Decaimiento Radiactivo (Energía)

Radiactividad

Los núcleos de elementos inestables decaen para tener mayor estabilidad, es decir, emiten partículas electromagnéticas de alta energía, proceso llamado "decaimiento radioactivo".

En 1895 físico alemán Wilhelm Roentgen (1845-1923) descubrió los rayos X al experimentar con tubos de rayos catodicos.

 Wilhelm Roentgen

Este investigador observo que al poseer tanta energía  las partes blandas del cuerpo eran prácticamente transparente a la radiación  por lo cual inmediatamente se aplico en la medicina, la radiografía  muy común en los exámenes de algunos pacientes en hospitales y clínicas. 

Aquellos descubrimientos estimulo a otros científicos investigar el tema.

Un año mas tarde, el francés Henri Becquerel (1852-1908) descubrió casualmente la radiactividad del uranio, al guardar sal de uranio en un cajón junto a las placas fotográficas.  Dos años mas tardes, la pareja de científicos Pierre Curie y Marja Sklodowska descubrieron que el torio era el único elemento que tenia una radiactividad similar al uranio, también descubrieron que algunos minerales eran mas radiactivos que el uranio puro, como la pechblenda, el polonio y el radio. Ellos demostraron que la radiactividad era una propiedad natural de algunos tipo de átomos.
 Pierre Curie y Marja Sklodowska

Características de la desintegración radiactivo

Algunas características del decaimiento radioactivo son:

• No es continuo , sino que se realiza en sucesivas emisiones.
• Es aleatorio (no es posible predecir cual núcleo se desintegra en un instante)
• Es posible determinar  el numero de átomos que decaerán en un intervalo de tiempo, con gran precisión.
• La velocidad de desintegración decrece a medida que los núcleos radioactivos se van desintegrando.

Energía en los decaimientos nucleares

En todos los procesos de decaimiento radiactivo, estarán presentes balances de energía  de manera parecida a como la masa se conserva en una mezcla química  A nivel atómico  la energía total que hay antes de una emisión debe ser de igual a la que hay después de la emisión.

El físico Albert Einstein (1879-1955) en su teoría de la relatividad concluyo que solo un gramo de materia contiene 90 millones de megajoukes de energía  Y ya que sabemos que  casi toda la masa de los átomos se encuentra en el núcleo, es allí donde se concentra la mayor parte de la energía.

Tipos de emisiones

Alfa - Gamma - Beta

Los núcleos inestables tienden  a estabilizarse espontáneamente emitiendo partículas  onda electromagnéticas  o ambas , transformándose en otros núcleos.

Las partículas emitidas pueden ser: 

• Partículas Alfa: se simboliza mediante la letra griega α ; cada partícula alfa esta formada por dos protones  y  dos neutrones.

Emisión  de una partícula Alfa

• Partículas beta: Se representa con la letra griega β ;  cada partícula beta es un electrón

Emisión de una partícula beta

En el núcleo no hay electrones, ¿Como es posible que un electrón escape del núcleo atómico?

Lo que ocurre es que , en el núcleo, un neutron se transforma en un proton y un electrón que luego es emitido fuera del átomo.

• Radiación Gamma: Se simboliza con la letra griega γ. Es un tipo de radiación electromagnética , y por tanto formada por fotones.

Radiación Gamma

.

Tamaño del Atomo

Distancias al interior del átomo

Comparativamente es muy grande la distancia entre el núcleo del átomo y la ubicación del electrón. Por ejemplo, si el núcleo del átomo fuera una naranja (8 cm), entonces el radio seria 4 cm, la distancia entre el electrón y en núcleo seria de 4 kilómetros, lo que muestra que al interior de la materia existe mucho espacio. 

Características del núcleo

Debido a que el tamaño del átomo los científicos tardaron en describir cualidades del núcleo. 

• Parte central del átomo
• James Chadwick (1891-1974) determino experimentalmente que estaba formado por dos partículas, que llamo protones y neutrones, el proton con carga eléctrica positiva, de la misma magnitud que la del electrón  y el neutron con carga eléctrica nula.
• Mas pequeño que el tamaño típico de un átomo

Subparticulas Atómicas

Los científicos para poder obtener información acerca de los átomos  los bombardearon, como lo hizo Rutherford. Como resultados descubrieron partículas como Electrones, Protones y neutrones.

Los nuevos instrumentos como los aceleradores de partículas, lograron fragmentar partículas, apareciendo nuevas partículas. Se descubrió así que los nucleones (protones y neutrones) no eran partículas fundamentales.

Acelerador de partículas

A partir de 1945, se realizaron experimentos, obteniendo un gran numero de partículas que se empezaron a clasificar según su comportamiento. El modelo estándar es la síntesis del conocimiento sobre la interacción entre aquellas partículas.

En 1963, los físicos Murray Gell-Man y George Zmeig plantearon de manera independiente que los comportamientos observados se podían explicar con la existencia de partículas mas pequeñas, que Gell-Man llamo Cuarks.

La imagen muestra la trayectoria de partículas subatomicas al interior de una cámara de burbujas, luego de una colisión. Mucha veces se realizan bajo la influencia de un campo magnético intenso para determinar si tienen propiedades eléctricas

Función de los neutrones

Como muchas partículas, el neutron tuvo un origen teórico  ya que fue propuesto en el año 1920 por Ernest Rutherford para explicar la estabilidad del átomo. Su función seria mantener unido al núcleo atómico  evitando que se desintegrara por repulsión eléctrica. En el año 1932, el ingles Chadwick encontró neutrones experimentales.

           

           Ernest Rutherford                               James Chadwick     

En la actualidad, se sabe que los neutrones están constituidos por dos cuarks down y un cuark up, siendo la suma de sus cargas eléctricas cero. También se ha determinado experimentalmente que fuera del núcleo son partículas inestables, teniendo una vida media de 15 minutos, después de los cuales emite un electrón  un antineutrino y se convierte en un protón.

Los neutrones interactuan fuertemente con los protones venciendo la repulsión eléctrica de aquellos. Esta fuerza es una de las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza.