Introducción

Hoy en día es común que una consulta al médico culmine en radiografías a alguna parte de nuestro cuerpo para poder llegar a un pronto y certero diagnóstico. Puede pasar también que por A o B motivos tengamos que tomarnos una tomografía axial computarizada o TAC, donde un fino haz de rayos X incide sobre el cuerpo que se desea estudiar, el cuerpo absorbe parte de la radiación y toda la radiación que no es absorbida es recogida por unos detectores, en forma de espectro, este proceso se repite varias veces pero cambiando el ángulo de orientación, así cuando da la vuelta completa al cuerpo, se obtiene una imagen tomográfica altamente fiable. En un terreno menos cotidiano pero no por ello menos importante, podemos hablar de las radio-vacunas que son aplicadas año a año al ganado para combatir enfermedades parasitarias que afectan a la producción agropecuaria. El efecto que provoca esta vacuna en los animales es dejarlos más protegidos ante la reinfección, un factor de riesgo muy latente dentro del ámbito agrícola. Alejandonos ahora del terreno médico y acercandonos más hacia el de la investigación científica podemos observar un proceso llamado ʻactivación neutrónicaʼ usado mayormente en la arqueología y la geología, el cual sirve como método de análisis no destructivo de materiales, pero, en palabras simples, ha servido, por ejemplo, para determinar las rutas comerciales usadas en la antigüedad basadas en el análisis de los elementos encontrados en restos de cerámicas.Otra técnica basada en la radioactividad es la ʻfluorescencia de rayos Xʼ, usada para analizar las características básicas de la pintura usada en cuadros o de la tinta usada en los manuscritos y así poder determinar el periodo histórico del cual provienen. Como podemos ver, la radioactividad tiene una infinidad de usos en una gran cantidad de campos, como el médico, el militar, el industrial, etc. La radioactividad sin duda da mucho que hablar en todos los ámbitos, sus aplicaciones a la ciencia y a la vida cotidiana, las implicaciones éticas y morales con respecto a las condiciones de su uso, además, la radioactividad como fenómeno físico es algo interesantísimo de estudiar, cosa que durante las páginas siguientes trataré de hacer lo más a cabalidad posible, para poder formarme una idea completa de ¿que es la radioactividad?.

¿Qué es radioactividad?

La radioactividad es un fenómeno físico natural, y consiste en que algunos elementos químicos tienen la particularidad de emitir radiación, a su vez, esta radiación tiene ciertas características que hacen de estos elementos químicos especiales. Pero, ¿por qué en algunos elementos y no en todos?, la respuesta a esa pregunta es bastante simple, los elementos químicos radiactivos son los isótopos inestables, pero, ¿pero que significa que sean inestables?, que sean inestables significa que en sus capas, los electrones están excitados, es decir, están subiendo de nivel energético. Como dije antes los elementos químicos radioactivos tienes cualidades especiales que otros elementos simplemente no tienen, ¿cuáles?, paso a describirlas ahora.

-. Impresionar placas fotográficas -. Ionizar gases

-. Producir fluorescencia

-. Atravesar cuerpos que la luz no puede atravesar

Fluorescencia Rayos X Gas ionizado

Ya dijimos entonces que la radioactividad es la emisión que hacen los isótopos inestables cuando sus electrones suben de nivel, pero allí no termina todo, las emisiones son electromagnéticas o algunas veces, son partículas con una energía cinética determinada, pero aún no hemos dicho nada sobre ¿cómo, específicamente, se producen esas emisiones?, por ejemplo, cuando lo que varía es un electrón entonces la emisión serán rayos X, en cambio cuando varían los constituyentes del núcleo del átomo se emiten

rayos gamma o también los rayos gamma pueden ser emitidos cuando el núcleo emite electrones, positrones, neutrones, protones o partículas aún más pesadas, perdiendo peso como átomo. Un ejemplo claro de esto sería el Uranio, que con el transcurrir del tiempo se trasforma en plomo. Cuando un núcleo emite radiación se dice que este decayó o tuvo un decaimiento radiactivo. Luego del decaimiento el núcleo es diferente al núcleo inicial, es decir, el núcleo previo al decaimiento.

Pero no toda la radiación es del mismo tipo y se ha llegado a comprobar que existen tres tipos de radiación, la Alfa, Beta y Gamma.

Clases de radiación

-.Radiación Alfa: Este tipo de radiación corresponde a partículas positivas compuestas por dos neutrones y dos protones, son muy poco penetrantes pero si poseen grandes cantidades de energía, por lo tanto son muy ionizantes.

-. Radiación Beta: La radiación Beta se divide en dos subtipos, la Beta negativas y las Beta positivas. La radiación Beta negativa está constituida por flujos de electrones y la radiación Beta positiva está formada por flujos de positrones, en cualquiera de los dos casos, la radiación Beta se produce debido a la desintegración de los protones o neutrones de un núcleo cuando este se encuentra en estado de excitación. La radiación Beta es bastante más penetrante que la radiación Alfa, pero posee un menor poder de ionización.

