Radiactividad natural

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