La desintegración gamma o la desintegración γ representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión de rayos gamma (fotones de alta energía). Esta transición ( desintegración γ ) puede caracterizarse como:
Como se puede ver, si un núcleo emite un rayo gamma, los números atómicos y en masa del núcleo hijo siguen siendo los mismos, pero el núcleo hijo formará un estado de energía diferente del mismo elemento. Tenga en cuenta que los nucleidos con igual número de protones e igual número de masa (haciéndolos, por definición, el mismo isótopo), pero en un estado de energía diferente se conocen como isómeros nucleares. Por lo general, indicamos isómeros con un superíndice m, por lo tanto: 241m Am o 110m Ag.
En la mayoría de las fuentes prácticas de laboratorio, los estados nucleares excitados se crean en la desintegración de un radionúclido original, por lo tanto, una desintegración gamma generalmente acompaña a otras formas de desintegración , como la desintegración alfa o beta. Típicamente después de una desintegración beta (transición isobárica), los núcleos generalmente contienen demasiada energía para estar en su estado estable o secundario final.
Los rayos gamma son fotones de alta energía con longitudes de onda muy cortas y, por lo tanto, de muy alta frecuencia. Los rayos gamma de la desintegración radiactiva están en el rango de energía de unos pocos keV a ~ 8 MeV, que corresponden a los niveles de energía típicos en los núcleos con vidas razonablemente largas. Como se escribió, se producen por la descomposición de los núcleos a medida que pasan de un estado de alta energía a un estado más bajo. Dado que los rayos gamma son en sustancia solo fotones de muy alta energía, son materia muy penetrante y, por lo tanto, biológicamente peligrosos. Los rayos gamma pueden viajar miles de pies en el aire y pueden pasar fácilmente a través del cuerpo humano.
A diferencia de la radiactividad alfa y beta , la radioactividad gamma se rige por una interacción electromagnética en lugar de una interacción débil o fuerte . Al igual que en las transiciones atómicas, el fotón se lleva al menos una unidad de momento angular (el fotón, descrito por el campo electromagnético del vector, tiene un momento angular de giro de and), y el proceso conserva la paridad .
Rápida Decadencia Gamma
Como se escribió, la desintegración gamma puede seguir reacciones nucleares como la captura de neutrones , la fusión nuclear o la fisión nuclear . La mayoría de las reacciones nucleares producen núcleos extremadamente inestables que se descomponen tan pronto como se forman en reacciones nucleares (vida media inferior a 10-11 s) y generalmente no se clasifican como isómeros nucleares. Además, estos núcleos generalmente producen una cascada de rayos gamma y la cascada de rayos gamma concluye cuando se libera todo el exceso de energía del núcleo excitado.
Por ejemplo, después de una fisión nuclear, se emiten rayos gamma a partir de fragmentos de fisión. La mayoría de los rayos gamma rápidos se emiten después de los neutrones rápidos. La reacción de fisión libera aproximadamente ~ 7 MeV en rayos gamma rápidos y ~ 7 MeV adicionales (para 235U ) en rayos gamma retardados. Esta es una porción significativa de energía (~ 7% de la energía de fisión liberada) y debe considerarse en muchos campos de diseño de reactores
Transición Isomérica
En ciertos casos, el estado nuclear excitado que sigue a la emisión de una partícula beta u otro tipo de excitación puede permanecer en estado metaestable durante mucho tiempo (horas, días y, a veces, mucho más tiempo) antes de sufrir una desintegración gamma, en la que emitir un rayo gamma. Estos núcleos excitados de larga vida se conocen como estados isoméricos (o isómeros ) y sus desintegraciones se denominan transiciones isoméricas . El proceso de transición isomérica es, por lo tanto, similar a cualquier emisión gamma, pero difiere en que involucra el estado o estados excitados metaestables intermedios de los núcleos.
Los núcleos metaestables a menudo se caracterizan por un alto giro nuclear, que requiere un cambio en el giro de varias unidades o más con la desintegración gamma, en lugar de una transición de una sola unidad que ocurre en solo 10-12 segundos. La tasa de desintegración gamma también se ralentiza cuando la energía de excitación del núcleo es pequeña. Un ejemplo es la descomposición del isómero o el estado metaestable del protactinio:
Los núcleos extremadamente inestables que se descomponen tan pronto como se forman en reacciones nucleares (vida media inferior a 10-11 s) generalmente no se clasifican como isómeros nucleares. Las transiciones isoméricas deben ocurrir por transiciones multipolares de orden superior (en contraste con la emisión gamma que ocurre por la radiación dipolo) que ocurren en una escala de tiempo más larga.
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