Dosimetría de radiación

En la física de las desintegraciones nucleares , existe un equilibrio radiactivo cuando un nucleido radiactivo está decayendo a la misma velocidad a la que se produce. El núcleo desintegrante generalmente se conoce como el núcleo padre y el núcleo que queda después del evento como el núcleo hijo . El núcleo hijo puede ser estable o radioactivo. Si es radiactivo, se descompone en un núcleo hijo y así sucesivamente. Por lo tanto, cada núcleo padre radiactivo puede iniciar una serie de desintegraciones, y cada producto de desintegración tiene su propia constante de desintegración característica.

La concentración de núcleos hijos en el equilibrio radiactivo depende principalmente de las proporciones de semividas (o constantes de desintegración ) de los núcleos padres e hijos. Como la tasa de producción y la tasa de desintegración son iguales, el número de átomos presentes permanece constante a lo largo del tiempo. En cualquier caso, no se establece un equilibrio radiactivo de inmediato, sino que solo tiene lugar después de un período de transición . Este período es del orden de pocas vidas medias del núcleo más longevo en la cadena de descomposición. En el caso de las cadenas de desintegración radiactiva, se puede establecer un equilibrio radiactivo entre cada miembro de la cadena de desintegración.

Como se escribió, la proporcionalidad de las vidas medias es un parámetro clave, que determina el tipo de equilibrio radiactivo :

• El equilibrio radiactivo no se establece cuando la vida media del núcleo padre es más corta que la vida media del núcleo hijo. En este caso, la tasa de producción y la tasa de desintegración de cierto miembro de la cadena de desintegración no pueden ser iguales.
• El equilibrio radiactivo secular existe cuando el núcleo original tiene una vida media extremadamente larga. Este tipo de equilibrio es particularmente importante en la naturaleza. A lo largo de los 4.500 millones de años de la historia de la Tierra, especialmente el uranio 238, el uranio 235 y el torio 232 y los miembros de sus cadenas de desintegración han alcanzado el equilibrio radiactivo entre el núcleo principal y los diversos descendientes.
• El equilibrio radiactivo transitorio existe cuando la vida media del núcleo padre es más larga que la vida media del núcleo hijo. En este caso, el nucleido padre y el nucleido hijo decaen esencialmente a la misma velocidad.

Equilibrio radiactivo transitorio

El equilibrio radiactivo transitorio existe cuando la vida media del núcleo padre es más larga que la vida media del núcleo hijo, pero la concentración de los núcleos padres disminuye significativamente en el tiempo. En este caso, el nucleido padre y el nucleido hijo pueden descomponerse esencialmente a la misma velocidad, pero ambas concentraciones de nucleidos disminuyen a medida que disminuye la concentración de núcleos padres. Al contrario del equilibrio secular, la vida media de los núcleos hijos no es insignificante en comparación con la vida media de los padres.

Un ejemplo de este tipo de proceso de descomposición compuesta es un generador de tecnecio-99m que produce tecnecio-99m para procedimientos de diagnóstico de medicina nuclear a partir de molibdeno-99. La corta vida media de Technetium-99m de 6 horas hace que el almacenamiento sea imposible y haría que el transporte sea muy costoso. Por lo tanto, para fines médicos, el molibdeno-99 se utiliza para producir tecnecio-99m. Estos dos isótopos están en equilibrio transitorio.. La constante de descomposición del molibdeno-99 es considerablemente menor que la constante de descomposición del tecnecio-99m. Aunque la constante de descomposición del molibdeno-99 es menor, la tasa real de descomposición es inicialmente mayor que la del molibdeno-99 debido a la gran diferencia en sus concentraciones iniciales. A medida que aumenta la concentración de la hija, la tasa de descomposición de la hija se acercará y eventualmente coincidirá con la tasa de descomposición del progenitor. Cuando esto ocurre, se dice que están en  equilibrio transitorio . En el caso del generador de tecnecio-99m, el equilibrio transitorio ocurre después de aproximadamente cuatro vidas medias. Hoy, el tecnecio-99m es el elemento más utilizado en medicina nuclear y se emplea en una amplia variedad de estudios de imágenes de medicina nuclear.

Además, el equilibrio transitorio puede interrumpirse ocasionalmente cuando uno de los núcleos intermedios abandona la muestra donde están confinados sus antepasados.

En la física de las desintegraciones nucleares , existe un equilibrio radiactivo cuando un nucleido radiactivo está decayendo a la misma velocidad a la que se produce. El núcleo desintegrante generalmente se conoce como el núcleo padre y el núcleo que queda después del evento como el núcleo hijo . El núcleo hijo puede ser estable o radioactivo. Si es radiactivo, se descompone en un núcleo hijo y así sucesivamente. Por lo tanto, cada núcleo padre radiactivo puede iniciar una serie de desintegraciones, y cada producto de desintegración tiene su propia constante de desintegración característica.

La concentración de núcleos hijos en el equilibrio radiactivo depende principalmente de las proporciones de semividas (o constantes de desintegración ) de los núcleos padres e hijos. Como la tasa de producción y la tasa de desintegración son iguales, el número de átomos presentes permanece constante a lo largo del tiempo. En cualquier caso, no se establece un equilibrio radiactivo de inmediato, sino que solo tiene lugar después de un período de transición . Este período es del orden de pocas vidas medias del núcleo más longevo en la cadena de descomposición. En el caso de las cadenas de desintegración radiactiva, se puede establecer un equilibrio radiactivo entre cada miembro de la cadena de desintegración.

Como se escribió, la proporcionalidad de las vidas medias es un parámetro clave, que determina el tipo de equilibrio radiactivo :

• El equilibrio radiactivo no se establece cuando la vida media del núcleo padre es más corta que la vida media del núcleo hijo. En este caso, la tasa de producción y la tasa de desintegración de cierto miembro de la cadena de desintegración no pueden ser iguales.
• El equilibrio radiactivo secular existe cuando el núcleo original tiene una vida media extremadamente larga. Este tipo de equilibrio es particularmente importante en la naturaleza. A lo largo de los 4.500 millones de años de la historia de la Tierra, especialmente el uranio 238, el uranio 235 y el torio 232 y los miembros de sus cadenas de desintegración han alcanzado el equilibrio radiactivo entre el núcleo principal y los diversos descendientes.
• El equilibrio radiactivo transitorio existe cuando la vida media del núcleo padre es más larga que la vida media del núcleo hijo. En este caso, el nucleido padre y el nucleido hijo decaen esencialmente a la misma velocidad.

Equilibrio secular

El equilibrio radiactivo secular existe cuando el núcleo original tiene una vida media extremadamente larga . El equilibrio secular es típico de las series radiactivas naturales , como la serie torio  o la serie uranio . Para la serie de uranio con uranio-238 (con una vida media de 4,47 mil millones de años), donde todos los elementos de la cadena están en equilibrio secular , cada uno de los descendientes ha acumulado una cantidad de equilibrio y toda la descomposición a la tasa establecido por el padre original. La única excepción es el elemento estable final (plomo-206) en el extremo de la cadena. Su número de átomos aumenta constantemente. En cualquier caso, un equilibrio radiactivo.no se establece de inmediato, pero solo tiene lugar después de un período de transición . Este período es del orden de pocas vidas medias del núcleo más longevo de la cadena de descomposición ( ²³⁴ U para la serie de uranio ; ²³¹ Pa para la serie de actinio). En el caso de las cadenas de desintegración radiactiva, se puede establecer un equilibrio radiactivo entre cada miembro de la cadena de desintegración.

