Fundamentos de la Radiactividad y Transformaciones Nucleares

Conceptos Clave en Radiactividad y Decaimiento Nuclear

El decaimiento radiactivo del uranio genera radiación. De esta, la que corresponde a electrones son los rayos beta. Para una protección efectiva contra la radiación beta, se recomienda cubrirse con una pieza recubierta de metal. Los rayos alfa equivalen a núcleos de Helio.

Estabilidad Nuclear e Isótopos

• Los isótopos que se encuentran por encima del cinturón de estabilidad suelen provocar la emisión de partículas beta (β⁻).
• En un isótopo que se encuentra por debajo del cinturón de estabilidad, puede ocurrir la emisión de positrones (β⁺) o la captura electrónica (absorción de partículas beta).
• Si un positrón choca con un electrón, se produce el fenómeno de aniquilación y radiación gamma.
• El poder ionizante es la capacidad de una radiación para ionizar átomos en un material absorbente. Es importante destacar que las partículas alfa tienen un alto poder ionizante, aunque un bajo poder de penetración.

Tiempo de Vida Media y Datación

• El tiempo de vida medio (o semivida) se puede utilizar para datar elementos fósiles y depende exclusivamente de la naturaleza nuclear del elemento.
• Un ejemplo de aplicación es el isótopo de yodo, que puede tener una vida media específica (por ejemplo, 12.5% de desintegración en un cierto período, o 12.5% restante después de un número de vidas medias).
• Si un elemento radiactivo emite radiación beta (β⁻), el número atómico del elemento aumenta en una unidad (Z → Z+1), mientras que el número de masa (A) permanece constante.

Reacciones Nucleares Específicas

• En una reacción de bombardeo, pueden participar partículas como protones y positrones.
• Un isótopo con una masa inicial de 0.98 g puede tener una vida media de 3 años (ejemplo de un problema de decaimiento).
• El isótopo de molibdeno (Mo-99, comúnmente usado en medicina) puede decaer a través de múltiples vidas medias (ej. 10 vidas medias para una desintegración casi completa).
• Una reacción nuclear correcta que representa la conversión de un protón en un neutrón es: p + β⁻ → n (captura electrónica inversa o desintegración beta inversa).
• El isótopo de Nitrógeno (N-18) cuando decae libera una partícula beta y se transforma en Oxígeno (O-18).
• En una serie de decaimiento radiactivo, las partículas emitidas pueden ser: a) electrón (beta), b) alfa, c) electrón (beta).
• El Carbono-14 (C-14) se forma por la acción de los rayos cósmicos sobre el nitrógeno atmosférico.

Fisión y Fusión Nuclear

• En la fisión nuclear es correcto afirmar que se producen reacciones en cadena y se libera una gran cantidad de energía.
• Si un material radiactivo tiene una masa crítica muy pequeña, la reacción en cadena se detiene, ya que los neutrones abandonan la muestra antes de provocar nuevas fisiones.
• Se origina un isótopo del mismo elemento si un núcleo libera un neutrón (cambia el número de masa A, pero no el número atómico Z).
• Una reacción nuclear que origina un elemento con mayor número atómico es la desintegración beta negativa (n → p + e⁻ + ν̅e), donde un neutrón se convierte en un protón, aumentando Z.
• Las siguientes reacciones son ejemplos de fusión nuclear (unión de núcleos ligeros): H + H → He + e⁺ (fusión de hidrógeno) y D + T → He + n (fusión deuterio-tritio).

Conceptos Adicionales

• En una reacción nuclear, si X e Y son isóbaros, significa que tienen el mismo número de masa (A) pero diferente número atómico (Z).
• Si una sustancia radiactiva decae emitiendo partículas alfa y beta, los productos W y C podrían ser isóbaros (dependiendo del decaimiento específico).
• En el contexto de la dosimetría o el seguimiento de un radiofármaco en un paciente, se puede observar que la actividad se reduce a un 25% de la inicial o a menos del 50% de la inicial, dependiendo del tiempo transcurrido y la vida media del isótopo.
• En una transmutación donde se emite una partícula alfa, el isótopo formado podría ser el Silicio-29 (Si-29), dependiendo del isótopo inicial.
• El tipo de radiación con mayor poder de penetración en la materia es la radiación gamma.
• Cuando un elemento radiactivo emite radiación beta (β⁻), el número atómico aumenta en una unidad (Z+1) y el número de neutrones disminuye en una unidad (N-1), manteniendo el número de masa (A) constante.
• Si una tabla muestra que un isótopo X se ha desintegrado en un 75% de su masa inicial, significa que solo queda el 25% de la masa original.

Radiactividad

Definición de Reacciones Nucleares

Las reacciones nucleares son procesos que implican la conversión de un elemento en otro diferente. Estas pueden manifestarse de diversas formas:

• Reacción nuclear con una partícula.
• Fragmentación nuclear, originando núcleos más ligeros.
• Liberación de partículas subatómicas.
• Absorción o liberación de radiación electromagnética.

Características Comparativas: Reacciones Químicas vs. Reacciones Nucleares

Reacciones Químicas

• Los átomos se reordenan mediante la ruptura y formación de enlaces químicos.
• En la ruptura y formación de los enlaces, solo participan los electrones de valencia.
• Estas reacciones van acompañadas por la absorción o liberación de cantidades relativamente pequeñas de energía.
• La temperatura, presión, concentración de los reactantes y la presencia de catalizadores son factores que determinan la velocidad de una reacción.

Reacciones Nucleares

• Los elementos o isótopos de un elemento se transforman en otro elemento al cambiar la constitución del núcleo atómico.
• En estas reacciones pueden participar protones, neutrones, electrones y otras partículas elementales.
• Las reacciones nucleares van acompañadas por la absorción o liberación de mucha energía (cantidades significativamente mayores que en las reacciones químicas).
• Las velocidades de reacción no se ven afectadas por la temperatura, presión o concentración externa.