Fenómenos de la Radiactividad: Tipos, Aplicaciones y Detección

Fenómenos de la Radiactividad

Introducción a la Radiactividad

La radiactividad es un fenómeno profundo que experimenta la materia, donde los cambios ocurren a nivel nuclear, a diferencia de los cambios físicos que son externos y los químicos que involucran la reorganización de átomos.

La radiactividad se genera debido a la inestabilidad en el núcleo de algunos átomos, que poseen un exceso de energía. Esta energía se libera en forma de energía ionizante, a través de procesos como la fisión nuclear.

Descubrimiento e Investigación de la Radiactividad

Bequerel: Descubrió la radiactividad de forma accidental en 1896, mientras estudiaba un mineral de uranio.

Mme. Curie: Doctora polaca en química y física, aisló el polonio y el radio en 1898, y denominó a este fenómeno como "radiactividad".

Henry y Moseley: Demostraron la regularidad existente entre los valores de las longitudes de onda de rayos X. Bombardeando con partículas beta diferentes elementos, Moseley logró determinar el número atómico de cada uno y se dio cuenta de que los elementos en su núcleo tenían diferente masa.

Conceptos Fundamentales en Radiactividad

Isótopo: Átomos del mismo elemento con diferente cantidad de neutrones.

Isóbaro: Átomos de diferentes elementos con igual número de masa (A).

Isótono: Átomos de diferentes elementos con igual cantidad de neutrones.

Masa atómica relativa: Se calcula mediante la siguiente fórmula: [(masa nuclídica₁) x (abundancia₁) + (masa nuclídica₂) x (abundancia₂)] / 100

Fisión: Un elemento pesado da origen a dos elementos más ligeros.

Fusión: Dos elementos ligeros se combinan para formar uno más pesado (generalmente con helio o hidrógeno).

Radiactividad Natural: Se presenta en elementos con número atómico (Z) mayor que 82.

Radiactividad Artificial: Se induce en elementos con Z menor que 82.

Emisión: Se produce cuando una de las partículas en la ecuación nuclear está al lado derecho.

Absorción o Bombardeo: Ocurre cuando una de las partículas está al lado izquierdo de la ecuación nuclear.

Tipos de Radiación

• ⁰Gama₀ (fotón): Ondas electromagnéticas.
• Alfa: Bajo poder de penetración.
• Beta: Medio poder de penetración, se puede detener con una lámina de zinc o una capa delgada de cemento.
• Gamma: Alto poder de penetración, se detiene con bloques de plomo o muros de hormigón.

Reacciones Nucleares vs. Reacciones Químicas

Reacción Nuclear: Los elementos pueden transformarse uno en otro, participan partículas del interior del núcleo, se liberan o absorben cantidades considerables de energía, la velocidad de reacción no depende de factores externos.

Reacción Química Ordinaria: No se producen elementos nuevos, generalmente participan solo los electrones más externos, se liberan o absorben cantidades relativamente pequeñas de energía, la velocidad de reacción depende de factores como concentración, temperatura, catalizador y presión.

Fuentes de Radiación

Radiación Natural: Procede de la materia existente en el universo, puede ser visible (luz) o invisible (rayos UV), y también de radiaciones del espacio cósmico, que son gigantescas reacciones nucleares. Radiación cósmica (12%), Radón (40%), Radiación interna (15%), Radiación gamma (15%), tratamientos médicos (17%), otros (1%).

Radiación Artificial: Proviene de fuentes creadas por el hombre, como la generada en centrales nucleares. El 75% de la radiación a la que estamos expuestos proviene de elementos naturales de la Tierra.

Detección de la Radiación

Existen diversos métodos para detectar la radiación:

• Métodos fotográficos (cámaras fotográficas)
• Fluorescencia (rayos X)
• Cámaras de niebla (permiten visualizar la trayectoria de la radiación ionizante)
• Contadores de ionización de gases

La radiactividad afecta a las personas dependiendo de la dosis recibida, y se puede prevenir alejándose de las fuentes, interponiendo obstáculos y reduciendo el tiempo de exposición.

Aplicaciones de la Radiactividad

La radiactividad tiene diversas aplicaciones en:

• Control de plagas
• Mutaciones
• Conservación de alimentos
• Hidrología (medición de corrientes de agua, lluvias, nieve, etc.)
• Medicina (vacunas, medicina nuclear, radioinmunoanálisis, radiofármacos)
• Medio ambiente
• Industria e investigación (trazadores, instrumentación, imágenes, datación)

Clasificación de los Reactores Nucleares

Reactores veloces: Los neutrones liberados conservan una alta energía cinética.

Reactores intermedios: El moderador reduce la energía de los neutrones.

Reactores heterogéneos: El moderador está interpuesto de forma discontinua en la masa del combustible.

Reactores homogéneos: El moderador está mezclado de forma homogénea con el combustible.

Reactores de potencia: Se clasifican según la actividad de los residuos que generan (alta, media y baja).

Prueba y Vida Media de Elementos

El hombre ha creado aproximadamente 1600 radioisótopos, la mayoría de los cuales se producen por exposición de isótopos no radiactivos a la radiación de neutrones en reactores nucleares.

Con respecto al cinturón de estabilidad:

• Los isótopos estables tienen una relación neutrón/protón (n/p) que cae dentro del cinturón de estabilidad.
• Para isótopos hasta Z=20, la relación es n/p = 1.0.
• Del Z=21 al Z=83, la relación n/p varía de 1.1 a 1.5 para los isótopos estables.

La constante de desintegración específica para el ¹⁴C es 1.24 x 10^-4 años^-1.

El núclido con mayor velocidad de desintegración es el ¹⁴C.

Para datar fósiles de hasta 1,000,000 años de antigüedad se utiliza el radioisótopo ¹⁴C.

Si un fósil inicialmente contenía 1 g de ¹⁴C y en la actualidad le queda 0.22 g, la antigüedad del fósil es de 12,016 años.

Vida Media de Algunos Elementos

• ¹³⁷Cs: 30 años (destrucción de tumores)
• ⁶⁰Co: 5.3 años (destrucción de tumores en las mamas)
• ¹⁹⁸Au: 2.7 días (destrucción de tumores en el abdomen, diagnóstico de cáncer de hígado)
• ³²P: 14 días (tratamiento de leucemia)
• ¹³¹I: 8.1 días (diagnóstico de la tiroides y cerebro)
• ²⁴Na: 15 días (diagnóstico de enfermedades vasculares)
• ⁵⁹Fe: 46 días (diagnóstico del metabolismo del hierro)
• ⁹⁹Tc: 6.1 horas (diagnóstico del corazón, cerebro y huesos)
• ⁴²K: 12 horas (diagnóstico de tumores cerebrales)
• ¹³³Xe: 5.3 horas (diagnóstico del flujo sanguíneo en arterias coronarias y renales)
• ¹¹³In: 1.7 horas (diagnóstico del hígado, columna y corazón)