Como se puede ver, el equilibrio secular es particularmente importante en la naturaleza. Durante los 4.500 millones de años de la historia de la Tierra, especialmente el uranio 238, el uranio 235 y el torio 232 y los miembros de sus cadenas de desintegración han alcanzado el equilibrio radiactivo.entre el núcleo principal y los diversos descendientes. Las vidas medias de todos sus descendientes son extremadamente variables, y es difícil representar un rango de escalas de tiempo que van desde segundos individuales hasta millones de años. Dado que los radioisótopos hijos tienen vidas medias diferentes, se alcanza el equilibrio secular después de un tiempo. En la cadena de desintegración larga para un elemento radiactivo natural, como el uranio-238, donde todos los elementos de la cadena están en equilibrio secular, cada uno de los descendientes ha acumulado una cantidad de equilibrio y toda la desintegración a la velocidad establecida por el padre original Si se alcanza el equilibrio, cada isótopo hijo sucesivo está presente en proporción directa a su vida media (o a su constante de descomposición).

Dado que su actividad es inversamente proporcional a su vida media , cada nucleido en la cadena de descomposición finalmente contribuye con tantas transformaciones individuales como la cabeza de la cadena. La cascada radiactiva en el equilibrio secular influye significativamente en la radiactividad ( desintegraciones por segundo ) de muestras naturales y materiales naturales. Todos los descendientes están presentes, al menos de manera transitoria, en cualquier muestra natural, ya sea de metal, compuesto o mineral. Por ejemplo, el uranio 238 puro es débilmente radiactivo (proporcional a su larga vida media), pero un mineral de uranio es aproximadamente 13 veces más radiactivo (aproximadamente 13 descendientes en la cadena de descomposición) que el metal puro de uranio-238 debido a sus isótopos hijos (por ejemplo, radón, radio, etc.) que contiene. Los isótopos de radio inestables no solo son importantes emisores de radioactividad, sino que, como la siguiente etapa en la cadena de descomposición, también generan radón, un gas radiactivo pesado, inerte y de origen natural. Además, el calor de descomposición del uranio y sus productos de descomposición (por ejemplo, radón, radio, etc.) contribuye al calentamiento del núcleo de la Tierra. Junto con el torio y el potasio-40 en el manto de la Tierra, se cree que estos elementos son la principal fuente de calor que mantiene el núcleo de la Tierra líquido.

El equilibrio secular puede interrumpirse ocasionalmente cuando uno de los núcleos intermedios abandona la muestra (por ejemplo, el radón liberado del suelo) donde están confinados sus antepasados. Es importante tener en cuenta estas interrupciones locales en el uso de técnicas de citas. La interrupción del equilibrio secular también influye en la radiactividad del combustible nuclear nuevo. La mayoría de los PWR usan el combustible de uranio , que está en forma de dióxido de uranio . Pero este dióxido de uranio debe purificarse químicamente y la mayor parte de su cadena de descomposición no está presente en el combustible nuclear nuevo.

Equilibrio radiactivo de uranio-234

El isótopo de uranio-234 es miembro de la serie de uranio. Este isótopo tiene una vida media de solo 2.46 × 10 ⁵ años y, por lo tanto, no pertenece a los nucleidos primordiales (a diferencia de ²³⁵ U y ²³⁸ U ). Por otra parte, este isótopo está todavía presente en la corteza terrestre, pero esto se debe al hecho de ²³⁴ U es un producto de la desintegración indirecta de ²³⁸ U . ²³⁸ U decae a través de la desintegración alfa en ²³⁴ U. ²³⁴ U decae a través de la desintegración alfa a 230Th, excepto una fracción muy pequeña (del orden de ppm) de núcleos que se descompone por fisión espontánea.

En una muestra natural de uranio, estos núcleos están presentes en las proporciones inalterables del equilibrio radiactivo de la filiación de ²³⁸ U en una proporción de un átomo de ²³⁴ U para aproximadamente 18 500 núcleos de ²³⁸ U. Como resultado de este equilibrio, estos dos Los isótopos ( ²³⁸ U y ²³⁴ U) contribuyen igualmente a la radioactividad del uranio natural.

En la física de las desintegraciones nucleares , existe un equilibrio radiactivo cuando un nucleido radiactivo está decayendo a la misma velocidad a la que se produce. El núcleo desintegrante generalmente se conoce como el núcleo padre y el núcleo que queda después del evento como el núcleo hijo . El núcleo hijo puede ser estable o radioactivo. Si es radiactivo, se descompone en un núcleo hijo y así sucesivamente. Por lo tanto, cada núcleo padre radiactivo puede iniciar una serie de desintegraciones, y cada producto de desintegración tiene su propia constante de desintegración característica.

La concentración de núcleos hijos en el equilibrio radiactivo depende principalmente de las proporciones de semividas (o constantes de desintegración ) de los núcleos padres e hijos. Como la tasa de producción y la tasa de desintegración son iguales, el número de átomos presentes permanece constante a lo largo del tiempo. En cualquier caso, no se establece un equilibrio radiactivo de inmediato, sino que solo tiene lugar después de un período de transición . Este período es del orden de pocas vidas medias del núcleo más longevo en la cadena de descomposición. En el caso de las cadenas de desintegración radiactiva, se puede establecer un equilibrio radiactivo entre cada miembro de la cadena de desintegración.

Como se escribió, la proporcionalidad de las vidas medias es un parámetro clave, que determina el tipo de equilibrio radiactivo :

• El equilibrio radiactivo no se establece cuando la vida media del núcleo padre es más corta que la vida media del núcleo hijo. En este caso, la tasa de producción y la tasa de desintegración de cierto miembro de la cadena de desintegración no pueden ser iguales.
• El equilibrio radiactivo secular existe cuando el núcleo original tiene una vida media extremadamente larga. Este tipo de equilibrio es particularmente importante en la naturaleza. A lo largo de los 4.500 millones de años de la historia de la Tierra, especialmente el uranio 238, el uranio 235 y el torio 232 y los miembros de sus cadenas de desintegración han alcanzado el equilibrio radiactivo entre el núcleo principal y los diversos descendientes.
• El equilibrio radiactivo transitorio existe cuando la vida media del núcleo padre es más larga que la vida media del núcleo hijo. En este caso, el nucleido padre y el nucleido hijo decaen esencialmente a la misma velocidad.

Equilibrio secular

El equilibrio radiactivo secular existe cuando el núcleo original tiene una vida media extremadamente larga . El equilibrio secular es típico de las series radiactivas naturales , como la serie torio  o la serie uranio . Para la serie de uranio con uranio-238 (con una vida media de 4,47 mil millones de años), donde todos los elementos de la cadena están en equilibrio secular , cada uno de los descendientes ha acumulado una cantidad de equilibrio y toda la descomposición a la tasa establecido por el padre original. La única excepción es el elemento estable final (plomo-206) en el extremo de la cadena. Su número de átomos aumenta constantemente. En cualquier caso, un equilibrio radiactivo.no se establece de inmediato, pero solo tiene lugar después de un período de transición . Este período es del orden de pocas vidas medias del núcleo más longevo de la cadena de descomposición ( ²³⁴ U para la serie de uranio ; ²³¹ Pa para la serie de actinio). En el caso de las cadenas de desintegración radiactiva, se puede establecer un equilibrio radiactivo entre cada miembro de la cadena de desintegración.

