Daniela: Radioactividad

## **Radioactividad**

es una propiedad que tienen algunos átomos, los cuales reciben el nombre de radioactivos, y están presentes en la naturaleza, la propiedad radiactiva que presentan hacen que se transformen en otros átomos distintos, durante esta transformación emiten o desprenden energía en forma de radiación, así que este es un fenómeno natural al cual el hombre siempre ha estado expuesto. Durante este proceso el núcleo del átomo inestable pierde energía mediante la emisión de esta radiación, es decir que los núcleos inestables generan radiación y surge de manera aleatoria a nivel de átomos individuales, siendo preciso mencionar la teoría cuántica que establece que es imposible predecir en qué momento se desintegra un átomo independientemente del tiempo de su existencia

### **radiación**

es la propagación de la energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas subatómicas a través de un vacío o un medio material, cuando se habla de radiación en forma de ondas electromagnéticas, rayos UV, rayos gamma, rayos X etc. Se conoce con el nombre de radiación electromagnética, mientras que la radiación corpuscular es aquella que se transmite en forma de partículas subatómicas, como las partículas alfa, beta y neutrones, se mueven a gran velocidad transportando energía, si la energía es suficiente hay ionización en el medio que atraviesa, es decir que se producen iones ya sean de átomos o moléculas que están cargadas eléctricamente ya sea por exceso o falta de electrones.

Te invito a entender mejor con el siguiente video

### **elementos radiactivos**

en general son radiactivas las sustancias que presentan un exceso de neutrones o protones**,** esto se debe porque el número de neutrones es diferente al de protones, haciendo más difícil la fuerza nuclear por el intercambio de partículas subatómicas, y este desequilibrio se corrige mediante la liberación de protones o neutrones.

**Ejemplos de elementos radioactivos**

-      Helio

-      Carbono 14

-      Uranio 238 y plutonio

-      Radio

-      Polonio

-      Torio

-      Radón

-      Yodo 131

-      Protactinio

## **Historia de la radiactividad**

las primeras observaciones de radioactividad las realiza el físico francés Antoine Becquerel con el uso de las sales de Uranio para revelar fotografías, demostrando que este elemento emitía una radiación muy penetrante, sin embargo el termino radioactividad lo menciona Marie Curie con sus posteriores investigaciones. El matrimonio entre Marie y Pierre identifico otros elementos radioactivos como el Torio, Polonio y Radio. A finales del siglo XIX la radiactividad conduce a que la materia y la energía podría transformarse en otra cosas, los descubrimientos que  dan base a la radiactividad son los rayos X descubiertos por Rontgen en 1895, los rayos becquerel en el uranio en 1896 y el descubrimiento del polonio y el radio en 1898 por los esposos Curie. El ingeniero mecánico y físico alemán Rontgen observo que un tubo de rayos catódicos produce rayos que llamo x  y que causaban fosforescencia, siendo la fosforescencia la propiedad que tienen las sustancias para absorber energía almacenarla y después transmitirla en forma de radiación, becquerel se entera de las noticias de Rontgen y decide investigar si los cuerpos fosforescentes también emiten rayos similares, para su investigación uso sales cristalinas de Uranio ya se conocía que tenían esas propiedades, así que ubico en la parte posterior sobre una placa y una hoja las sales de Uranio y las expuso varias horas al sol, cuando se revela en la placa fotográfica una silueta de la sustancia fosforescente de color negro, concluye que esta sustancia emite radiaciones que atraviesa el papel, permitiendo proyectar imágenes, Becquerel sigue profundizando sus investigaciones pero un día no le favoreció el clima, por consiguiente no podía exponer las sales a la luz solar, así que las guardo en total oscuridad, peros se llevo una sorpresa al observar que la silueta se había revelado con gran intensidad y sin necesidad de radiación solar, de esta manera había descubierta la radiactividad sin saber que así se llamaba, sin embargo las explicaciones a los fenómenos observados eran incorrectos, no sabia como explicar el proceso, con experimentos posteriores descubre algunas propiedades de la emisión radiactiva que la diferencia de las fosforescencia.

