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Qué es la radiografía – Producción – Tubo de rayos X – Definición

Los rayos X pueden ser generados por un tubo de rayos X, un tubo de vacío que utiliza un alto voltaje para acelerar los electrones liberados por un cátodo caliente a una alta velocidad. Rayos X – Producción – Tubo de rayos X

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 según 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 típicamente más largas que las de los rayos gamma.

Rayos X – Producción

Tubo de rayos X - producción de rayos XDado que los rayos X son fotones de alta energía , que tienen naturaleza electromagnética , se pueden producir siempre que partículas cargadas (electrones o iones) de suficiente energía golpean un material. Es similar al efecto fotoeléctrico , donde los fotones pueden ser aniquilados cuando golpean la placa de metal, cada uno entregando su energía cinética a un electrón .

Los rayos X pueden ser generados por un tubo de rayos X , un tubo de vacío que utiliza un alto voltaje para acelerar los electrones liberados por un cátodo caliente a una alta velocidad. El cátodo debe calentarse para emitir electrones. Los electrones, acelerados por diferencias potenciales de decenas de miles de voltios, apuntan a un objetivo metálico (generalmente hecho de tungsteno u otro metal pesado) en un tubo de vacío. Cuanto mayor sea el voltaje entre los electrodos, mayor energía alcanzarán los electrones. Al alcanzar el objetivo, los electrones acelerados se detienen abruptamente y los rayos Xy se generan calor. La mayor parte de la energía se transforma en calor en el ánodo (que debe enfriarse). Solo el 1% de la energía cinética de los electrones se convierte en rayos X. Los rayos X generalmente se generan perpendiculares a la trayectoria del haz de electrones.

Una fuente especializada de rayos X que se está utilizando ampliamente en la investigación es el acelerador de partículas, que genera radiación conocida como radiación sincrotrón . Cuando las partículas cargadas ultra-relativistas se mueven a través de campos magnéticos, se ven obligadas a moverse a lo largo de un camino curvo. Dado que su dirección de movimiento cambia continuamente, también están acelerando y emiten bremsstrahlung, en este caso se denomina radiación sincrotrón .

Los rayos X también pueden ser producidos por protones rápidos u otros iones positivos. La emisión de rayos X inducida por protones o la emisión de rayos X inducida por partículas se usa ampliamente como un procedimiento analítico.

Rayos X blandos y duros

Los rayos X generalmente se describen por su energía máxima, que está determinada por el voltaje entre los electrodos. Los rayos X con altas energías fotónicas (superiores a 5–10 keV) se denominan rayos X duros , mientras que los que tienen una energía más baja (y una longitud de onda más larga) se denominan rayos X blandos . Debido a su capacidad de penetración, los rayos X duros se usan ampliamente para obtener imágenes del interior de objetos visualmente opacos. Las aplicaciones más vistas son en radiografía médica. Dado que las longitudes de onda de los rayos X duros son similares al tamaño de los átomos, también son útiles para determinar las estructuras cristalinas mediante cristalografía de rayos X. Por el contrario, las radiografías suaves se absorben fácilmente en el aire. La longitud de atenuación de los rayos X de 600 eV en el agua es inferior a 1 micrómetro.

Espectro de rayos X: característico y continuo

Espectro de rayos X: característico y continuoPara los rayos X generados por el tubo de rayos X, la parte de energía que se transforma en radiación varía desde cero hasta la energía máxima del electrón cuando golpea el ánodo. La energía máxima del fotón de rayos X producido está limitada por la energía del electrón incidente, que es igual al voltaje en el tubo multiplicado por la carga de electrones, por lo que un tubo de 100 kV no puede crear rayos X con una energía superior a 100 keV. Cuando los electrones alcanzan el objetivo, los rayos X son creados por dos procesos atómicos diferentes:

  • Bremsstrahlung . El bremsstrahlung es la radiación electromagnética producida por la aceleración o desaceleración de un electrón cuando es desviada por fuertes campos electromagnéticos de núcleos de alta Z (número de protones) objetivo. El nombre bremsstrahlung proviene del alemán. La traducción literal es ‘radiación de frenado’ . Según la teoría clásica, cuando una partícula cargada se acelera o desacelera, debe irradiar energía. El bremsstrahlung es una de las posibles interacciones de partículas cargadas de luz con la materia (especialmente con números atómicos altos) Estas radiografías tienen un espectro continuo. La intensidad de los rayos X aumenta linealmente con frecuencia decreciente, desde cero a la energía de los electrones incidentes, el voltaje en el tubo de rayos X. Cambiar el material del que está hecho el objetivo en el tubo no tiene ningún efecto sobre el espectro de esta radiación continua. Si tuviéramos que cambiar de un objetivo de molibdeno a un objetivo de cobre, por ejemplo, todas las características del espectro de rayos X cambiarían, excepto la longitud de onda de corte.
  • Emisión característica de rayos X. Si el electrón tiene suficiente energía, puede expulsar un electrón orbital de la capa interna de electrones de un átomo de metal. Dado que el proceso deja una vacante en el nivel de energía de los electrones del cual proviene el electrón, los electrones externos del átomo caen en cascada para llenar los niveles atómicos más bajos, y generalmente se emiten uno o más rayos X característicos . Como resultado, aparecen picos de intensidad bruscos en el espectro a longitudes de onda que son características del material del que está hecho el objetivo anódico. Las frecuencias de los rayos X característicos se pueden predecir a partir del modelo de Bohr.

