DESINTEGRACIÓN RADIOACTIVA

La desintegración radiactiva es el número de núcleos que se desintegran en un intervalo de tiempo dado en una muestra de material radiactivo es proporcional al número total de núcleos del elemento radiactivo correspondiente en esta muestra.

La mayoría de los núcleos atómicos son inestables. Tarde o temprano, se desintegran espontáneamente en núcleos más pequeños y partículas elementales, que generalmente se denominan productos de desintegración o elementos hijos. Las partículas en descomposición se denominan comúnmente materias primas o padres. Todos los productos químicos conocidos (hierro, oxígeno, calcio, etc.) tenemos al menos un isótopo estable. Los Isótopos dígase a las variedades de un elemento químico con el mismo número de protones en el núcleo; este número de protones corresponde al número ordinal del elemento, pero un número diferente de neutrones.

El hecho de que estas sustancias sean bien conocidas por nosotros indica su estabilidad; lo que significa que viven lo suficiente para acumularse en cantidades significativas en condiciones naturales, sin descomponerse en componentes. Pero cada uno de los elementos naturales también tiene isótopos inestables: sus núcleos se pueden obtener en el proceso de reacciones nucleares; pero no duran mucho, ya que se descomponen rápidamente. La desintegración de los núcleos de elementos radiactivos o isótopos puede ocurrir de tres formas principales; y las correspondientes reacciones de desintegración nuclear se denominan con las tres primeras letras del alfabeto griego.

Desintegración alfa

Durante la desintegración alfa , se libera un átomo de helio, que consta de dos protones y dos neutrones; generalmente se le llama partícula alfa. Dado que la desintegración alfa implica una disminución de dos en el número de protones cargados positivamente en un átomo, el núcleo que emitió la partícula alfa se convierte en el núcleo del elemento, dos posiciones por debajo de él en la tabla periódica . En la desintegración beta, el núcleo emite un electrón y el elemento se mueve una posición hacia adelante. Según la tabla periódica en este caso, en esencia, el neutrón se convierte en un protón con la emisión de este mismo electrón.

Desintegración gamma

Finalmente, la desintegración gamma es la desintegración radiactiva de núcleos que emiten fotones de alta energía, que comúnmente se denominan rayos gamma. En este caso, el núcleo pierde energía, pero el elemento químico no cambia. Sin embargo, el mero hecho de la inestabilidad de uno u otro isótopo de un elemento químico no significa en absoluto que al juntar un cierto número de núcleos de este isótopo; obtendrá una imagen de su desintegración simultánea. En realidad, la desintegración del núcleo de un elemento radiactivo recuerda un poco el proceso de freír maíz al hacer palomitas de maíz; los granos (nucleones) se caen de la «mazorca» (núcleo) uno a la vez, en un orden completamente impredecible, hasta que todo se caiga.

Formulación de la desintegración radiactiva

La ley que describe la reacción de desintegración radiactiva, de hecho, sólo establece este hecho: durante un período de tiempo fijo; un núcleo radiactivo emite un número de nucleones proporcional al número de nucleones que quedan en su composición. Es decir, cuantos más granos-nucleones permanezcan en el grano de la mazorca «poco cocido»; más de ellos se liberarán durante un intervalo fijo de tiempo de «fritura».

d N = λN d t

donde d N es el número de nucleones emitidos por un núcleo con un número total de nucleones N durante el tiempo d t , y λ es la constante de radiactividad determinada experimentalmente de la sustancia en estudio. La fórmula empírica anterior es una ecuación diferencial lineal, cuya solución es la siguiente función, que describe el número de nucleones que quedan en el núcleo en el tiempo t :

N = N ₀ e ^– λt

donde N ₀ es el número de nucleones en el núcleo en el momento inicial de observación. La constante de radiactividad determina la rapidez con la que se desintegra el núcleo. Sin embargo, los físicos experimentales no suelen medirlo, sino la llamada vida media del núcleo; es decir, el tiempo durante el cual el núcleo investigado emite la mitad de los nucleones que contiene. Para varios isótopos de diversas sustancias radiactivas; la vida media varía de acuerdo con las predicciones teóricas de mil millonésimas de segundo a miles de millones de años. Es decir, algunos núcleos viven casi para siempre, y algunos se desintegran literalmente instantáneamente.