Como se puede ver, el equilibrio secular es particularmente importante en la naturaleza. Durante los 4.500 millones de años de la historia de la Tierra, especialmente el uranio 238, el uranio 235 y el torio 232 y los miembros de sus cadenas de desintegración han alcanzado el equilibrio radiactivo.entre el núcleo principal y los diversos descendientes. Las vidas medias de todos sus descendientes son extremadamente variables, y es difícil representar un rango de escalas de tiempo que van desde segundos individuales hasta millones de años. Dado que los radioisótopos hijos tienen vidas medias diferentes, se alcanza el equilibrio secular después de un tiempo. En la cadena de desintegración larga para un elemento radiactivo natural, como el uranio-238, donde todos los elementos de la cadena están en equilibrio secular, cada uno de los descendientes ha acumulado una cantidad de equilibrio y toda la desintegración a la velocidad establecida por el padre original Si se alcanza el equilibrio, cada isótopo hijo sucesivo está presente en proporción directa a su vida media (o a su constante de descomposición).

Dado que su actividad es inversamente proporcional a su vida media , cada nucleido en la cadena de descomposición finalmente contribuye con tantas transformaciones individuales como la cabeza de la cadena. La cascada radiactiva en el equilibrio secular influye significativamente en la radiactividad ( desintegraciones por segundo ) de muestras naturales y materiales naturales. Todos los descendientes están presentes, al menos de manera transitoria, en cualquier muestra natural, ya sea de metal, compuesto o mineral. Por ejemplo, el uranio 238 puro es débilmente radiactivo (proporcional a su larga vida media), pero un mineral de uranio es aproximadamente 13 veces más radiactivo (aproximadamente 13 descendientes en la cadena de descomposición) que el metal puro de uranio-238 debido a sus isótopos hijos (por ejemplo, radón, radio, etc.) que contiene. Los isótopos de radio inestables no solo son importantes emisores de radioactividad, sino que, como la siguiente etapa en la cadena de descomposición, también generan radón, un gas radiactivo pesado, inerte y de origen natural. Además, el calor de descomposición del uranio y sus productos de descomposición (por ejemplo, radón, radio, etc.) contribuye al calentamiento del núcleo de la Tierra. Junto con el torio y el potasio-40 en el manto de la Tierra, se cree que estos elementos son la principal fuente de calor que mantiene el núcleo de la Tierra líquido.

El equilibrio secular puede interrumpirse ocasionalmente cuando uno de los núcleos intermedios abandona la muestra (por ejemplo, el radón liberado del suelo) donde están confinados sus antepasados. Es importante tener en cuenta estas interrupciones locales en el uso de técnicas de citas. La interrupción del equilibrio secular también influye en la radiactividad del combustible nuclear nuevo. La mayoría de los PWR usan el combustible de uranio , que está en forma de dióxido de uranio . Pero este dióxido de uranio debe purificarse químicamente y la mayor parte de su cadena de descomposición no está presente en el combustible nuclear nuevo.

Equilibrio radiactivo de uranio-234

El isótopo de uranio-234 es miembro de la serie de uranio. Este isótopo tiene una vida media de solo 2.46 × 10 ⁵ años y, por lo tanto, no pertenece a los nucleidos primordiales (a diferencia de ²³⁵ U y ²³⁸ U ). Por otra parte, este isótopo está todavía presente en la corteza terrestre, pero esto se debe al hecho de ²³⁴ U es un producto de la desintegración indirecta de ²³⁸ U . ²³⁸ U decae a través de la desintegración alfa en ²³⁴ U. ²³⁴ U decae a través de la desintegración alfa a 230Th, excepto una fracción muy pequeña (del orden de ppm) de núcleos que se descompone por fisión espontánea.

En una muestra natural de uranio, estos núcleos están presentes en las proporciones inalterables del equilibrio radiactivo de la filiación de ²³⁸ U en una proporción de un átomo de ²³⁴ U para aproximadamente 18 500 núcleos de ²³⁸ U. Como resultado de este equilibrio, estos dos Los isótopos ( ²³⁸ U y ²³⁴ U) contribuyen igualmente a la radioactividad del uranio natural.

Equilibrio radiactivo transitorio

El equilibrio radiactivo transitorio existe cuando la vida media del núcleo padre es más larga que la vida media del núcleo hijo, pero la concentración de núcleos padres disminuye significativamente en el tiempo. En este caso, el nucleido padre y el nucleido hijo pueden descomponerse esencialmente a la misma velocidad, pero ambas concentraciones de nucleidos disminuyen a medida que disminuye la concentración de los núcleos padres. Al contrario del equilibrio secular, la vida media de los núcleos hijos no es insignificante en comparación con la vida media de los padres.

Un ejemplo de este tipo de proceso de descomposición compuesta es un generador de tecnecio-99m que produce tecnecio-99m para procedimientos de diagnóstico de medicina nuclear a partir de molibdeno-99. La corta vida media de Technetium-99m de 6 horas hace que el almacenamiento sea imposible y haría que el transporte sea muy costoso. Por lo tanto, para fines médicos, el molibdeno-99 se utiliza para producir tecnecio-99m. Estos dos isótopos están en equilibrio transitorio.. La constante de descomposición del molibdeno-99 es considerablemente menor que la constante de descomposición del tecnecio-99m. Aunque la constante de descomposición del molibdeno-99 es menor, la tasa real de descomposición es inicialmente mayor que la del molibdeno-99 debido a la gran diferencia en sus concentraciones iniciales. A medida que aumenta la concentración de la hija, la tasa de descomposición de la hija se acercará y eventualmente coincidirá con la tasa de descomposición del progenitor. Cuando esto ocurre, se dice que están en  equilibrio transitorio . En el caso del generador de tecnecio-99m, el equilibrio transitorio ocurre después de aproximadamente cuatro vidas medias. Hoy en día, el tecnecio-99m es el elemento más utilizado en medicina nuclear y se emplea en una amplia variedad de estudios de imágenes de medicina nuclear.

Además, el equilibrio transitorio puede ser interrumpido ocasionalmente cuando uno de los núcleos intermedios abandona la muestra donde están confinados sus antepasados.

Equilibrio radiactivo transitorio con fuente – Ejemplo

Un ejemplo especial de equilibrio radiactivo son las concentraciones de yodo-135 y xenón-135 en un reactor nuclear , pero en este caso, la quema de xenón debe tenerse en cuenta. Tenga en cuenta que, en este caso especial, la vida media del núcleo padre es más corta que la vida media del núcleo hijo. La producción y eliminación de xenón se puede caracterizar por las siguientes ecuaciones diferenciales :

Cuando la tasa de producción de yodo es igual a la tasa de eliminación de yodo, existe equilibrio . Este equilibrio también se conoce como «depósito de xenón 135», ya que todo este yodo debe sufrir una descomposición del xenón. En equilibrio, la concentración de yodo permanece constante y se designa N _I (eq) . La siguiente ecuación para la concentración de equilibrio de yodo se puede determinar a partir de la ecuación anterior estableciendo dN _I / dt = 0 . Dado que la concentración de yodo en equilibrio es proporcional a la velocidad de reacción de fisión, también es proporcional al nivel de potencia del reactor .

Cuando la tasa de producción de xenón 135 es igual a la tasa de eliminación , también existe equilibrio para el xenón . La concentración de xenón permanece constante y se designa N _Xe (eq) . La siguiente ecuación (1) para la concentración de equilibrio de xenón se puede determinar a partir de la ecuación anterior estableciendo dN _Xe / dt = 0 . Para que el xenón 135 esté en equilibrio, el yodo 135 también debe estar en equilibrio. Sustituyendo la expresión para la concentración de equilibrio de yodo 135 en la ecuación para xenón de equilibrio (1) se obtiene lo siguiente (2).

De esta ecuación se puede ver que el valor de equilibrio para el xenón 135 aumenta a medida que aumenta la potencia, porque el numerador es proporcional a la velocidad de reacción de fisión . Pero el flujo térmico también está en el denominador. Por lo tanto, a medida que el flujo térmico excede algún valor, la combustión de xenón comienza a dominar, y aproximadamente a 10 ¹⁵ neutrones.cm ^-2 .s ^-1 , la concentración de xenón-135 se acerca a un valor límite. En la siguiente figura se ilustran las concentraciones de equilibrio de yodo 135 y xenón 135 en función del flujo de neutrones.

