Radioactividad

Radiactividad Natural.

La radiactividad es la emisión espontánea de partículas o de radiación electromagnética, o de ambas, por los núcleos que están fuera de la banda de estabilidad y los que tienen más de 83 protones.

Los principales tipos de radiación son: las partículas alfa (o núcleos de helio con dos cargas, He2+), las partículas beta (o electrones), los rayos gama que son ondas electromagnéticas de longitud de onda muy corta (0.1 a 10-4 nm), la emisión de positrones y la captura de electrones.

La desintegración de un núcleo radiactivo suele ser el comienzo de una serie de decaimiento radiactivo, es decir, una secuencia de reacciones nucleares que culmina en la formación de un isótopo estable.

En la siguiente figura se muestra la serie de desintegración (decaimiento) del uranio-238, un isótopo que se encuentra en forma natural. Este esquema de desintegración que se produce en 14 pasos, se conoce como serie de decaimiento del uranio.

También se muestran las vidas medias de todos los productos.

El isótopo radiactivo inicial en las etapas del decaimiento radiactivo se llama progenitor y el producto se conoce como hijo.

Transmutación nuclear

La química nuclear sería un campo limitado si sólo se dedicara a estudiar los elementos radiactivos naturales. Así, el experimento que realizó Rutherford en 1919, sugirió que era posible producir radiactividad por medios artificiales. Cuando Rutherford bombardeó una muestra de nitrógeno con partículas alfa, se llevó a cabo la siguiente reacción:

14 4 17 1

N + partícula alfa O + p

7 2 8 1

Con la emisión de un protón también se formó el isótopo de oxígeno-17. Esta reacción demostró por primera vez que era posible transformar un elemento en otro mediante el proceso de transmutación nuclear. A diferencia de la desintegración radiactiva, dicho proceso resulta de la colisión de dos partículas.

La reacción anterior se abrevia como

14 N (alfa,p) 17 O

7 8

Observe que en el paréntesis se escribe primero la partícula que se bombardea y después la partícula emitida.

Ejemplo.

Los elementos transuránicos

Los aceleradores de partículas hicieron posible la síntesis de elementos con números atómicos mayores de 92, llamados elementos transuránicos.

Desde la preparación del neptunio (Z=93) en 1940, se han sintetizado otros 23 elementos transuránicos.

Todos los isótopos de estos elementos son radiactivos. Algunos elementos transuránicos se presentan a continuación:

Número atómico Nombre Símbolo

93 Neptunio Np

94 Plutonio Pu

95 Americio Am

96 Curio Cm

97 Berkelio Bk

98 Californio Cf

99 Einstenio Es

100 Fermio Fm

101 Mendelevio Md

102 Nobelio No

103 Laurencio Lr

104 Rutherfordio Rf

105 Dubnio Db

106 Seaborgio Sg

107 Bohrio Bh

108 Hassio Hs

109 Meitnerio Mt

Aunque los elementos ligeros no suelen ser radiactivos, pueden adquirir esta propiedad al bombardear sus núcleos con las partículas apropiadas.

Muchos isótopos sintéticos se preparan empleando neutrones como proyectiles. Esto es adecuado porque los neutrones no llevan carga y por lo tanto no los repelen los blancos (núcleos bombardeados).

Por el contrario, si los proyectiles son partículas con carga positiva (protones o partículas alfa), deben tener una energía cinética considerable para vencer la repulsión electrostática entre ellas mismas y los núcleos blanco.

Un acelerador de partículas utiliza campos eléctricos y magnéticos para incrementar la energía cinética de las especies cargadas para favorecer la reacción. Si se alterna la polaridad (es decir, + y -) en unas placas especiales, las partículas se aceleran con una trayectoria en espiral. Cuando alcanzan la energía suficiente para iniciar la reacción nuclear deseada, se conducen fuera del acelerador para que hagan colisión con la sustancia blanco.

REACTORES NUCLEARES

Una aplicación de la fisión nuclear con fines pacíficos, aunque controvertida, es la generación de electricidad aprovechando el calor de una reacción en cadena controlada por un reactor nuclear.

El proceso de fisión está controlado por

...