Fundamentos de la Estabilidad Nuclear y Radiactividad

El átomo: El núcleo

El origen de la radiactividad es la inestabilidad de un núcleo. Para que un núcleo sea estable, deben existir dos fuerzas, una atractiva y otra repulsiva, que se compensen:

• Fuerzas repulsivas: Debidas a las interacciones eléctricas entre protones.
• Fuerzas atractivas: Debidas a las interacciones entre nucleones (protón-protón, neutrón-neutrón).

Estabilidad nuclear según el número de nucleones

• Núcleos ligeros: (números atómicos y másicos bajos) el núcleo es estable si la relación N/Z = 1.
• Núcleos pesados: el núcleo es estable si la relación N/Z > 1.

Por tanto, una de las causas de inestabilidad de un núcleo es una proporción no adecuada de protones y neutrones, o bien que el núcleo no se encuentre en su estado fundamental.

Emisiones radiactivas

Un núcleo inestable emite partículas alfa, beta y/o radiación electromagnética gamma para alcanzar la estabilidad:

• El conjunto de partículas beta emitidas constituye la radiactividad beta.
• El conjunto de partículas alfa emitidas constituye la radiactividad alfa.
• El conjunto de fotones emitidos constituye la radiación gamma.

Magnitudes fundamentales

Actividad (A)

Es el número de transformaciones nucleares por unidad de tiempo.

• Unidades: SI = 1/s = Becquerel (Bq); Unidad especial = Curie (Ci).
• Fórmula: A = (N° de transformaciones) / tiempo
• Fórmula: A = λ × N (donde λ es la constante de desintegración y N el número de átomos).
• Actividad inicial: A_t = A₀ · e^{-(λ × t)}

Vida media (τ)

Representa el promedio de vida de un núcleo atómico de una sustancia o muestra radiactiva. Es el tiempo estadístico que un núcleo radiactivo puede permanecer sin transformarse.

• Fórmula: τ = 1 / λ (en unidades de tiempo).

Periodo de semidesintegración (T_1/2)

Tiempo que ha de transcurrir para que la actividad de la muestra decaiga a la mitad.

• Fórmula: T_1/2 = ln(2) / λ
• Cálculo de actividad tras N semiperiodos: A = A₀ / 2^N
• Cálculo de núcleos inestables tras N semiperiodos: N = N₀ / 2^N
• Relación constante: λ = ln(2) / T_1/2

Tipos de radiactividad

• Radiactividad natural: Tal y como aparece en la naturaleza el elemento.
• Radiactividad artificial: Cuando se alcanza la inestabilidad mediante el bombardeo de partículas.