Ecuaciones de Bateman

En física, las ecuaciones de Bateman son un conjunto de ecuaciones diferenciales de primer orden, que describen la evolución en el tiempo de las concentraciones de nucleidos en cadena de desintegración lineal o en serie. El modelo fue formulado por Ernest Rutherford en 1905 y la solución analítica para el caso de desintegración radiactiva en una cadena lineal fue provista por Harry Bateman en 1910. Este modelo también puede usarse en códigos de agotamiento nuclear para resolver problemas de desintegración y transmutación nuclear.

Por ejemplo, ORIGEN es un sistema de código de computadora para calcular la acumulación, descomposición y procesamiento de materiales radiactivos. ORIGEN utiliza un método exponencial matricial para resolver un gran sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias acopladas, lineales y de primer orden (similar a las ecuaciones de Bateman ) con coeficientes constantes.

Las ecuaciones de Bateman para el caso de desintegración radiactiva de la serie n-nucleidos en cadena lineal que describe las concentraciones de nucleidos son las siguientes:

Ecuaciones de Bateman para la transmutación nuclear

Como se escribió, este modelo también se puede usar en códigos de agotamiento nuclear para resolver problemas de transmutación nuclear y descomposición . En caso de transmutación, las constantes de desintegración que rigen las ecuaciones de Bateman para un caso de desintegración se sustituyen por constantes de transmutación. Por la constante de transmutación λ _{i, j} entendemos la probabilidad de la producción de i n nucleidos por unidad de tiempo a partir de la destrucción de los j ésimos, como resultado de la interacción nuclear con todo el espectro de partículas que interactúan o debido a la desintegración nuclear natural.

Estas ecuaciones se usan generalmente para la evolución exacta de los cambios isotópicos en el combustible nuclear durante el agotamiento del combustible. El agotamiento de combustible generalmente se modela matemáticamente como un conjunto de ecuaciones diferenciales conocidas como ecuaciones de evolución .

Referencia especial: Jerzy Cetnar, Solución general de ecuaciones de Bateman para transmutaciones nucleares. Annals of Nuclear Energy 33 (2006). Enero de 2006.

La serie del neptunio es una serie radiactiva que comienza con neptunio-237. Sus miembros son producidos artificialmente por reacciones nucleares y no ocurren naturalmente, porque la vida media del isótopo más longevo de la serie es corta en comparación con la edad de la Tierra. Esta cadena de desintegración radiactiva consiste en núcleos atómicos pesados ​​inestables que se desintegran a través de una secuencia de desintegraciones alfa y beta hasta que se logra un núcleo estable. En el caso de las series de neptunio, el núcleo estable es bismuto-209 (con una vida media de 1.9E19 años) y talio-205.

Dado que la desintegración alfa representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio (que contiene cuatro nucleones), solo hay cuatro series de desintegración. Por lo tanto, dentro de cada serie, el número de masa de los miembros puede expresarse como cuatro veces un número entero apropiado (n) más la constante para esa serie. Como resultado, la serie de neptunio se conoce como la serie 4n + 1 .

La energía total liberada del neptunio-237 al talio-205, incluida la energía perdida por los neutrinos , es de 50.0 MeV.

En algún tipo de detectores de humo, puede encontrar radionucleidos de esta serie. Los detectores de humo por ionización generalmente usan un radioisótopo, típicamente americio-241 , para ionizar el aire y detectar humo. En este caso, el americio-241 se descompone en neptunio-237 y, de hecho, es miembro de la serie de neptunio.

Tipos de descomposición en la serie de neptunio

Dentro de cada serie radiactiva, hay dos modos principales de desintegración radiactiva:

• Decaimiento alfa . La desintegración alfa representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio. Las partículas alfa consisten en dos protones y dos neutrones unidos en una partícula idéntica a un núcleo de helio. Debido a su gran masa (más de 7000 veces la masa de la partícula beta) y su carga, ioniza mucho el material y tiene un rango muy corto .
• Desintegración beta . La desintegración beta o desintegración β representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión de la partícula beta. Las partículas beta son electrones o positrones de alta energía y alta velocidad emitidos por ciertos tipos de núcleos radiactivos como el potasio-40. Las partículas beta tienen un mayor rango de penetración que las partículas alfa, pero aún mucho menos que los rayos gamma. Las partículas beta emitidas son una forma de radiación ionizante también conocida como rayos beta. La producción de partículas beta se denomina desintegración beta.

La serie del actinio , conocida también como la cascada de actinio, es una de las tres series radiactivas clásicas que comienzan con el uranio 235 natural . Esta cadena de desintegración radiactiva consiste en núcleos atómicos pesados ​​inestables que se desintegran a través de una secuencia de desintegraciones alfa y beta hasta que se logra un núcleo estable. En el caso de las series de actinio, el núcleo estable es plomo-207.

Dado que la desintegración alfa representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio (que contiene cuatro nucleones), solo hay cuatro series de desintegración. Por lo tanto, dentro de cada serie, el número de masa de los miembros puede expresarse como cuatro veces un número entero apropiado (n) más la constante para esa serie. Como resultado, la serie de actinio se conoce como la serie 4n + 3 .

La energía total liberada del uranio 235 al plomo 207, incluida la energía perdida por los neutrinos, es de 46,4 MeV.

Actividad de muestras naturales – Serie Actinium

La cascada de actinio influye en la radioactividad ( desintegraciones por segundo ) de muestras naturales y materiales naturales, aunque, en este caso, la actividad de las muestras naturales está determinada principalmente por el uranio-238. El uranio-235 , que solo constituye el 0,72% del uranio natural tiene una vida media de 7,04 × 10 ⁸ años ( 6,5 veces más corto que el isótopo 238 ) y, por lo tanto, su abundancia es inferior a ²³⁸ U(99,28%). Todos los descendientes de uranio-235 y uranio-238 están presentes, al menos de manera transitoria, en cualquier muestra que contenga uranio natural, ya sea metal, compuesto o mineral. Por ejemplo, el uranio 238 puro es débilmente radiactivo (proporcional a su larga vida media), pero un mineral de uranio es aproximadamente 13 veces más radiactivo que el metal puro de uranio 238 debido a sus isótopos hijos (por ejemplo, radón, radio, etc.) contiene. Los isótopos de radio inestables no solo son importantes emisores de radioactividad, sino que, como la siguiente etapa en la cadena de descomposición, también generan radón, un gas radiactivo pesado, inerte y de origen natural. Además, el calor de descomposición del uranio y sus productos de descomposición (por ejemplo, radón, radio, etc.) contribuye al calentamiento del núcleo de la Tierra.

Tipos de descomposición en la serie de actinio

Dentro de cada serie radiactiva, hay dos modos principales de desintegración radiactiva:

• Decaimiento alfa . La desintegración alfa representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio. Las partículas alfa consisten en dos protones y dos neutrones unidos en una partícula idéntica a un núcleo de helio. Debido a su gran masa (más de 7000 veces la masa de la partícula beta) y su carga, ioniza mucho el material y tiene un rango muy corto .
• Desintegración beta . La desintegración beta o desintegración β representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión de la partícula beta. Las partículas beta son electrones o positrones de alta energía y alta velocidad emitidos por ciertos tipos de núcleos radiactivos como el potasio-40. Las partículas beta tienen un mayor rango de penetración que las partículas alfa, pero aún mucho menos que los rayos gamma. Las partículas beta emitidas son una forma de radiación ionizante también conocida como rayos beta. La producción de partículas beta se denomina desintegración beta.