En 1987 el matrimonio de los Curie realizan experimentos con sales de Uranio la cuales produjeron resultados, determinado que los compuestos de Uranio y Torio eran activos, además destacaron la existencia del Polonio y el Radio, ya para 1903 a estos fenómenos les llamo radiactividad al nuevo fenómeno natural.

## **Tipos de radioactividad**

Se conocen varios tipos de radiaciones ionizantes, entre ellas: la **radiación alfa (α),** la **radiación beta (β**), **la radiación gamma (γ)** y los **rayos X**. Las radiaciones alfa, beta y gamma provienen de la desintegración de los núcleos y se pueden originar de manera espontánea en la naturaleza, o ser provocadas artificialmente. Los Rayos X provienen de las transformaciones que tienen lugar en la corteza de los átomos y son de origen artificial.

##### **Radiación alfa**

Son flujos de partículas cargadas positivamente compuestas por dos neutrones y dos protones como el núcleo del elemento helio. Son desviadas por campo eléctrico y magnético. Son poco penetrantes, aunque muy ionizantes. Son muy energéticas. Fueron descubiertas por Rutherford, quien hizo pasar partículas alfa a través de un fino cristal y las atrapó en un tubo de descarga. Este tipo de radiación la emiten núcleos de elementos pesados situados al final de la tabla periódica (masa A >100). Estos núcleos tienen muchos protones y la repulsión eléctrica es muy fuerte, por lo que tienden a obtener N aproximadamente igual a Z (número atómico), y para ello se emite una partícula alfa. En el proceso se desprende mucha energía, que se convierte en la energía cinética de la partícula alfa, por lo que estas partículas salen con velocidades muy altas.

Consiste en la emisión de 2 protones y 2 neutrones forman una nueva partícula. Las **partículas alfa** (α) son núcleos completamente ionizados, es decir, sin su envoltura de electrones correspondiente, de helio-4 (4He). Estos núcleos están formados por dos protones y dos neutrones. Al carecer de electrones, su carga eléctrica es positiva (+2qe), mientras que su masa es de 4 uma.

Se generan habitualmente en reacciones nucleares o desintegración radiactiva de otros nucleído que se transmutan en elementos más ligeros mediante la emisión de dichas partículas. Su capacidad de penetración es pequeña; en la atmósfera pierden rápidamente su energía cinética, porque interaccionan fuertemente con otras moléculas debido a su gran masa y carga eléctrica, generando una cantidad considerable de iones por centímetro de longitud recorrida. En general no pueden atravesar espesores de varias hojas de papel.

##### **Radiación Beta**

Son flujos de electrones (beta negativas) o positrones (beta positivas) resultantes de la desintegración de los neutrones o protones del núcleo cuando este se encuentra en un estado excitado. Es desviada por campos magnéticos. Es más penetrante, aunque su poder de ionización no es tan elevado como el de las partículas alfa. Por lo tanto, cuando un átomo expulsa una partícula beta, su número atómico aumenta o disminuye una unidad (debido al protón ganado o perdido). Existen tres tipos de radiación beta: la *radiación beta-*, que consiste en la emisión espontánea de electrones por parte de los núcleos; la *radiación beta+*, en la que un protón del núcleo se desintegra y da lugar a un neutrón, a un positrón o partícula Beta+ y un neutrino, y por último la captura electrónica que se da en núcleos con exceso de protones, en la cual el núcleo captura un electrón de la corteza electrónica, que se unirá a un protón del núcleo para dar un neutrón.

