Radiactividad - ciencia y tecnologia.

« El descubrimiento de que la desintegración del radio produce radón demostró de forma fehaciente que la desintegración radiactiva está acompañada de un cambio en lanaturaleza química del elemento que se desintegra.

Los experimentos sobre la desviación de partículas alfa en un campo eléctrico demostraron que la relación entre la cargaeléctrica y la masa de dichas partículas es aproximadamente la mitad que la del ion hidrógeno.

Los físicos supusieron que las partículas podían ser iones helio con cargadoble (átomos de helio a los que les faltaban dos electrones).

El ion helio tiene una masa unas cuatro veces mayor que el de hidrógeno, lo que supondría que su relacióncarga-masa sería efectivamente la mitad que la del ion hidrógeno.

Esta suposición fue demostrada por Rutherford cuando hizo que una sustancia que emitía partículas alfase desintegrara cerca de un recipiente de vidrio de paredes finas en el que se había hecho el vacío.

Las partículas alfa podían atravesar el vidrio y quedaban atrapadas en elrecipiente; al cabo de unos días pudo demostrarse la presencia de helio elemental utilizando un espectroscopio.

Más tarde se demostró que las partículas beta eranelectrones, mientras que los rayos gamma eran radiaciones electromagnéticas de la misma naturaleza que los rayos X pero con una energía considerablemente mayor. 2.1 La hipótesis nuclear Ernest RutherfordEl físico británico Ernest Rutherford, que obtuvo el Premio Nobel de Química en 1908, fue un pionero de la física nuclear por susinvestigaciones experimentales y su desarrollo de la teoría nuclear de la estructura atómica.

Rutherford afirmó que un átomo estáconstituido en gran medida por espacio vacío, con un núcleo con carga positiva en el centro, en torno al cual orbitan los electrones,cargados negativamente.

Bombardeando gas nitrógeno con partículas alfa (partículas nucleares emitidas en procesos radiactivos),Rutherford logró transformar un átomo de nitrógeno en un átomo de oxígeno y otro de hidrógeno.

Este experimento fue un primerestímulo para el desarrollo de la energía nuclear, que se libera en cantidades enormes por la desintegración nuclear.Archive Photos En la época en que se descubrió la radiactividad, los físicos creían que el átomo era el bloque de materia último e indivisible.

Después se comprobó que las partículas alfa ybeta son unidades discretas de materia, y que la radiactividad es un proceso en el que los átomos se transforman (mediante la emisión de una de estas dos partículas) ennuevos tipos de átomos con propiedades químicas nuevas.

Esto llevó al reconocimiento de que los propios átomos deben tener una estructura interna, y que no son laspartículas últimas y fundamentales de la naturaleza. En 1911, Rutherford demostró la existencia de un núcleo en el interior del átomo mediante experimentos en los que se desviaban partículas alfa con láminas delgadas demetal.

Desde entonces, la hipótesis nuclear ha evolucionado hasta convertirse en una teoría muy elaborada de la estructura atómica, que permite explicar todo el fenómenode la radiactividad.

En resumen, se ha comprobado que el átomo está formado por un núcleo central muy denso, rodeado por una nube de electrones.

El núcleo, a su vez,está compuesto de protones, cuyo número es igual al de electrones (en un átomo no ionizado), y de neutrones.

Estos últimos son eléctricamente neutros y su masa esaproximadamente igual a la de los protones.

Una partícula alfa (un núcleo de helio con carga doble) está formada por dos protones y dos neutrones, por lo que sólo puedeser emitida por el núcleo de un átomo.

Cuando un núcleo pierde una partícula alfa se forma un nuevo núcleo, más ligero que el original en cuatro unidades de masa (lasmasas del neutrón y el protón son de una unidad aproximadamente).

Cuando un átomo del isótopo de uranio con número másico 238 emite una partícula alfa, se convierteen un átomo de otro elemento, con número másico 234.

(El número másico de un núcleo es el número total de neutrones y protones que contiene; es aproximadamenteigual a su masa expresada en unidades de masa atómica).

Cada uno de los dos protones de la partícula alfa tiene una carga eléctrica positiva de valor unidad.

El número decargas positivas del núcleo, equilibrado por el mismo número de electrones negativos en las órbitas exteriores al núcleo, determina la naturaleza química del átomo.

Comola carga del uranio 238 disminuye en dos unidades como resultado de la emisión alfa, el número atómico del átomo resultante es menor en dos unidades al original, que erade 92.