La serie de uranio , conocida también como serie de radio, es una de las tres series radiactivas clásicas que comienzan con el uranio 238 natural . Esta cadena de desintegración radiactiva consiste en núcleos atómicos pesados ​​inestables que se desintegran a través de una secuencia de desintegraciones alfa y beta hasta que se logra un núcleo estable. En el caso de las series de uranio, el núcleo estable es plomo-206.

Dado que la desintegración alfa representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio (que contiene cuatro nucleones), solo hay cuatro series de desintegración. Por lo tanto, dentro de cada serie, el número de masa de los miembros puede expresarse como cuatro veces un número entero apropiado (n) más la constante para esa serie. Como resultado, la serie de uranio se conoce como la serie 4n + 2 .

La energía total liberada del uranio 238 al plomo 206, incluida la energía perdida por los neutrinos , es de 51,7 MeV.

Serie de uranio y uranio-234

El isótopo de uranio-234 es miembro de esta serie. Este isótopo tiene una vida media de solo 2.46 × 10 ⁵ años y, por lo tanto, no pertenece a los nucleidos primordiales (a diferencia de ²³⁵ U y ²³⁸ U ). Por otra parte, este isótopo está todavía presente en la corteza terrestre, pero esto se debe al hecho de ²³⁴ U es un producto de la desintegración indirecta de ²³⁸ U . ²³⁸ U decae por desintegración alfa en ²³⁴ U. ²³⁴U se desintegra a través de la desintegración alfa en 230Th, excepto una fracción muy pequeña (del orden de ppm) de núcleos que se desintegra por fisión espontánea.

En una muestra natural de uranio, estos núcleos están presentes en las proporciones inalterables del equilibrio radiactivo de la filiación de ²³⁸ U en una proporción de un átomo de ²³⁴ U para aproximadamente 18 500 núcleos de ²³⁸ U. Como resultado de este equilibrio, estos dos Los isótopos ( ²³⁸ U y ²³⁴ U) contribuyen igualmente a la radioactividad del uranio natural.

Actividad de muestras naturales – Serie de uranio

La cascada de uranio influye significativamente en la radioactividad ( desintegraciones por segundo) de muestras naturales y materiales naturales. Todos los descendientes están presentes, al menos de manera transitoria, en cualquier muestra que contenga uranio natural, ya sea metal, compuesto o mineral. Por ejemplo, el uranio 238 puro es débilmente radiactivo (proporcional a su larga vida media), pero un mineral de uranio es aproximadamente 13 veces más radiactivo que el metal puro de uranio 238 debido a sus isótopos hijos (por ejemplo, radón, radio, etc.) contiene. Los isótopos de radio inestables no solo son importantes emisores de radioactividad, sino que, como la siguiente etapa en la cadena de descomposición, también generan radón, un gas radiactivo pesado, inerte y de origen natural. Además, el calor de descomposición del uranio y sus productos de descomposición (por ejemplo, radón, radio, etc.) contribuye al calentamiento del núcleo de la Tierra.

Tipos de descomposición en la serie de uranio

Dentro de cada serie radiactiva, hay dos modos principales de desintegración radiactiva:

• Decaimiento alfa . La desintegración alfa representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio. Las partículas alfa consisten en dos protones y dos neutrones unidos en una partícula idéntica a un núcleo de helio. Debido a su gran masa (más de 7000 veces la masa de la partícula beta) y su carga, ioniza mucho el material y tiene un rango muy corto .
• Desintegración beta . La desintegración beta o desintegración β representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión de la partícula beta. Las partículas beta son electrones o positrones de alta energía y alta velocidad emitidos por ciertos tipos de núcleos radiactivos como el potasio-40. Las partículas beta tienen un mayor rango de penetración que las partículas alfa, pero aún mucho menos que los rayos gamma. Las partículas beta emitidas son una forma de radiación ionizante también conocida como rayos beta. La producción de partículas beta se denomina desintegración beta.

La serie del torio es una de las tres series radiactivas clásicas que comienzan con torio 232 natural . Esta cadena de desintegración radiactiva consiste en núcleos atómicos pesados ​​inestables que se desintegran a través de una secuencia de desintegraciones alfa y beta hasta que se logra un núcleo estable. En el caso de las series de torio, el núcleo estable es plomo-208.

Dado que la desintegración alfa representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio (que contiene cuatro nucleones), solo hay cuatro series de desintegración. Por lo tanto, dentro de cada serie, el número de masa de los miembros puede expresarse como cuatro veces un número entero apropiado (n) más la constante para esa serie. Como resultado, la serie de torio se conoce como la serie 4n .

La energía total liberada del torio-232 al plomo-208, incluida la energía perdida por los neutrinos , es de 42,6 MeV.

Actividad de muestras naturales – Serie Torio

La cascada de torio influye significativamente en la radioactividad ( desintegraciones por segundo ) de muestras naturales y materiales naturales. Todos los descendientes están presentes, al menos transitoriamente, en cualquier muestra natural que contenga torio, ya sea metal, compuesto o mineral. Por ejemplo, torio puro -232es débilmente radiactivo (proporcional a su larga vida media), pero un mineral de torio es aproximadamente 10 veces más radiactivo que el metal puro de torio-232 debido a sus isótopos hijos (por ejemplo, radón, radio, etc.) que contiene. Los isótopos de radio inestables no solo son importantes emisores de radioactividad, sino que, como la siguiente etapa en la cadena de descomposición, también generan radón, un gas radiactivo pesado, inerte y de origen natural. Además, el calor de descomposición del torio y sus productos de descomposición (p. Ej., Radón, radio, etc.) contribuye al calentamiento del núcleo de la Tierra. Junto con el uranio y el potasio-40 en el manto de la Tierra, se cree que estos elementos son la principal fuente de calor que mantiene el núcleo líquido de la Tierra.

Tipos de descomposición en series de torio

Dentro de cada serie radiactiva, hay dos modos principales de desintegración radiactiva:

• Decaimiento alfa . La desintegración alfa representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio. Las partículas alfa consisten en dos protones y dos neutrones unidos en una partícula idéntica a un núcleo de helio. Debido a su gran masa (más de 7000 veces la masa de la partícula beta) y su carga, ioniza mucho el material y tiene un rango muy corto .
• Desintegración beta . La desintegración beta o desintegración β representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión de la partícula beta. Las partículas beta son electrones o positrones de alta energía y alta velocidad emitidos por ciertos tipos de núcleos radiactivos como el potasio-40. Las partículas beta tienen un mayor rango de penetración que las partículas alfa, pero aún mucho menos que los rayos gamma. Las partículas beta emitidas son una forma de radiación ionizante también conocida como rayos beta. La producción de partículas beta se denomina desintegración beta.

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Este artículo se basa en la traducción automática del artículo original en inglés. Para más información vea el artículo en inglés. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducción, envíela a: translations@nuclear-power.com o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.

Las series radiactivas (conocidas también como cascadas radiactivas) son tres cadenas de desintegración radiactiva que ocurren naturalmente y una cadena de desintegración radiactiva artificial de núcleos atómicos pesados ​​inestables que se desintegran a través de una secuencia de desintegraciones alfa y beta hasta que se logra un núcleo estable. La mayoría de los radioisótopos no se descomponen directamente a un estado estable y todos los isótopos dentro de la serie se descomponen de la misma manera. En la física de las desintegraciones nucleares, el núcleo desintegrante generalmente se conoce como el núcleo padre y el núcleo que queda después del evento como el núcleo hijo . Dado que la desintegración alfa representa la desintegración de unnúcleo primario a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio (que contiene cuatro nucleones), solo hay cuatro series de desintegración . Por lo tanto, dentro de cada serie, el número de masa de los miembros puede expresarse como cuatro veces un número entero apropiado (n) más la constante para esa serie. Como resultado, la serie de torio se conoce como la serie 4n, la serie de neptunio como la serie 4n + 1, la serie de uranio como la serie 4n + 2 y la serie de actinio como la serie 4n + 3.