Está formada por electrones, que aparecen como consecuencia de la desintegración de un neutrón Aparece para cualquier tipo de núcleo, pero es típica de núcleos con exceso de neutrones, es decir N>Z. Es un mecanismo usado por los núcleos para llegar a la línea de estabilidad (N aproximadamente igual Z)

La radiación Beta- consiste en la emisión espontánea de electrones por parte de los núcleos, pero en el núcleo sólo hay protones y neutrones, ¿cómo puede emitir electrones? En 1934 Fermi explicó esta radiación suponiendo que en la desintegración beta menos, un neutrón se transforma en un protón, un electrón y un antineutrino mediante la reacción:

n0 ----> p+ + e- + antineutrino

La emisión beta menos da como resultado otro núcleo distinto con un protón más, la reacción sería:

ZAX ----> Z+1AY + e-+ antineutrino

##### **Radiación gamma**

La radiación gamma es un flujo de ondas electromagnéticas de alta energía. Las radiaciones gamma suelen tener su origen en el núcleo excitado. A menudo, tras emitir una partícula alfa o beta, el núcleo tiene todavía un exceso de energía, que elimina en forma de ondas electromagnéticas de elevada frecuencia. Cuando un núcleo excitado emite esta radiación no varía ni su masa ni su número atómico, solo pierde una cantidad de energía proporcional a la frecuencia de la radiación emitida. Es una radiación de naturaleza electromagnética, capaz de ser producida por materiales radiactivos como el Tecnecio 99 ó el Cobalto 60 utilizados en Medicina Nuclear tanto en el diagnóstico como en el tratamiento (radioterapia), y el Cesio 137 que se usa sobre todo para la calibración de instrumentos de medición de radiactividad. Como todas las demás formas de radiación electromagnética, estas ondas no tienen masa ni carga, e interaccionan con la materia colisionando con las capas electrónicas de los átomos con los que se cruzan, perdiendo lentamente su energía, por lo que pueden atravesar grandes distancias. Debido a su pequeña longitud de onda, tiene un gran poder de penetración, siendo capaz de atravesar cientos de metros en el aire, el cuerpo humano y las materias de poca densidad, así como láminas de acero de hasta 10 cm de espesor y son detenidas solamente por capas grandes de hormigón, plomo (espesores de 12 mm), o agua. Frente a su alto poder de penetración, posee menor capacidad de ionización que las partículas alfa y beta.

Está compuesta por fotones, que carecen de carga y de masa y proceden del ajuste de un núcleo excitado.  Es el tipo más penetrante de radiación. Al ser ondas electromagnéticas de longitud de onda corta, tienen mayor penetración y se necesitan capas muy gruesas de plomo o seis veces más (que Pb) si fuera hormigón para detenerlas. En este tipo de radiación el núcleo no pierde su identidad, sino que se desprende de la energía que le sobra para pasar a otro estado de energía más baja emitiendo los rayos gamma, o sea fotones muy energéticos. Este tipo de emisión acompaña a las radiaciones alfa y beta. Por ser tan penetrante y tan energética, este es el tipo más peligroso de radiación.

##### **Radiación artificial**

Se produce cuando un material estable se ha hecho radiactivo por exposición a cierta radiación. Si la energía de estas partículas tiene un valor adecuado, penetran el núcleo bombardeado y forman un nuevo núcleo que, en caso de ser inestable, se desintegra después de manera radioactiva. Fue descubierta por los esposos Frédéric Joliot-Curie e Irène Joliot-Curie, bombardeando núcleos de boro y de aluminio con partículas alfa. Observaron que las sustancias bombardeadas emitían radiaciones después de retirar el cuerpo radiactivo emisor de las partículas de bombardeo. En 1934 Fermi se encontraba en un experimento bombardeando núcleos de uranio con los neutrones recién descubiertos. En 1938, en Alemania, Lise Meitner, Otto Hahn y Fritz Strassmann verificaron los experimentos de Enrico Fermi En 1939 demostraron que una parte de los productos que aparecían al llevar a cabo estos experimentos era bario. Muy pronto confirmaron que era resultado de la división de los núcleos de uranio, la primera observación experimental de la fisión en Francia. Jean Frédéric Joliot-Curie descubrió que, además del bario, se emiten neutrones secundarios en esa reacción, lo que hace factible la reacción en cadena.

Irène y Fréderic irradiaron aluminio con las partículas alfa de su fuente de polonio y observaron que producía una radiación muy penetrante y de vida larga que no se podía explicar con los conocimientos de entonces. Se la detectaba aún después de suprimir la fuente emisora de partículas alfa y su intensidad disminuía siguiendo una ley exponencial. Habían realizado uno de los descubrimientos más importantes en la ciencia: el de la radiactividad artificial.