El nuevo átomo tiene un número atómico de 90, y es un isótopo del elemento torio.

Véase Elemento químico; Física nuclear. El torio 234 emite partículas beta, es decir, electrones.

La emisión beta se produce a través de la transformación de un neutrón en un protón, lo que implica un aumento dela carga nuclear (o número atómico) en una unidad.

La masa de un electrón es despreciable, por lo que el isótopo producido por la desintegración del torio 234 tiene unnúmero másico de 234 y un número atómico de 91; se trata de un isótopo del protactinio. 2.2 Radiación gamma Las emisiones alfa y beta suelen ir asociadas con la emisión gamma.

Los rayos gamma no poseen carga ni masa; por tanto, la emisión de rayos gamma por parte de unnúcleo no conlleva cambios en su estructura, sino simplemente la pérdida de una determinada cantidad de energía radiante.

Con la emisión de estos rayos, el núcleocompensa el estado inestable que sigue a los procesos alfa y beta.

La partícula alfa o beta primaria y su rayo gamma asociado se emiten casi simultáneamente.

Sinembargo, se conocen algunos casos de emisión alfa o beta pura, es decir, procesos alfa o beta no acompañados de rayos gamma; también se conocen algunos isótopos queemiten rayos gamma de forma pura.

Esta emisión gamma pura tiene lugar cuando un isótopo existe en dos formas diferentes, los llamados isómeros nucleares, con elmismo número atómico y número másico pero distintas energías.

La emisión de rayos gamma acompaña a la transición del isómero de mayor energía a la forma de menorenergía.

Un ejemplo de esta isomería es el isótopo protactinio 234, que existe en dos estados de energía diferentes, y en el que la emisión de rayos gamma indica latransición de uno al otro. Los núcleos emiten la radiación alfa, beta y gamma a velocidades enormes.

Las partículas alfa resultan frenadas y detenidas al pasar por la materia, sobre todo debido a suinteracción con los electrones de dicha materia.

Casi todas las partículas alfa emitidas por una misma sustancia salen de los núcleos con una velocidad prácticamente igual;por ejemplo, la mayoría de las emitidas por el polonio 210 viajan 3,8 cm por el aire antes de quedar detenidas completamente, mientras que las emitidas por el polonio 212avanzan 8,5 cm.

La medida de la distancia recorrida por las partículas alfa se emplea para identificar isótopos.

Las partículas beta se emiten a velocidades mucho mayoresque las partículas alfa, por lo que penetran bastante más en la materia, aunque el mecanismo de frenado es esencialmente similar.

Sin embargo, a diferencia de laspartículas alfa, las partículas beta son emitidas a muchas velocidades diferentes, y sus emisores se distinguen entre sí por las velocidades máxima y media característicasde sus partículas beta.

La distribución de las energías de las partículas beta (y por tanto de sus velocidades) exige la hipótesis de la existencia de una partícula sin carga nimasa denominada neutrino; todas las desintegraciones beta están acompañadas de una emisión de neutrinos.

La distancia recorrida por los rayos gamma es varias vecesmayor que la de las partículas beta, y en algunos casos estos rayos pueden atravesar varios centímetros de plomo.

Cuando las partículas alfa y beta atraviesan la materiaoriginan la formación de numerosos iones; esta ionización es especialmente fácil de observar cuando la materia es gaseosa.

Los rayos gamma no tienen carga, por lo queno causan tanta ionización.

Las partículas beta producen entre t y z de la ionización generada por las partículas alfa en cada centímetro de su trayectoria en aire.

Los rayos gamma producen aproximadamente t de la ionización de las partículas beta.

El contador de Geiger-Müller y otras cámaras de ionización ( véase Detectores de partículas) se basan en estos principios y se emplean para detectar las cantidades de radiación alfa, beta y gamma y, por tanto, la tasa absoluta de desintegración oactividad de las sustancias radiactivas.

Una de las unidades de actividad radiactiva, el curio, se basa en la tasa de desintegración del radio 226, que corresponde a 37.000millones de desintegraciones por segundo por cada gramo de radio.

Véase Efectos biológicos de la radiación. Existen formas de desintegración radiactiva diferentes de las tres que se han mencionado.

Algunos isótopos pueden emitir positrones, que son idénticos a los electronespero de carga opuesta.

Esta emisión suele clasificarse también como desintegración beta, y se denomina emisión beta más (β +) o positrón para distinguirla de la emisión de. »