Tres de los conjuntos se llaman series naturales o clásicas. El cuarto set, la serie de neptunio, está encabezado por neptunio-237. Sus miembros son producidos artificialmente por reacciones nucleares y no ocurren naturalmente.

• la serie torio (serie 4n) ,
• la serie de uranio (serie 4n + 2) ,
• la serie de actinio (serie 4n + 3) ,
• la serie de neptunio (serie 4n + 1) .

Las series clásicas están encabezadas por núcleos inestables primordiales . Los nucleidos primordiales son nucleidos encontrados en la Tierra que han existido en su forma actual desde antes de que se formara la Tierra. Las cuatro series anteriores consisten en los radioisótopos, que son los descendientes de cuatro núcleos pesados ​​con vidas medias muy largas:

• la serie de torio con torio-232 (con una vida media de 14 mil millones de años),
• la serie de uranio con uranio-238 (que vive por 4,47 mil millones de años),
• la serie de actinio con uranio-235 (con una vida media de 0.7 mil millones de años).
• la serie de neptunio con neptunio-237 (con una vida media de 2 millones de años).

Las vidas medias de todos los núcleos hijos son extremadamente variables, y es difícil representar un rango de escalas de tiempo que van desde segundos individuales hasta miles de millones de años. Dado que los radioisótopos hijos tienen vidas medias diferentes, se alcanza el equilibrio secular después de un tiempo. En la cadena de desintegración larga para un elemento radiactivo natural, como el uranio-238 , donde todos los elementos de la cadena están en equilibrio secular, cada uno de los descendientes ha acumulado una cantidad de equilibrio y toda la desintegración a la velocidad establecida por el padre original Si se logra el equilibrio, cada isótopo hijo sucesivo está presente en proporción directa a su vida media. Desde su actividad es inversamente proporcional a su vida media, cada nucleido en la cadena de descomposición finalmente contribuye con tantas transformaciones individuales como la cabeza de la cadena.

Como se puede ver en las figuras, la ramificación ocurre en las cuatro series radiactivas. Eso significa que la descomposición de una especie determinada puede ocurrir en más de una forma. Por ejemplo, en la serie de torio, el bismuto-212 decae parcialmente por emisión beta negativa a polonio-212 y parcialmente por emisión alfa a talio-206.

La cascada radiactiva influye significativamente en la radiactividad ( desintegraciones por segundo) de muestras naturales y materiales naturales. Todos los descendientes están presentes, al menos de manera transitoria, en cualquier muestra natural, ya sea de metal, compuesto o mineral. Por ejemplo, el uranio 238 puro es débilmente radiactivo (proporcional a su larga vida media), pero un mineral de uranio es aproximadamente 13 veces más radiactivo que el metal puro de uranio 238 debido a sus isótopos hijos (por ejemplo, radón, radio, etc.) contiene. Los isótopos de radio inestables no solo son importantes emisores de radioactividad, sino que, como la siguiente etapa en la cadena de descomposición, también generan radón, un gas radiactivo pesado, inerte y de origen natural. Además, el calor de descomposición del uranio y sus productos de descomposición (por ejemplo, radón, radio, etc.) contribuye al calentamiento del núcleo de la Tierra.

Ver también: equilibrio radiactivo

Tipos de decadencia

Dentro de cada serie radiactiva, hay dos modos principales de desintegración radiactiva:

• Decaimiento alfa . La desintegración alfa representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio. Las partículas alfa consisten en dos protones y dos neutrones unidos en una partícula idéntica a un núcleo de helio. Debido a su gran masa (más de 7000 veces la masa de la partícula beta) y su carga, ioniza mucho el material y tiene un rango muy corto .
• Desintegración beta . La desintegración beta o desintegración β representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión de la partícula beta. Las partículas beta son electrones o positrones de alta energía y alta velocidad emitidos por ciertos tipos de núcleos radiactivos como el potasio-40. Las partículas beta tienen un mayor rango de penetración que las partículas alfa, pero aún mucho menos que los rayos gamma. Las partículas beta emitidas son una forma de radiación ionizante también conocida como rayos beta. La producción de partículas beta se denomina desintegración beta.

Serie Torio

La serie de torio es una de las tres series radiactivas clásicas que comienzan con torio 232 natural . Esta cadena de desintegración radiactiva consiste en núcleos atómicos pesados ​​inestables que se desintegran a través de una secuencia de desintegraciones alfa y beta hasta lograr un núcleo estable. En el caso de las series de torio, el núcleo estable es plomo-208.

Dado que la desintegración alfa representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio (que contiene cuatro nucleones), solo hay cuatro series de desintegración. Por lo tanto, dentro de cada serie, el número de masa de los miembros puede expresarse como cuatro veces un número entero apropiado (n) más la constante para esa serie. Como resultado, la serie de torio se conoce como la serie 4n .

La energía total liberada del torio 232 al plomo 208, incluida la energía perdida por los neutrinos , es de 42,6 MeV.

Serie de neptunio

La serie de neptunio es una serie radiactiva que comienza con neptunio-237. Sus miembros son producidos artificialmente por reacciones nucleares y no ocurren naturalmente, porque la vida media del isótopo más longevo de la serie es corta en comparación con la edad de la Tierra. Esta cadena de desintegración radiactiva consiste en núcleos atómicos pesados ​​inestables que se desintegran a través de una secuencia de desintegraciones alfa y beta hasta lograr un núcleo estable. En el caso de las series de neptunio, el núcleo estable es bismuto-209 (con una vida media de 1.9E19 años) y talio-205.

Dado que la desintegración alfa representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio (que contiene cuatro nucleones), solo hay cuatro series de desintegración. Por lo tanto, dentro de cada serie, el número de masa de los miembros puede expresarse como cuatro veces un número entero apropiado (n) más la constante para esa serie. Como resultado, la serie de neptunio se conoce como la serie 4n + 1 .

La energía total liberada del neptunio-237 al talio-205, incluida la energía perdida por los neutrinos , es de 50.0 MeV.

En algún tipo de detectores de humo, puede encontrar radionucleidos de esta serie. Los detectores de humo por ionización generalmente usan un radioisótopo, típicamente americio-241 , para ionizar el aire y detectar humo. En este caso, el americio-241 se descompone en neptunio-237 y, de hecho, es miembro de la serie de neptunio.

Serie de uranio

La serie de uranio , conocida también como serie de radio, es una de las tres series radiactivas clásicas que comienzan con el uranio 238 natural . Esta cadena de desintegración radiactiva consiste en núcleos atómicos pesados ​​inestables que se desintegran a través de una secuencia de desintegraciones alfa y beta hasta lograr un núcleo estable. En el caso de la serie de uranio, el núcleo estable es plomo-206.

Dado que la desintegración alfa representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio (que contiene cuatro nucleones), solo hay cuatro series de desintegración. Por lo tanto, dentro de cada serie, el número de masa de los miembros puede expresarse como cuatro veces un número entero apropiado (n) más la constante para esa serie. Como resultado, la serie de uranio se conoce como la serie 4n + 2 .

La energía total liberada del uranio 238 al plomo 206, incluida la energía perdida por los neutrinos , es de 51.7 MeV.