En efecto, la radiación alfa transforma al aluminio en un isótopo del fósforo, el fósforo 30. Este isótopo radiactivo a su vez se desintegra y forma silicio

Radioactividad artificialtomado de: https://www.youtube.com/watch?v=FTQRdpxKMbM&ab\_channel=cesarCardozoDelgadillo
## **interacción de la radiación con la materia**

Las partículas alfa y otros iones pesados tienen carga positiva y carga grande. Al penetrar la materia atraen a su paso eléctricamente a los electrones cercanos, produciendo ionización de estos átomos. Pierden una pequeña fracción de su energía en cada ionización producida, frenándose gradualmente hasta llegar al reposo. Cuando su velocidad ya se ha reducido de manera sensible, atrapan electrones del material y finalmente se detienen, constituyendo átomos extraños de helio dentro del material.

Dado que su masa es mucho mayor que la de los electrones que se encuentran a su paso, su trayectoria es esencialmente recta. Sólo muy ocasionalmente chocan con un núcleo y se produce una desviación. Como son fuertemente ionizantes, pierden su energía cinética pronto, y el alcance de las partículas alfa en cualquier material es mucho menor que el de las otras radiaciones. Además, el alcance es mayor mientras mayor es la energía de la partícula. En sólidos es típicamente de unas micras. Las partículas alfa provenientes de una fuente radiactiva tienen todo el mismo alcance, en virtud de que son monoenergéticas

Los electrones energéticos (y las betas negativas) tienen carga eléctrica, y su masa es la misma que la de los electrones atómicos que se encuentran a su paso. De hecho son indistinguibles de los electrones del material. Así como las partículas alfa, van avanzando y perdiendo energía al ionizar y excitar los átomos del material, hasta frenarse totalmente, pero con la diferencia de que sus trayectorias no son líneas rectas y, por lo tanto, su alcance no está tan bien definido como en el caso de las alfas.

Esto se debe a que en choques entre partículas de la misma masa puede haber desviaciones importantes de la dirección inicial del proyectil.

El alcance de electrones de MeV de energía en sólidos es típicamente de unos milímetros, y en aire es de unas decenas de centímetros. Cuando han perdido toda su energía se detienen, constituyendo entonces una carga eléctrica extra colocada dentro del material, confundiéndose con los demás electrones. Como las betas provenientes de una fuente radiactiva no son monoenergéticas (por la energía que se lleva el neutrino), su alcance es variado.

Cuando un electrón energético se avecina a un núcleo, es desviado bruscamente por la gran carga eléctrica del núcleo. Este desvío provoca la emisión de un fotón de rayos X, cuya emisión se denomina radiación de frenamiento o *bremsstrahlung*, y es un mecanismo considerable de pérdida de energía de los electrones. El desvío es más importante entre mayor sea el número atómico Z del material frenador. Es lo que produce la radiación proveniente de un tubo generador de rayos X.

Los positrones siguen esencialmente el mismo proceso de frenado que los electrones negativos, salvo al final de su trayectoria. Siendo antimateria, no pueden existir por mucho tiempo en un mundo de materia. El proceso normal que sufren una vez que se ha frenado casi totalmente es el siguiente. En virtud de que tienen carga positiva, se asocian temporalmente a un electrón del material, formando un "átomo" llamado positronio, en el que el electrón y el positrón giran uno alrededor del otro. El positronio tiene una vida media del orden de 10-10 segundos. Luego se aniquilan las dos partículas, emitiendo radiación electromagnética (rayos gamma). Las masas del electrón y del positrón son de 0.51 MeV cada uno, así que hay 1.02 MeV disponibles al aniquilarse. Normalmente se emiten dos rayos gamma, cada uno de 0.51 MeV; ésta se llama radiación de aniquilación.

