Desintegración radiactiva: tipos (alfa, beta, gamma), conceptos clave y reacciones nucleares

Tipos de Desintegración Radiactiva

1. Emisión Alfa (α)

Las partículas alfa (α) son núcleos de Helio-4 (⁴He), compuestos por dos protones y dos neutrones. Esta emisión es característica de núcleos masivos, con número atómico (Z) mayor a 82, donde el número de neutrones es significativamente mayor que el de protones. Esta es la primera ley de Soddy.

• El núcleo pierde 2 protones y 2 neutrones.
• Su número atómico (Z) disminuye en 2 unidades.
• Su número másico (A) disminuye en 4 unidades.

2. Emisión Beta (β)

Las partículas beta (β) son electrones (e^-). Aunque el núcleo no contiene electrones, se postula un proceso en dos pasos:

1. Desintegración de un neutrón en un protón y un electrón.
2. Emisión del electrón, mientras que el protón permanece en el núcleo.

Esta emisión ocurre en núcleos con exceso de neutrones. Esta es la segunda ley de Soddy.

• El número másico (A) permanece constante.
• El número atómico (Z) aumenta en 1 unidad.

El mecanismo de la desintegración beta implica la descomposición de un neutrón en un protón, un electrón y un antineutrino electrónico:

n → p + e^- + ν̄_e

La conversión de un neutrón en un protón explica la desintegración radiactiva de tipo beta.

3. Emisión Gamma (γ)

La radiación gamma (γ) es radiación electromagnética, compuesta por fotones de alta energía. Permite que un núcleo en estado excitado transite a un estado de menor energía o al estado fundamental. La emisión gamma generalmente acompaña a otros tipos de desintegración radiactiva para liberar el exceso de energía. Los fotones no tienen carga ni masa en reposo; por lo tanto, la emisión gamma no altera el número atómico ni el número másico del elemento.

Conceptos Clave en la Radiactividad

• Actividad de una sustancia radiactiva: Número de partículas emitidas por unidad de tiempo, o número de desintegraciones por unidad de tiempo.
• Periodo de semidesintegración (T_1/2) o semivida: Tiempo necesario para que la mitad de los núcleos iniciales de una muestra se desintegren.

Conservación: En todos los procesos de desintegración nuclear, se conservan el número de protones, electrones, nucleones, el número atómico y el número másico.

Familias Radiactivas

Cuando un núcleo radiactivo emite partículas, se transforma en otro núcleo. Si este nuevo núcleo también es radiactivo, continúa desintegrándose, y así sucesivamente, formando una familia radiactiva. Existen varias familias radiactivas, y todas culminan en un elemento estable.

Reacciones Nucleares

Fisión Nuclear

La fisión nuclear es la división de un núcleo pesado en dos núcleos más ligeros. Estos núcleos resultantes son más estables, poseen mayores energías de enlace, y el proceso libera energía. Aunque los núcleos no se dividen espontáneamente con facilidad, la fisión puede inducirse bombardeándolos con neutrones.

En la fisión del uranio-235, se liberan varios neutrones que pueden inducir la fisión de otros núcleos, generando una reacción en cadena que libera una gran cantidad de energía.

Fusión Nuclear

La fusión nuclear es la unión de núcleos ligeros para formar núcleos más pesados. Es el proceso inverso a la fisión nuclear. Cuando dos núcleos ligeros se fusionan, se forma un núcleo más estable, con mayor energía de enlace, y se libera energía.

Para que ocurra la fusión, los núcleos deben superar las fuerzas de repulsión electrostática entre sus cargas positivas. Esto requiere que los núcleos colisionen a velocidades extremadamente altas, lo que se logra a temperaturas de millones de grados.