Serie de uranio y uranio-234

El isótopo de uranio-234 es miembro de esta serie. Este isótopo tiene una vida media de solo 2.46 × 10 ⁵ años y, por lo tanto, no pertenece a los nucleidos primordiales (a diferencia de ²³⁵ U y ²³⁸ U ). Por otra parte, este isótopo está todavía presente en la corteza terrestre, pero esto se debe al hecho de ²³⁴ U es un producto de la desintegración indirecta de ²³⁸ U . ²³⁸ U decae a través de la desintegración alfa en ²³⁴ U. ²³⁴U se desintegra a través de la desintegración alfa en 230Th, excepto una fracción muy pequeña (del orden de ppm) de núcleos que se desintegra por fisión espontánea.

En una muestra natural de uranio, estos núcleos están presentes en las proporciones inalterables del equilibrio radiactivo de la filiación de ²³⁸ U en una proporción de un átomo de ²³⁴ U para aproximadamente 18 500 núcleos de ²³⁸ U. Como resultado de este equilibrio, estos dos Los isótopos ( ²³⁸ U y ²³⁴ U) contribuyen igualmente a la radioactividad del uranio natural.

Serie Actinium

La serie de actinio es una de las tres series radiactivas clásicas que comienzan con el uranio 235 natural . Esta cadena de desintegración radiactiva consiste en núcleos atómicos pesados ​​inestables que se desintegran a través de una secuencia de desintegraciones alfa y beta hasta lograr un núcleo estable. En el caso de las series de actinio, el núcleo estable es plomo-207.

Dado que la desintegración alfa representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio (que contiene cuatro nucleones), solo hay cuatro series de desintegración. Por lo tanto, dentro de cada serie, el número de masa de los miembros puede expresarse como cuatro veces un número entero apropiado (n) más la constante para esa serie. Como resultado, la serie de actinio se conoce como la serie 4n + 3 .

La energía total liberada del uranio 235 al plomo 207, incluida la energía perdida por los neutrinos, es de 46,4 MeV.

En física, una cadena de desintegración radiactiva es una secuencia de núcleos atómicos inestables y sus modos de desintegración , lo que conduce a un núcleo estable. Las fuentes de estos núcleos inestables son diferentes, pero la mayoría de los ingenieros se ocupan de las cadenas de desintegración radiactiva que se producen de forma natural conocidas como series radiactivas . Tenga en cuenta que, en los reactores nucleares , hay muchos tipos de cadenas de descomposición de fragmentos de fisión . Los fragmentos de fisión son altamente inestables (radiactivos) y sufren más desintegraciones radiactivas para estabilizarse. Estas cadenas de desintegración «artificiales» no pertenecen a la serie radioactiva natural.

Serie Radioactiva – Cascada Radioactiva

Las series radiactivas (conocidas también como cascadas radiactivas) son tres cadenas de desintegración radiactiva que ocurren naturalmente  y una cadena  de desintegración radiactiva artificial de núcleos atómicos pesados ​​inestables que se desintegran a través de una secuencia de desintegraciones alfa y beta hasta que se logra un núcleo estable. La mayoría de los radioisótopos no se descomponen directamente a un estado estable y todos los isótopos dentro de la serie se descomponen de la misma manera. En la física de las desintegraciones nucleares, el núcleo desintegrante generalmente se conoce como el núcleo padre y el núcleo que queda después del evento como el núcleo hijo . Dado que la desintegración alfa representa la desintegración de unnúcleo primario a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio (que contiene cuatro nucleones), solo hay cuatro series de desintegración . Por lo tanto, dentro de cada serie, el número de masa de los miembros puede expresarse como cuatro veces un número entero apropiado (n) más la constante para esa serie. Como resultado, la serie de torio se conoce como la serie 4n, la serie de neptunio como la serie 4n + 1, la serie de uranio como la serie 4n + 2 y la serie de actinio como la serie 4n + 3.

Tres de los conjuntos se llaman series naturales o clásicas. El cuarto set, la serie de neptunio, está encabezado por neptunio-237. Sus miembros son producidos artificialmente por reacciones nucleares y no ocurren naturalmente.

• la serie torio (serie 4n) ,
• la serie de uranio (serie 4n + 2) ,
• la serie de actinio (serie 4n + 3) ,
• la serie de neptunio (serie 4n + 1) .

Las series clásicas están encabezadas por núcleos inestables primordiales . Los nucleidos primordiales son nucleidos encontrados en la Tierra que han existido en su forma actual desde antes de que se formara la Tierra. Las cuatro series anteriores consisten en los radioisótopos, que son los descendientes de cuatro núcleos pesados ​​con vidas medias muy largas:

• la serie de torio con torio-232 (con una vida media de 14 mil millones de años),
• la serie de uranio con uranio-238 (que vive por 4,47 mil millones de años),
• la serie de actinio con uranio-235 (con una vida media de 0.7 mil millones de años).
• la serie de neptunio con neptunio-237 (con una vida media de 2 millones de años).

Las vidas medias de todos los núcleos hijos son extremadamente variables, y es difícil representar una gama de escalas de tiempo que van desde segundos individuales hasta miles de millones de años. Como los radioisótopos hijos tienen semividas diferentes, se alcanza el equilibrio secular después de un tiempo. En la larga cadena de desintegración de un elemento radiactivo natural, como el uranio-238 , donde todos los elementos de la cadena están en equilibrio secular, cada uno de los descendientes ha acumulado una cantidad de equilibrio y toda la desintegración a la velocidad establecida por el padre original Si se logra el equilibrio, cada isótopo hijo sucesivo está presente en proporción directa a su vida media. Desde su actividad es inversamente proporcional a su vida media, cada nucleido en la cadena de descomposición finalmente contribuye con tantas transformaciones individuales como la cabeza de la cadena.

Como se puede ver en las figuras, la ramificación ocurre en las cuatro series radiactivas. Eso significa que la descomposición de una especie dada puede ocurrir de más de una manera. Por ejemplo, en la serie de torio, el bismuto-212 se descompone parcialmente por emisión beta negativa a polonio-212 y parcialmente por emisión alfa a talio-206.

La cascada radiactiva influye significativamente en la radiactividad ( desintegraciones por segundo) de muestras naturales y materiales naturales. Todos los descendientes están presentes, al menos transitoriamente, en cualquier muestra natural, ya sea de metal, compuesto o mineral. Por ejemplo, el uranio 238 puro es débilmente radiactivo (proporcional a su larga vida media), pero un mineral de uranio es aproximadamente 13 veces más radiactivo que el metal de uranio 238 puro debido a sus isótopos hijos (por ejemplo, radón, radio, etc.) contiene. Los isótopos de radio inestables no solo son importantes emisores de radioactividad, sino que, como la siguiente etapa en la cadena de descomposición, también generan radón, un gas radiactivo pesado, inerte y de origen natural. Además, el calor de descomposición del uranio y sus productos de descomposición (p. Ej., Radón, radio, etc.) contribuye al calentamiento del núcleo de la Tierra.

Tipos de decadencia

Dentro de cada serie radiactiva, hay dos modos principales de desintegración radiactiva:

• Decaimiento alfa . La desintegración alfa  representa la desintegración de un  núcleo padre  a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio. Las partículas alfa  consisten en dos protones y dos  neutrones  unidos en una partícula idéntica a un núcleo de helio. Debido a su gran masa (más de 7000 veces la masa de la partícula beta) y su carga,  ioniza mucho el  material y tiene un  rango muy corto .
• Desintegración beta . La desintegración beta  o  desintegración β  representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión de la partícula beta. Las partículas beta son electrones o positrones de alta energía y alta velocidad emitidos por ciertos tipos de núcleos radiactivos como el potasio-40. Las partículas beta tienen un  mayor rango  de penetración que las partículas alfa, pero aún mucho menos que los rayos gamma. Las partículas beta emitidas son una forma de radiación ionizante también conocida como rayos beta. La producción de partículas beta se denomina desintegración beta.