Los rayos X y gamma, al no tener carga, mo pueden ser frenados lentamente por ionización al atravesar un material. Sufren otros mecanismos que al final los hacen desaparecer, transfiriendo su energía, pueden atravesar varios centímetros de un sólido, o cientos de metros de aire, sin sufrir ningún proceso ni afectar la materia que cruzan. Luego sufren uno de los tres efectos y depositan allí gran parte de su energía. Los tres mecanismos de interacción con la materia son: el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton y la producción de pares. Se describen en forma gráfica en la figura 13.

*a*) **El *efecto fotoeléctrico*** consiste en que el fotón se encuentra con un electrón del material y le transfiere toda su energía, desapareciendo el fotón original. El electrón secundario adquiere toda la energía del fotón en forma de energía cinética, y es suficiente para desligarlo de su átomo y convertirlo en proyectil. Se frena éste por ionización y excitación del material

###### **duración de la radioactividad**

Cada elemento radiactivo tiene su propia vida y es una propiedad característica del mismo. Algunos duran miles de millones de años, como el U238 y otros, como el gas radón Rn222 dura unos días. El periodo de semidesintegración es el tiempo que tarda un elemento radiactivo en reducirse a la mitad de cantidad

###### **Relación de la radioactividad y los seres vivos**

La radiactividad existe desde el principio de los tiempos; en épocas del pasado la radiactividad natural fue muy superior a la de hoy. Pero es en la actualidad cuando hemos sido capaces de estudiar sus riesgos y sus beneficios. Las radiaciones pueden matar y ocasionar daños en el material genético de las células. Pero también pueden curar destruyendo los tejidos cancerosos y así permitir que células sanas ocupen su lugar.

Cuanto más sencillo es un ser vivo, más resistente es a los efectos perjudiciales de la radiación. Por ejemplo, una bacteria soporta dosis mayores de radiación que una cucaracha y ésta soporta dosis mayores que un ser humano. Los efectos de las radiaciones dependen, además, del tiempo de exposición, de la dosis recibida, de la protección (llamada blindaje) que utilicemos y del tiempo que estemos expuestos a la misma. La Comisión Internacional de Protección Radiológica (CIPR) es un organismo independiente que regula y controla el uso de sustancias radiactivas y que marca las leyes que se deben cumplir. El terremoto y el tsunami, ocurridos en marzo de 2011, causaron una avería de la central nuclear de Fukushima en Japón, lo que ha provocado peligros sanitarios y ha dejado sin vivienda a miles y miles de personas. Las consecuencias en la salud por la FQ 4º Radiactividad.Dpto de CCNN.Col.N.S del Carmen.Asunción Catalina 12 exposición a la radiactividad emitida por una nube nuclear son numerosas y dependen de la intensidad, la duración de la exposición, la proximidad del lugar del accidente y la naturaleza de la radiación emitida.

###### **velocidad de desintegración**

La velocidad de desintegración o actividad radiactiva se mide en Bq, en el SI. Un becquerel vale 1 desintegración por segundo. También existen otras unidades: el *rutherford*, que equivale a 106 desintegraciones por segundo, o el curio, Ci, que equivale idénticamente a 3,7·1010 desintegraciones por segundo (unidad basada en la actividad de 1 g de 226Ra que es cercana a esa cantidad). Empíricamente se ha determinado que la velocidad de desintegración es la tasa de variación del número de núcleos radiactivos por unidad de tiempo:

Los núcleos están compuestos por protones y neutrones, que se mantienen unidos por la denominada fuerza fuerte. Algunos núcleos tienen una combinación de protones y neutrones que no conducen a una configuración estable. Estos núcleos son inestables o radiactivos. Los núcleos inestables tienden a aproximarse a la configuración estable emitiendo ciertas partículas. Los tipos de desintegración radiactiva se clasifican de acuerdo a la clase de partículas emitidas.

**Desintegración alfa**: El elemento radiactivo de número atómico Z, emite un núcleo de Helio (dos protones y dos neutrones), el número atómico disminuye en dos unidades y el número másico en cuatro unidades, produciéndose un nuevo elemento situado en el lugar Z-2 de la Tabla Periódica.

