Fundamentos de la Desintegración Nuclear: Leyes de Soddy y Fajans y Series Radiactivas

Procesos Radiactivos y Series de Desintegración

Cuando un núcleo emite radiación $\alpha$ o radiación $\beta$, se transforma en un núcleo de otro elemento químico diferente. Decimos que el núcleo se ha transmutado o desintegrado.

Leyes de los Desplazamientos Radiactivos: Leyes de Soddy y Fajans

Primera Ley: Desintegración Alfa ($\alpha$)

“Cuando un núcleo emite una partícula $\alpha$ ($^4_2\text{He}$), se transforma en otro núcleo diferente cuyo número másico es cuatro unidades menor y cuyo número atómico es dos unidades menor que el núcleo de partida”.

Fórmula de la desintegración $\alpha$:

$$^A_Z\text{X} \rightarrow ^{A-4}_{Z-2}\text{Y} + ^4_2\text{He}$$

El núcleo obtenido tras una desintegración $\alpha$ corresponde a un elemento químico que está desplazado, en el Sistema Periódico, dos lugares a la izquierda del núcleo original.

Segunda Ley: Desintegración Beta ($\beta$)

Desintegración Beta Negativa ($\beta^-$)

“Cuando un núcleo emite un electrón ($^0_{-1}\text{e}$ o partícula $\beta^-$), su número másico no varía, pero su número atómico aumenta en una unidad”.

Fórmula:

$$^A_Z\text{X} \rightarrow ^A_{Z+1}\text{Y} + ^0_{-1}\beta$$

El núcleo obtenido tras una desintegración $\beta^-$ corresponde a un elemento químico desplazado, en el Sistema Periódico, un lugar a la derecha del elemento original.

Desintegración Beta Positiva ($\beta^+$)

“Si la partícula emitida es un positrón ($^0_{+1}\text{e}$ o partícula $\beta^+$, antipartícula del electrón), su número másico no varía, pero su número atómico disminuye en una unidad”.

Fórmula:

$$^A_Z\text{X} \rightarrow ^A_{Z-1}\text{Y} + ^0_{+1}\beta$$

El núcleo obtenido tras una desintegración $\beta^+$ corresponde a un elemento químico desplazado, en el Sistema Periódico, un lugar a la izquierda del elemento original.

Emisión Gamma ($\gamma$)

La emisión se produce cuando el núcleo pasa de un estado energético excitado a otro de menor energía. En este proceso, el núcleo no se transmuta.

Fórmula:

$$^A_Z\text{X}^* \rightarrow ^A_Z\text{X} + ^0_0\gamma$$

Series Radiactivas Naturales

El matrimonio Curie detectó polonio y radio en cantidades ínfimas en el mineral de uranio. La única explicación posible es que estos elementos constituyen un eslabón intermedio en las series radiactivas naturales.

Clasificación de las Series

• Serie del Torio (4n): Comienza en el $^{232}\text{Th}$ y termina en el $^{208}\text{Pb}$. Los núclidos de esta serie cumplen la relación $A = 4n$, donde $n$ es un número entero.
• Serie del Uranio (4n + 2): Comienza en el $^{238}\text{U}$ y termina en el $^{206}\text{Pb}$. Los núclidos de esta serie cumplen la relación $A = 4n + 2$, donde $n$ es un número entero.
• Serie del Actinio (4n + 3): Comienza en el $^{235}\text{U}$ y termina en el $^{207}\text{Pb}$. Los núclidos de esta serie cumplen la relación $A = 4n + 3$, donde $n$ es un número entero.
• Serie del Neptunio (4n + 1): Comienza en el $^{241}\text{Pu}$ o $^{237}\text{Np}$ y termina en el $^{209}\text{Bi}$. Los núclidos de esta serie cumplen la relación $A = 4n + 1$, donde $n$ es un número entero.

Aplicación Geológica

La proporción de Plomo contenido en el mineral permite conocer la antigüedad de su formación.