Serie Torio

La serie de torio es una de las tres series radiactivas clásicas que comienzan con torio 232 natural . Esta cadena de desintegración radiactiva consiste en núcleos atómicos pesados ​​inestables que se desintegran a través de una secuencia de desintegraciones alfa y beta hasta lograr un núcleo estable. En el caso de las series de torio, el núcleo estable es plomo-208.

Dado que la desintegración alfa representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio (que contiene cuatro nucleones), solo hay cuatro series de desintegración. Por lo tanto, dentro de cada serie, el número de masa de los miembros puede expresarse como cuatro veces un número entero apropiado (n) más la constante para esa serie. Como resultado, la serie de torio se conoce como la serie 4n .

La energía total liberada del torio 232 al plomo 208, incluida la energía perdida por los neutrinos , es de 42,6 MeV.

Serie de neptunio

La serie de neptunio es una serie radiactiva que comienza con neptunio-237. Sus miembros son producidos artificialmente por reacciones nucleares y no ocurren naturalmente, porque la vida media del isótopo más longevo de la serie es corta en comparación con la edad de la Tierra. Esta cadena de desintegración radiactiva consiste en núcleos atómicos pesados ​​inestables que se desintegran a través de una secuencia de desintegraciones alfa y beta hasta lograr un núcleo estable. En el caso de las series de neptunio, el núcleo estable es bismuto-209 (con una vida media de 1.9E19 años) y talio-205.

Dado que la desintegración alfa representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio (que contiene cuatro nucleones), solo hay cuatro series de desintegración. Por lo tanto, dentro de cada serie, el número de masa de los miembros puede expresarse como cuatro veces un número entero apropiado (n) más la constante para esa serie. Como resultado, la serie de neptunio se conoce como la serie 4n + 1 .

La energía total liberada del neptunio-237 al talio-205, incluida la energía perdida por los neutrinos , es de 50.0 MeV.

En algún tipo de detectores de humo, puede encontrar radionucleidos de esta serie. Los detectores de humo por ionización generalmente usan un radioisótopo, típicamente americio-241 , para ionizar el aire y detectar humo. En este caso, el americio-241 se descompone en neptunio-237 y, de hecho, es miembro de la serie de neptunio.

Serie de uranio

La serie de uranio , conocida también como serie de radio, es una de las tres series radiactivas clásicas que comienzan con el uranio 238 natural . Esta cadena de desintegración radiactiva consiste en núcleos atómicos pesados ​​inestables que se desintegran a través de una secuencia de desintegraciones alfa y beta hasta lograr un núcleo estable. En el caso de la serie de uranio, el núcleo estable es plomo-206.

Dado que la desintegración alfa representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio (que contiene cuatro nucleones), solo hay cuatro series de desintegración. Por lo tanto, dentro de cada serie, el número de masa de los miembros puede expresarse como cuatro veces un número entero apropiado (n) más la constante para esa serie. Como resultado, la serie de uranio se conoce como la serie 4n + 2 .

La energía total liberada del uranio 238 al plomo 206, incluida la energía perdida por los neutrinos , es de 51.7 MeV.

Serie de uranio y uranio-234

El isótopo de uranio-234 es miembro de esta serie. Este isótopo tiene una vida media de solo 2.46 × 10 ⁵ años y, por lo tanto, no pertenece a los nucleidos primordiales (a diferencia de ²³⁵ U y ²³⁸ U ). Por otra parte, este isótopo está todavía presente en la corteza terrestre, pero esto se debe al hecho de ²³⁴ U es un producto de la desintegración indirecta de ²³⁸ U . ²³⁸ U decae a través de la desintegración alfa en ²³⁴ U. ²³⁴U se desintegra a través de la desintegración alfa en 230Th, excepto una fracción muy pequeña (del orden de ppm) de núcleos que se desintegra por fisión espontánea.

En una muestra natural de uranio, estos núcleos están presentes en las proporciones inalterables del equilibrio radiactivo de la filiación de ²³⁸ U en una proporción de un átomo de ²³⁴ U para aproximadamente 18 500 núcleos de ²³⁸ U. Como resultado de este equilibrio, estos dos Los isótopos ( ²³⁸ U y ²³⁴ U) contribuyen igualmente a la radioactividad del uranio natural.

Serie Actinium

La serie de actinio es una de las tres series radiactivas clásicas que comienzan con el uranio 235 natural . Esta cadena de desintegración radiactiva consiste en núcleos atómicos pesados ​​inestables que se desintegran a través de una secuencia de desintegraciones alfa y beta hasta lograr un núcleo estable. En el caso de las series de actinio, el núcleo estable es plomo-207.

Dado que la desintegración alfa representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio (que contiene cuatro nucleones), solo hay cuatro series de desintegración. Por lo tanto, dentro de cada serie, el número de masa de los miembros puede expresarse como cuatro veces un número entero apropiado (n) más la constante para esa serie. Como resultado, la serie de actinio se conoce como la serie 4n + 3 .

La energía total liberada del uranio 235 al plomo 207, incluida la energía perdida por los neutrinos, es de 46,4 MeV.

Los rayos X , también conocidos como radiación X , se refieren a la radiación electromagnética (sin masa en reposo, sin carga) de altas energías. Los rayos X son fotones de alta energía con longitudes de onda cortas y, por lo tanto, de muy alta frecuencia. La frecuencia de radiación es el parámetro clave de todos los fotones, porque determina la energía de un fotón. Los fotones se clasifican de acuerdo con las energías de las ondas de radio de baja energía y la radiación infrarroja, a través de la luz visible, hasta los rayos X de alta energía y los rayos gamma .

La mayoría de los rayos X tienen una longitud de onda que varía de 0.01 a 10 nanómetros (3 × 10 ¹⁶ Hz a 3 × 10 ¹⁹ Hz), correspondiente a energías en el rango de 100 eV a 100 keV. Las longitudes de onda de los rayos X son más cortas que las de los rayos UV y generalmente más largas que las de los rayos gamma. La distinción entre rayos X y rayos gamma no es tan simple y ha cambiado en las últimas décadas. Según la definición actualmente válida, los rayos X son emitidos por electrones fuera del núcleo, mientras que los rayos gamma son emitidos por el núcleo .

Capa de valor medio

La capa de valor medio expresa el espesor del material absorbente necesario para la reducción de la intensidad de radiación incidente en un factor de dos . Hay dos características principales de la capa de valor medio:

• La capa de valor medio disminuye a medida que aumenta el número atómico del absorbedor. Por ejemplo, se necesitan 35 m de aire para reducir la intensidad de un haz de rayos X de 100 keV en un factor de dos, mientras que solo 0,12 mm de plomo pueden hacer lo mismo.
• La capa de valor medio para todos los materiales aumenta con la energía de los rayos X. Por ejemplo, desde 0,26 cm para hierro a 100 keV hasta aproximadamente 0,64 cm a 200 keV.

Capa de valor medio – Ejemplo:

¿Qué cantidad de agua requiere, si desea reducir la intensidad de un haz de rayos X monoenergético ( haz estrecho ) de 100 keV al 1% de su intensidad incidente? La capa de valor medio para rayos X de 100 keV en agua es de 4,15 cm y el coeficiente de atenuación lineal para rayos X de 100 keV en agua es de 0,167 cm ^-1 . El problema es bastante simple y puede describirse mediante la siguiente ecuación:

Si la capa de valor medio para el agua es 4,15 cm, el coeficiente de atenuación lineal es:Ahora podemos usar la ecuación de atenuación exponencial: