RADIACTIVIDAD NATURAL En 1896 Becquerel descubrió en forma accidental que los cristales de sal de uranio oscurecían una placa fotográfica. Posteriormente Pierre y Marie Curie a fines de 1898 aislaron un material radiactivo denominado radio, el cual fue obtenido al purificar toneladas de pecblenda para obtener 0,1 g de radio. Existen tres tipos de radiación natural que pueden ser emitidas por una sustancia radiactiva: Decaimiento α, donde las partículas emitidas son núcleos de He. Decaimiento β, donde las partículas emitidas pueden ser electrones o positrones. Decaimiento γ, donde los rayos emitidos son fotones de gran energía .

RADIACTIVIDAD La radiactividad es la propiedad que presentan determinadas sustancias, llamadas sustancias radiactivas de emitir radiaciones capaces de penetrar cuerpos opacos, ionizar el aire, impresionar placas fotográficas y excitar la fluorescencias de ciertas sustancias. Proviene de la desintegración de núcleos ,y ha permitido descubrir la estructura interna de los átomos.

DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA Trataremos de calcular el número de núcleos N que quedan sin desintegrarse después de un tiempo t, partiendo de una cantidad inicial de núcleos N0. • La cantidad de ellos dN, que se han desintegrado en un tiempo dt, sabemos que es proporcional al número de los existentes N y al tiempo dt. • Podremos escribir entonces: • dN= -λNdt , donde N es el número de núcleos existentes, dN, número de núcleos que se desintegran de N, dt el tiempo que tardan en desintegrarse dN núcleos. Y por fin el signo negativo se debe a que el número de núcleos, siempre disminuye. • La constante λ, representa la probabilidad, por unidad de tiempo, de que un núcleo se desintegre. • La ecuación también se podrá escribir asi :dN/N=-λdt.

Al integrar la ecuación anterior se obtiene: n

∫ N0

dN = −λ dt ⇒ [ln N ]NN 0 = [− λ t ]t0 N

 N  ⇒ ln N − ln N 0 = −λ dt ⇒ ln  N0

  = −λ t  

Luego N = N 0 e −λ t

El número de núcleos se reduce exponencialmente con el tiempo.

La vida media (T1/2)de una sustancia radiactiva es el tiempo que tarda la mitad del número de núcleos radiactivos en decaer . De la ecuación anterior, haciendo N=N0 , en t=0 y como en t=T1/2, N=1/2 N0 , entonces la ecuación anterior queda como: Luego N = N 0 e − λ t , queda como : N0 = N 0 e −λ T1 / 2 2

⇒ T1 / 2 =

ln 2

λ

=

0,693

λ

La Actividad (A) es el número de emisiones de una sustancia por unidad de tiempo o llamada también velocidad de desintegración. Tiene por unidad el Becquerel (Bq), que es una desintegración por segundo. A=

dN = λN , luego A = A0 e −λ t dt

donde A0 = λ N 0

DECAIMIENTO ALFA (α) Se produce cuando un núcleo emite una partícula α, y se convierte en otro núcleo cuyo A es cuatro veces menor y cuyo Z está disminuido en dos. A A− 4 4 P → D + Z Z −2 2 He

Ejemp: 238 234 4 U → Th + 92 90 2 He

Al desintegrarse un núcleo, la partícula α y el núcleo resultante se separan portando cierta energía cinética, la energía cinética de desintegración Qα M P c 2 = ( M D + M He ) c 2 = Qα , luego Qα = ( M P − M D − M He ) c 2

Imaginemos que elegimos como padre de una posible desintegración α a un núclido de gran masa, si la ecuación anterior presenta un valor positivo para Qα, el núclido será inestable. Determinar la estabilidad α del núcleo de 226 88 Ra La reacción establecida es

226 222 4 Ra → Rn + 88 86 2 He

238 92 Mp → 226,025406 u 234 90 D → 22,017574 u 4 2 He → 4,002603

Aplicando la ecuación anterior, hallaremos Qα Qα = (5,229 x 10 −3 u )(931,5 MeV / u ) = 4,87MeV

Como Qα ≥ 0, luego el núcleo es inestable

DECAIMIENTO BETA (β) Cuando un núcleo emite una partícula β, se convierte en otro núcleo cuyo A es el mismo y cuyo Z está incrementado en una unidad. La partícula β es un electrón proveniente del interior del núcleo, en que un neutrón se desintegra en un protón, electrón y antineutrino. A A P → Z Z +1 D + β

Pueden ser indicadas dos formas de desintegración β: _ Desintegración β − → ZA P→ Z +A1 D + −10 e + ν +

_ A A 0 → Z P→ Z −1 D + +1 e + ν

Desintegración β − 0 Donde: ( ) β e representa un electrón −1 0 +1 e −

representa un positrón (β )+ y

ν representa un antineutrino.

Ejemp: 14 14 6 C→ 7 N 12 12 7 N→ 6 C

−

−

+ β + ν ( De sin tegración β − ) −

+ β + + ν ( De sin tegración β + )

La energía de desintegraciónQβ es de la forma: Q β = ( M P − M D ) c 2 (de sin tegración β − ) Q β = ( M P − M D − 2 m e ) c 2 (de sin tegración β + )

DECAIMIENTO GAMMA(γ) El núclido descendiente de una desintegración α o β a veces es creado en un estado excitado, tal que las transiciones a estados de menor energía o al estado fundamental están acompañadas por la emisión de fotones, los cuales reciben el nombre de rayos γ . A * A P → Z Z D +γ

Al emitirse radiación γ, no se produce cambio de su número atómico ni de su número másico. Ejemp: 12

B

β− 12

C *Ei

β− 12

γ C Ef

13,4 MeV 4,4 MeV

FISIÓN NUCLEAR Es una reacción nuclear en donde un núcleo, pesado se divide en otros dos mas ligeros al ser bombardeado con neutrones. En el proceso se liberan mas neutrones y una gran cantidad de energía

235 92 U

92 1 + 01 n → 141 Ba + Kr + 3 56 36 0n

La reacciones de fusión, producen neutrones que a su vez colisionarían con nuevos núcleos de Uranio y continuaría el proceso de fisión. A esto lo llamamos reacción en cadena que puede controlarse o no: En el caso de que seamos capaces de absorber el exceso de electrones, controlamos la reacción a nuestra voluntad, estamos ante un generador de energía nuclear controlada, es un Reactor nuclear , el papel de capturar el exceso de neutrones lo realizan unas barras de cadmio, el Controlador del reactor. Nota: con 1 kg. De Uranio, tenemos el mismo rendimiento energético que con 200 Tm. de Petróleo Si la reacción en cadena, no esta controlada, el exceso de neutrones reacciona con nuevos núcleos de Uranio de forma instantánea y explosiva lo que produce como resultado una bomba atómica.

FUSIÓN NUCLEAR La unión de dos núcleos ligeros para formar otro mas pesado, se llama Fusión Nuclear. Para conseguirla lo que hemos de dotar de energía cinética suficiente para vencer repulsiones y acercarlos a distancias donde puedan actuar las fuerzas nucleares de corto alcance.

2 1H

+ 13 H → 24 He + 10 n + 14 , 6 MeV

Sinceramente, muchas gracias