Julio Vera García

Física Nuclear

FÍSICA NUCLEAR INTRODUCCIÓN RESEÑA HISTÓRICA

Radiactividad Radiactividad es la propiedad que presentan los núcleos atómicos de ciertos isótopos de modificar espontáneamente su constitución, emitiendo simultáneamente una radiación característica. La Radiactividad fue descubierta por el científico francés Antoine Henri Becquerel en 1896. El descubrimiento tuvo lugar de una forma casi ocasional: Becquerel realizaba investigaciones sobre la fluorescencia del sulfato doble de uranio y potasio y descubrió que el uranio emitía espontáneamente una radiación misteriosa. La observó al velarse unas placas fotográficas que guardaba en un cajón, junto a muestras de uranio. Esta radiación era incluso más penetrante que los rayos X. Esta propiedad del uranio recibió el nombre de radiactividad.

(Antoine Henri Becquerel)

La radiactividad puede ser: •

Radiactividad natural: Es la que manifiestan los isótopos que se encuentran en la naturaleza.

•

Radiactividad artificial o inducida: Es la que ha sido provocada por transformaciones nucleares artificiales.

Radiactividad natural En 1896 Becquerel descubrió que ciertas sales de uranio emitían radiaciones espontáneamente, al observar que velaban las placas fotográficas envueltas en papel negro. Hizo ensayos con el mineral en caliente, en frío, pulverizado, disuelto en ácidos y la intensidad de la misteriosa radiación era siempre la misma. Por tanto, esta nueva propiedad de la materia, que recibió el nombre de radiactividad, no dependía de la forma física o química en la que se encontraban los átomos del cuerpo radiactivo, sino que era una propiedad que radicaba en el interior mismo del átomo. El estudio del nuevo fenómeno y su desarrollo posterior se debe casi exclusivamente a los esposos Curie, quienes encontraron otras sustancias radiactivas Salesianos Triana – 2º Bachillerato

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como el torio, polonio y radio. La intensidad de la radiación emitida era proporcional a la cantidad de uranio presente, por lo que dedujo Marie Curie que la radiactividad era una propiedad atómica. Marie y Pierre Curie al proseguir los estudios encontraron fuentes de radiación natural bastante más poderosas que el Uranio original, entre estos el Polonio y el Radio. La radiactividad del elemento no dependía de la naturaleza física o química de los átomos que lo componen, sino que era una propiedad radicada en el interior mismo del átomo, en el núcleo. Hoy en día se conocen más de 40 elementos radiactivos naturales, que corresponden a los elementos más pesados. Por arriba del número atómico 83, todos los núcleos. El fenómeno de la radiactividad se origina exclusivamente en el núcleo de los átomos radiactivos y la causa que lo origina se cree que es debida a la interacción neutrón-protón del mismo. Al estudiar la radiación emitida por el radio se comprobó que era compleja, pues al aplicarle un campo magnético parte de ella se desviaba de su trayectoria y otra parte no. Sabemos que la radiación emitida por una desintegración puede ser de tres tipos: alfa, beta y gamma; además también hay que considerar hoy la emisión de neutrones:

• La radiación alfa (α) α) : está formada por núcleos del isótopo 4 de helio, es decir está constituida por una radiación corpuscular, en la que cada corpúsculo está formado por dos protones y dos neutrones. Ello significa que tiene una masa atómica de 4 unidades y una carga eléctrica de 2 unidades positivas. Estos protones y neutrones formaban antes parte del núcleo que se ha desintegrado. En ocasiones se representa la partícula alfa de la siguiente manera: α = 24He La reacción nuclear que la representa es: A Z

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X→

A− 4

Y + He

Z −2

4

2

2

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Es poco penetrante, en comparación con la radiación β, ya que la interacción coulombiana (por las cargas) con la corteza electrónica de los átomos de la materia es fuerte. Se da normalmente en núcleos muy pesados (A ≈ 200), como por ejemplo son el caso de: 235U → 231Th + 4He ; 226U → 222Rn + 4He ; 210Po → 206Pb + 4He ; aunque algunos núcleos menos pesados también la tienen, como el 8C, 5Li,…

• La radiación beta (β) : está constituida por electrones, lo que significa que es también de naturaleza corpuscular, en la que cada corpúsculo tiene una masa atómica de 1/1800 aproximadamente, y una carga de 1 unidad negativa, por ello se le llama desintegración β-. Son electrones resultantes de la desintegración de los neutrones del núcleo teniendo en cuenta la interacción nuclear débil:

Neutrón → protón + electrón + antineutrino 1 0

n → p + e +ν 1

0

1

−1

La ecuación que la representa es: A Z

X → Y + e +ν A

0

Z +1

−1

Un neutrón del núcleo se desintegra, convirtiéndose en un protón (que se queda en el núcleo) y en un electrón que se emite fuera del núcleo. Es un mecanismo típico de núcleos con un exceso de neutrones (N >>Z). En 1931, Pauli afirmó que en el proceso de desintegración β faltaba una partícula de masa en reposo nula y sin carga, a la que llamó antineutrino ν . Toda partícula tiene su antipartícula, la antipartícula del antineutrino es el neutrino (ν ). El antineutrino y el neutrino son difíciles de detectar por no tener ni masa ni carga, aunque en la actualidad se realiza de un modo rutinario. El flujo de neutrinos procedentes del Sol atraviesa la Tierra, sin producir prácticamente ningún tipo de alteración. Debido a su carga, la radiación beta es desviada por campos eléctricos y magnéticos. Es más penetrante, aunque su poder de ionización no es tan elevado como el de la radiación α.

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Otro proceso diferente es la desintegración β+ que se descubrió posteriormente, semejante a la beta (o beta negativa) pero con carga positiva. Está formada por positrones procedentes de transformación de un protón en un neutrón. protón → neutrón + positrón + neutrino 1 1

p → n + e +ν 1

0

0

+1

+

La ecuación que la representa es: A Z

X → Y + e +ν A

0

Z −1

+1

+

Un protón del núcleo se desintegra, convirtiéndose en un neutrón (que se queda en el núcleo) y en un positrón que se emite fuera del núcleo. Es un mecanismo típico de núcleos con un exceso de protones (N