-.Radiación Gamma: Son ondas electromagnéticas, esto hace que sean el tipo de radiación más penetrante, al tener una corta longitud de onda son muy difíciles de detener y solo pueden ser retenidas con capas muy gruesas de plomo u hormigón.

Semidesintegración radioactiva

La semidestintegración radioactiva es el tiempo que transcurre hasta que la cantidad de núcleos radioactivos de un isótopo se reduce hasta la mitad. A este proceso también se le llama Vida media o semivida. Así, al final de cada periodo la radioactividad de un isótopo se reduce a la mitad. Cada periodo de un isótopo está definido por la siguiente expresión matemática.

Donde t1 / 2 es el periodo de semidesintegración y λ es la constante de desintegración, cosa que para cada radioisótopo es diferente.

Aquí podemos observar un ejemplo de los periodos de semidesintegración y ver como cada un periodo se reducen a la mitad los núcleos radioactivos.

Decaimiento Alfa

La desintegración o decaimiento alfa se provoca cuando un núcleo atómico emite partículas alfa, perdiendo 4 unidades en su número másico y 2 en su número atómico, por que, como dijimos antes, las partículas alfa están formadas por dos protones y dos neutrones. La desintegración alfa se produce sólo en los átomos más pesados, así el Te con 106 de número másico es el elemento químico más liviano en experimentar el decaimiento Alfa. Pero como todo en este universo, presenta excepciones y por muy raro que parezca el Berilio que tiene 8 por número másico, se desintegra en dos partículas Alfa y este proceso es de suma importancia para la formación de Carbono 12 al interior de las estrellas.

Decaimiento Beta

Como decíamos anteriormente la radiación Beta son flujos de partículas ya sean positivas (positrones) o negativas (electrones), y se provoca cuando un átomo está desequilibrado y necesita nivelar la relación neutrones/protones. Al realizarse una emisión Beta lo que varía es el número de protones o de neutrones, pero la suma de ellos, es decir, el número másico sigue intacto. Pero el decaimiento Beta y los procesos que ocurren en él son bastante más complejos que en el caso del decaimiento Alfa, y ahora trataré de explicarlos con detalle y precisión, al menos dentro de lo que mi conocimiento me permita. En palabras simples la desintegración Beta lo que hace es transformar un neutrón en un protón ( en el caso de la desintegración Beta negativa) o un protón en un neutrón ( en el caso de la desintegración Beta positiva) ʻcreandoʼ así un par leptón-antileptón, y aquí me asalta la primera pregunta, ¡¿Qué es un leptón?!, averiguando por aquí y por allá, resulta que un leptón es una partícula elemental así como lo son los quarks, con spín -1/2 y no es afectada por la fuerza nuclear fuerte. Existen 3 leptones y sus respectivas antipartículas, los leptones tienen carga eléctrica mientras que los anti-leptones o neutrinos no poseen carga eléctrica.

Emisión de un positrón El positrón es una pequeña partícula que tiene la misma masa que un electrón y la misma carga, pero sólo que en sentido contrario, es decir, el positrón es la antipartícula del electrón.Recordemos que cuando se emite radiación Beta positiva es porque un protón acaba de decaer en un neutrón para poder equilibrar el núcleo ( la emisión de positrones son el resultado de esa transformación).

Emisión de un electrón

A la inversa del decaimiento Beta positivo, aquí es un neutrón que decae en un protón y producto de esto se emite un neutrino.

Decaimiento Gamma

Este decaimiento ocurre cuando el núcleo emite su exceso de energía en forma de un fotón gamma. Un fotón gamma es un ʻquantoʼ de energía lumínica que viaja con la velocidad de la luz y carece de masa.El núcleo al emitir energía hacia el exterior pierde energía en su interior, lógicamente, por lo tanto pasa de un estado de mayor excitación a una menor excitación

Diagrama de segré

El diagrama de Segré, también llamado carta de nucleidos, en el cual los cuadros negros representan los isótopos estables de los diferentes elementos. La región de color arenoso representan el periodo de semidesintegración de los núcleos descubiertos hasta la fecha y las lineas son los núcleos que participan en la formación de estrellas y tienen una gran relevancia en el mundo de la astronomía.

Las líneas de goteo protónica y neutrónica que se pueden apreciar en el gráfico representan los límites de estabilidad para los núcleos.

Este es un ejemplo de el diagrama de Segré en la región de emisores de protones, Z=51 a 83.

