05 Jul
La Radiactividad: Propiedades y Fenómenos
La radiactividad es la propiedad de ciertas sustancias de emitir radiaciones capaces de ionizar el aire, excitar la fluorescencia de determinados materiales, impresionar placas fotográficas y penetrar cuerpos opacos.
Tipos de Radiación
Las principales formas de radiación emitidas por sustancias radiactivas son:
Partículas Alfa (α)
Son núcleos de helio, es decir, están formadas por dos protones y dos neutrones. Poseen una energía cinética del orden de megaelectronvoltios (MeV) y provienen de núcleos grandes en los que la repulsión electrostática no se compensa completamente con la fuerza nuclear fuerte, lo que hace que el núcleo sea inestable. La radiación alfa es poco penetrante, pero peligrosa si se inhala o ingiere.
Partículas Beta (β)
Son electrones rápidos provenientes de la transformación de neutrones en protones dentro del núcleo. Su energía cinética es algo menor de un megaelectronvoltio. La radiación beta es más penetrante que la alfa, pero menos peligrosa que esta última en exposición externa.
Radiación Gamma (γ)
Es radiación electromagnética compuesta por fotones de frecuencia muy alta. No tiene carga eléctrica ni masa y proviene de la desexcitación de un núcleo atómico. Su energía cinética se sitúa entre una fracción de megaelectronvoltio y unos pocos megaelectronvoltios, y es la más penetrante de las tres. Para retenerla, se necesitan gruesos muros de hormigón o paredes de plomo.
Leyes de la Desintegración Radiactiva
Ley de Emisión Radiactiva
El número de núcleos que quedan sin desintegrar de una muestra radiactiva viene dado por la ley de emisión radiactiva:
[Fórmula de la ley de emisión radiactiva]
Donde N₀ es el número de núcleos inicial y λ (lambda) es la constante radiactiva, que es característica de cada isótopo y se mide en segundos a la menos uno (s⁻¹).
Actividad Radiactiva
La velocidad de desintegración de una muestra radiactiva recibe el nombre de actividad de la muestra y es proporcional al número de núcleos que contiene. Su unidad en el Sistema Internacional (SI) es el Becquerel (Bq), que equivale a una desintegración por segundo.
Periodo de Semidesintegración (T½)
Se define el periodo de semidesintegración como el tiempo que tardan en desintegrarse la mitad de los núcleos de una muestra radiactiva.
Vida Media (τ)
Se define la vida media como el tiempo promedio que tarda un núcleo en desintegrarse.
Reacciones Nucleares: Transformación de la Materia
Las reacciones nucleares son procesos en los que intervienen los núcleos de los átomos, transformándose en otros distintos. Las más importantes son:
- Emisiones de partículas alfa (α)
- Emisiones de partículas beta (β)
- Emisiones de radiación gamma (γ)
- Fisión nuclear
- Fusión nuclear
Fisión Nuclear
La fisión nuclear es la reacción en la que un núcleo muy masivo se divide en dos o más núcleos más pequeños, liberando en el proceso una gran cantidad de energía. Estas reacciones suelen tener lugar bombardeando el núcleo con un neutrón. En la fisión producida, se libera mucha energía y otros neutrones que pueden utilizarse para bombardear otros núcleos, dando lugar a una reacción en cadena. Este proceso ocurre de manera controlada en una central nuclear y de forma incontrolada en un arma nuclear.
Fusión Nuclear
La fusión nuclear es la reacción en la que dos núcleos ligeros se unen para formar otro más grande, liberando una enorme cantidad de energía. Esta reacción es la que tiene lugar de forma natural en las estrellas, como por ejemplo en el Sol.
Conservación en Reacciones Nucleares
En toda reacción nuclear se cumple siempre que la suma de los números atómicos y la suma de los números másicos de los productos deben ser igual a la de los reactivos.
Energía Liberada y Defecto de Masa
La energía liberada en una reacción nuclear se calcula a partir de lo que se denomina defecto de masa de la reacción, ya que en una reacción nuclear no se conserva la masa. La diferencia de masa entre reactivos y productos se traduce en una liberación de energía, que viene dada por la ecuación de Einstein de equivalencia masa-energía (E=mc²), donde c es la velocidad de la luz en el vacío.
Estabilidad Nuclear y Energía de Enlace
Energía de Enlace
El defecto de masa es la diferencia entre la suma de las masas de los protones y neutrones que forman el núcleo, y la masa del núcleo ya formado. Este defecto de masa se traduce en una energía de enlace que se libera al unirse protones y neutrones para formar el núcleo, la cual, según la ecuación de Einstein sobre la equivalencia masa-energía (E=mc²), es la energía necesaria para separar los nucleones del núcleo.
Estabilidad Nuclear
La estabilidad de un núcleo viene dada por la energía de enlace por nucleón. Cuanto mayor sea este valor, más estable es el núcleo.
Interacciones Fundamentales de la Naturaleza
Existen cuatro interacciones o fuerzas fundamentales en la naturaleza:
Interacción Gravitatoria
La experimentan todas las partículas con masa. Su partícula portadora se llama gravitón. Es siempre atractiva, la más débil de todas y de alcance infinito. Es responsable del movimiento de los planetas y del peso de los cuerpos.
Interacción Electromagnética
La experimentan todas las partículas con carga eléctrica. Su partícula portadora es el fotón. Puede ser atractiva o repulsiva, de alcance infinito y es la segunda fuerza más intensa. Es responsable de fenómenos como la luz, los relámpagos, el magnetismo y los procesos de desintegración de núcleos radiactivos.
Interacción Nuclear Fuerte
La experimentan los nucleones (protones y neutrones). Sus partículas portadoras se llaman gluones. Es de muy corto alcance, siempre atractiva y responsable de que los protones, que por su carga positiva se repelerían, permanezcan unidos en el núcleo.
Interacción Nuclear Débil
Es de muy corto alcance y responsable de la emisión de partículas beta del núcleo. Por tanto, es responsable de la fusión nuclear en el interior de las estrellas.
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