Características de la desintegración radiactiva

Aquí es importante recordar que después de que la vida media ha expirado, la mitad de la masa total de la sustancia original permanece, después de dos vidas medias; un cuarto de su masa, después de tres vidas medias: un octavo, etc., etc. En cuanto a la aparición de elementos radiactivos, estos nacen de diferentes formas. En particular, la ionosfera (la capa superior enrarecida de la atmósfera) de la Tierra es bombardeada constantemente por rayos cósmicos que consisten en partículas de alta energía . Bajo su influencia, los átomos de larga vida se dividen en isótopos inestables: en particular, del nitrógeno-14 estable en la atmósfera terrestre, se forma constantemente un isótopo inestable de carbono-14 con 6 protones y 8 neutrones en el núcleo .

Pero el caso descrito anteriormente es bastante exótico. Con mucha más frecuencia, los elementos radiactivos se forman en la cadena de reacciones de fisión nuclear .Este es el nombre de una serie de eventos durante los cuales el núcleo original («madre») se rompe en dos «hijos» (también radiactivos), que a su vez, en cuatro núcleos «nieta», etc. El proceso continúa hasta entonces. .hasta que se obtengan isótopos estables. Como ejemplo, tomemos el isótopo uranio-238 (92 protones + 146 neutrones) con una vida media de aproximadamente 4.500 millones de años. Este período, por cierto, es aproximadamente igual a la edad de nuestro planeta, lo que significa que aproximadamente la mitad del uranio-238 de la composición de la materia primaria de la formación de la Tierra todavía se encuentra en el agregado de los elementos terrestres. naturaleza.

El uranio-238 se convierte en torio-234 (90 protones + 144 neutrones), que tiene una vida media de 24 días. El torio-234 se convierte en protactinio-234 (91 protones + 143 neutrones) con una vida media de 6 horas, etc. Hay mucho que decir sobre la desintegración radiactiva, pero es necesario enfatizar algunos puntos. Primero, incluso si tomamos una muestra pura de un solo isótopo radiactivo como material de partida, se descompondrá en diferentes componentes; y pronto obtendremos inevitablemente un «montón» completo de diferentes sustancias radiactivas con diferentes masas nucleares.

En segundo lugar, las cadenas naturales de reacciones de desintegración atómica nos tranquilizan en el sentido de que la radiactividad es un fenómeno natural. El cual existió mucho antes que los humanos, y no hay necesidad de tomar un pecado en el alma y culpar solo a la civilización humana por el hecho de que existe un fondo de radiación en la Tierra. El uranio-238 ha existido en la Tierra desde sus inicios, se descompone, se descompone y se descompondrá;, y las plantas de energía nuclear aceleran este proceso, de hecho, en fracciones de un por ciento.

Finalmente, la inevitabilidad de la desintegración atómica radiactiva está plagada de problemas potenciales y oportunidades potenciales para la humanidad. En particular, en la cadena de reacciones de descomposición de los núcleos de uranio-238, se forma radón-222, un gas noble sin color, olor y sabor, que no entra en ninguna reacción química, ya que no es capaz de formar enlaces químicos. .

Este es un gas inerte y literalmente rezuma de las entrañas de nuestro planeta. Por lo general, no tiene ningún efecto en nosotros, simplemente se disuelve en el aire y permanece allí en una concentración insignificante hasta que se descompone en elementos aún más ligeros. Sin embargo, si este radón inofensivo permanece en una habitación sin ventilación durante mucho tiempo, con el tiempo; los productos de su descomposición comenzarán a acumularse allí, y son dañinos para la salud humana (si se inhalan). Así es como obtenemos el llamado «problema del radón». Por otro lado, las propiedades radiactivas de los elementos químicos aportan importantes beneficios a las personas, si se las aborda con prudencia. El fósforo radiactivo, en particular, ahora se inyecta para obtener una imagen radiográfica de las fracturas óseas. El grado de su radiactividad es mínimo y no perjudica la salud del paciente.

Al ingresar a los tejidos óseos del cuerpo junto con el fósforo ordinario, emite suficientes rayos para fijarlos en equipos sensibles a la luz y obtener imágenes del hueso roto literalmente desde el interior. En consecuencia, los cirujanos tienen la oportunidad de operar una fractura compleja no a ciegas y al azar, sino después de haber estudiado la estructura de la fractura de antemano utilizando tales imágenes. En general, las aplicaciones de la radiografía en ciencia, tecnología y medicina, innumerables.

Y todos funcionan según el mismo principio: las propiedades químicas del átomo (de hecho, las propiedades de la capa externa de electrones) permiten asignar una sustancia a un determinado grupo químico; luego, usando las propiedades químicas de esta sustancia, el átomo es entregado «al lugar correcto», luego de lo cual, usando la propiedad de los núcleos de este elemento para descomponerse en estricto acuerdo con el «programa» establecido por las leyes de la física, los productos de descomposición están registrados.