Radioactividad natural

La radioactividad natural es aquella que, como su nombre lo indica, existe en la naturaleza de forma nativa, no está ahí a causa de la intervención humana.La persona que por primera vez habló de radioactividad natural fue Henri Becquerel en 1896.La radioactividad que se encuentran en la naturaleza puede provenir de dos fuentes.La primera serían los materiales radiactivos existentes en la tierra desde sus comienzos, a estos se les llama premigenios.La segunda fuente está conformada por materiales que en un principio no eran radioactivos pero a causa de la interacción con los rayos cósmicos altamente radiactivos, entonces se hicieron radiactivos, a estos se les llama cosmogenios.El radón, el gas que proviene del Uranio que se encuentra de forma natural en nuestro planeta posee radioactividad, los rayos de sol son rayos Gamma, hasta la comida que comemos posee radioactividad, los mariscos por ejemplo, son el alimento que más radiación natural concentra. Además nuestro cuerpo mismo tiene radiación, al generar Potasio 40, un elemento químico radioactivo; aproximadamente 15 millones de átomos de Potasio 40 se desintegran en nuestro cuerpo cada hora, claro que la cantidad de radiación que recibimos de esos procesos es mínima.

En esta imagen se muestra la cantidad de radiación que recibe una parsona y las diferentes fuentes de las cuales provienen, ya sean artificiales, como la de usos médicos, como la de fuentes naturales como la de los rayos cósmicos.

Conservación del número de nucleones

Esta ley se refiera a la conservación de la masa de un átomo luego de haber realizado proceso reactivos en su núcleo. Esto quiere decir que la suma de los número atómicos y la suma de los números másicos se mantiene constante y a este principio apuntan las leyes de conservación de las reacciones radiactivas, pero, ¿qué es lo que dicen específicamente esas leyes?

-.Leyes de conservación de las reacciones radiactivas

-.E número de nucleones es constante -.La carga eléctrica es constante

-.Leyes de reacciones radiactivas de Soddy y Fajans:

-.Cuando un átomo radiactivo emite una partícula alfa, la masa del átomo resultante disminuye 4 unidades y el número atómico disminuye en dos.

-.Cuando un átomo radiactivo emite una partícula Beta el número atómico aumenta o disminuye una unidad y el número másico se mantiene constante.

-. Cuando un núcleo excitado emite una radiación gamma no varía ni la masa atómica ni el número atómico, sólo se pierde una cantidad de energía que está determinada por E=hV, donde h es la constante de Plank y V es la frecuencia electromagnética.

Radioactividad

Nombre: Mario Flores HerreraProfesor: Héctor EscuderoFecha: 09/08/10Asignatura: Física ElectivoTrabajo: Radioactividad.

Bibliografía

-. http://www.sprawls.org/ppmi2/RADIOTRANS/#ALPHA EMISSION

-. http://al-quimicos.blogspot.com/2009/05/tipos-de-radiacion-y-decaimiento_07.html

-. http://astroverada.com/_/Graphics

-.http://www.quimica.urv.es/~w3siiq/DALUMNES/01/siiq38/aplicaciones.htm

-.http://www.ipitimes.com/radioactividad.htm

-.http://es.wikipedia.org/wiki/Tomografía_axial_computarizada

-. http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Nuclear_physics#Gamma_decay

-. http://es.wikipedia.org/wiki/Radiactividad#Periodo_de_semidesintegraci.C3.B3n_radiactiva

-. http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/099/htm/sec_7.htm

-. Manual de Física moderna- Átomos y partículas de Prof. Javier Pastor.

-. Estructura nuclear: A la búsqueda de los límites- Mª José Borge y Alfredo Poves

Conclusión

El largo viaje a través de cientos de palabras para llegar a esta instancia, la de sacar al limpio lo aprendido durante el trabajo.Como dije antes y lo repito ahora con mucha más autoridad, la radiactividad está al servicio de la vida, en todos los aspectos, y creo que hay pocos descubrimientos que abarquen tantas áreas como lo hace la radiactividad, descubrimiento que no pudo ser posible sin las notables contribuciones de personas como Becquerel o el matrimonio Curie.Pero que pasa con la poca objetividad que se tiene con respecto a la radioactividad y sus efectos, ¿ porqué las personas alaban a la radiografía que provocó la pronta recuperación de un paciente y aborrecen la instalación de una planta nuclear a las afueras de la ciudad?, será esto debido a la poca información que se tiene al respecto o será que la palabra ʻnuclearʼ lleva consigo una connotación escalofriante y trémula, en cambio la palabra radiografía es trivial y cotidiana. En lo personal el haberme informado de sobra con respecto a este tema me da otra perspectiva de la radioactividad, conozco sus usos, sus riesgos, sus beneficios. Por otra parte el haber tenido que redactar y comprender los conceptos que este fenómeno físico implica me hacen entender muchas cosas que antes ignoraba, por lo tanto tener una visión más cabal del universo que me rodea.