**Desintegración beta**: El núcleo del elemento radiactivo emite un electrón, en consecuencia, su número atómico aumenta en una unidad, pero el número másico no se altera. El nuevo elemento producido se encuentra el lugar Z+1 de la Tabla Periódica.

**Desintegración gamma**: El núcleo del elemento radiactivo emite un fotón de alta energía, la masa y el número atómico no cambian, solamente ocurre un reajuste de los niveles de energía ocupados por los nucleones.

El programa interactivo describe un modelo de sustancia radiactiva *A* que se desintegra en una sustancia estable *B*. Se disponen *N* núcleos radiactivos de la sustancia inestable *A*. Se introduce la constante de desintegración *l*. A medida que transcurre el tiempo se anota el número de núcleos que permanecen sin desintegrar. Posteriormente, se comprobará la ley exponencial decreciente a partir de los datos tomados.

De la observación del proceso de desintegración podemos extraer las siguientes relaciones cualitativas:

* La velocidad de desintegración decrece a medida que los núcleos radiactivos se van desintegrando.
* No podemos predecir en que instante se desintegrará un núcleo concreto, ni qué núcleo se va a desintegrar en un determinado instante.

DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA

## **usos y aplicaciones de la radioactividad**

-       Para restaurar obras de arte: Irradiándolas se consigue matar los parásitos y también ver los materiales utilizados.

-       En agricultura, se esterilizan insectos parásitos de las plantas.

-       En alimentación se irradian los alimentos, eliminando los microorganismos que les puedan pudrir sin destruir sus vitaminas ni sus propiedades.

-       En medicina, para detectar y curar algunas enfermedades. El cáncer de tiroides es una de las enfermedades que mejor se curan aplicando isótopos radiactivos del yodo.

En la industria tiene muchas aplicaciones: Detección de fugas en depósitos, construcción de carreteras comprobando el grado de humedad del terreno, en las plantas embotelladoras para estudiar el nivel de llenado de las botellas,….etc. Pero el uso industrial más significativo es el de las centrales nucleares para generar energía eléctrica mediante la transformación de la energía obtenida en reactores nucleares. El problema principal de las centrales nucleares es que los residuos que generan son radiactivos y esa radiactividad puede durar miles de años. Recogerlos, transportarlos y almacenarlos correctamente es un deber primordial. En España la Empresa Nacional de Residuos Radiactivos (ENRESA) se ocupa de esta misión desde 1984. El rendimiento energético de una central nuclear es mucho mayor que el de una central térmica: Tres millones de kg de carbón dan la misma cantidad de calor que la obtenida con un kg de uranio

## **artículos relacionados**

- Para conocer e interpretar graficas de desintegración VS tiempo consulte el siguiente PDF [1]

- Periodo de desintegración y vida media consulte aquí [2]

- conozca todo acerca de la radiactividad en el siguiente PDF [3]

- Si estas interesado en el aprovechamiento de la radioactividad te invito a ver la siguiente revista [4]

- conozca un poco de historia acerca de los esposos Curie en el siguiente articulo [5]

- la radiactividad ambiental en el siguiente articulo [6]

- revista cientifica de radiactividad en [7]

## **Referencias**

1. ↑ ULPGC. acerca de la radiactividad, 2017https://www.ulpgc.es/sprlyupr/que-es-radiactividad
2. ↑ publicado por D.O.F, elementos radiactivos e isotopos,http://www.aduanas-mexico.com.mx/cgi-bin/ctarnet/notas\_ex/not\_2844.html
3. ↑ Carmen A, radioactividad dpto CCNN, 2013http://www.carmenmostoles.es/wp-content/uploads/2018/02/FQ4-RADIACTIVIDAD.pdf
4. ↑ articulo ABC, radioactividad y tipos de radiaciones, 2010https://www.abc.com.py/edicion-impresa/suplementos/escolar/radiactividad-y-tipos-de-radiaciones-127006.html
5. ↑ CNS, interacción de la radiación con la materia, 2013http://csn.ciemat.es/MDCSN/recursos/ficheros\_md/764096047\_1572009112411.pdf

**Bibliografía**