penetrante y energética.



Poder de penetración electromagnético Comportamiento ante un c. electromagnético

Soddy y Fajans enunciaron las leyes de la transmutación que rigen el proceso por el que un elemento se transmuta en otro.

Emisión alfa (1ª Ley de Soddy) Emisión beta (2ª Ley de Soddy)

El símbolo de la radiactividad con validez internacional apareció en 1994, propuesto por la Agencia Internacional de la Energía Atómica. Indica la presencia de actividad radiactiva.

Los primeros investigadores que estudiaron la radiactividad midieron solamente la actividad de la muestra. Las unidades definidas fueron el Curie y Rutherford.

1 Curie es la actividad que corresponde a 1 gramo de radio y produce 3,7•10 10 desintegraciones / segundo.. 1 Rutherford corresponde a un millón de desintegraciones / segundo.

Pero es importante conocer no la energía total que tienen y la energía cedida en un recorrido a través de la materia. La unidad de exposición es el Roentgen. El Roentgen se definió midiendo la ionización del aire atravesado por una radiación. Una radiación es de 1 Roentgen cuando el aire expuesto a ella se ioniza con un carga eléctrica total de 2,58 •10 – 4 coulombios por kg de aire (medido en condiciones normales).