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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.

¿Qué son las características de los rayos X / radiación? – Definición

Las características clave de los rayos X se resumen en los siguientes puntos: Los rayos X son fotones de alta energía. Los rayos X ionizan la materia mediante ionización indirecta. Características de los rayos X – Propiedades

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 según 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 típicamente más largas que las de los rayos gamma.

Dado que los rayos X (especialmente los rayos X duros) están en una sustancia de fotones de alta energía, son materia muy penetrante y, por lo tanto, biológicamente peligrosos. Los rayos X pueden viajar miles de pies en el aire y pueden pasar fácilmente por el cuerpo humano.

Características de los rayos X – Propiedades

Las características clave de los rayos X se resumen en los siguientes puntos:

  • Tubo de rayos X - producción de rayos XLos rayos X son fotones de alta energía (aproximadamente 100 – 1 000 veces más energía que los fotones visibles), los mismos fotones que los fotones que forman el rango visible del espectro electromagnético: la luz.
  • Los rayos X generalmente se describen por su energía máxima, que está determinada por el voltaje entre los electrodos. Puede variar desde aproximadamente 20 kV hasta 300 kV. La radiación con bajo voltaje se llama » suave «, y la radiación con alto voltaje se llama » dura «.
  • Los fotones (rayos gamma y rayos X) pueden ionizar átomos directamente (a pesar de que son eléctricamente neutros) a través del efecto fotoeléctrico y el efecto Compton, pero la ionización secundaria (indirecta) es mucho más significativa.
  • Los rayos X ionizan la materia mediante ionización indirecta .
  • Aunque se conoce una gran cantidad de posibles interacciones, existen tres mecanismos clave de interacción con la materia.
    • Efecto fotoeléctrico
    • Dispersión de Compton
    • la dispersión de Rayleigh
  • Espectro de rayos X: característico y continuoLos rayos X viajan a la velocidad de la luz y pueden viajar cientos de metros en el aire antes de gastar su energía.
  • Como los rayos X duros son materia muy penetrante, deben estar protegidos por materiales muy densos, como el plomo o el uranio.
  • 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 .
  • Para los rayos X generados por el tubo de rayos X, existen dos tipos diferentes de espectros de rayos X:
    • Bremsstrahlung
    • Rayos X característicos
  • Los rayos X característicos acompañan con frecuencia algunos tipos de desintegración nuclear, como la conversión interna y la captura de electrones .

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¿Qué es el descubrimiento de rayos X? – Wilhelm Conrad Röntgen – Definición

Los rayos X fueron descubiertos el 8 de noviembre de 1895 por el profesor de física alemán Wilhelm Conrad Röntgen en la Universidad de Würtzburg en Alemania. Descubrimiento de rayos X

Descubrimiento de rayos X – Wilhelm Conrad Röntgen

Descubrimiento de rayos X - Roentgen
Hand mit Ringen (Mano con anillos): impresión de la primera radiografía «médica» de Wilhelm Röntgen, de la mano de su esposa, tomada el 22 de diciembre de 1895 y presentada a Ludwig Zehnder del Physik Institut, Universidad de Friburgo, el 1 de enero de 1896
Fuente : wikipedia.org Licencia: Dominio público

Los rayos X fueron descubiertos el 8 de noviembre de 1895 por el profesor de física alemán Wilhelm Conrad Röntgenen la Universidad de Würtzburg en Alemania. Estaba estudiando descargas eléctricas en tubos de vidrio llenos de varios gases a muy bajas presiones. En estos experimentos, Röntgen había cubierto el tubo con papel negro y había oscurecido la habitación. Luego descubrió que un trozo de papel pintado con un tinte fluorescente, a cierta distancia del tubo, brillaría cuando encendiera el alto voltaje entre los electrodos en el tubo. Se dio cuenta de que había producido una «luz invisible», o rayo, previamente desconocido, que emitía el tubo y un rayo capaz de atravesar el papel grueso que cubría el tubo. Röntgen se refirió a la radiación como «X», para indicar que se trataba de un tipo desconocido de radiación.

Al darse cuenta de la importancia de su descubrimiento, Röntgen centró toda su atención en el estudio de esta nueva radiación que tenía la propiedad inusual de pasar a través del papel negro. A través de experimentos adicionales, también descubrió que el nuevo rayo atravesaría la mayoría de las sustancias proyectando sombras de objetos sólidos como bloques de madera, libros e incluso su mano. Descubrió que los rayos X se propagan en líneas rectas desde las cuales no son desviados por campos eléctricos ni magnéticos. La primera imagen de rayos X era una imagen de la mano de su esposa en una placa fotográfica formada debido a los rayos X. Su descubrimiento se extendió rápidamente por todo el mundo y Wilhelm Conrad Röntgen recibió el primer Premio Nobel de Física por su descubrimiento.

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¿Qué es la fisión espontánea? Definición

La fisión espontánea es un proceso de desintegración, en el cual un núcleo inestable se divide espontáneamente y al azar en partes más pequeñas (núcleos más claros). Las fisiones espontáneas liberan neutrones como lo hacen todas las fisiones. Dosimetría de radiación

En general, la fisión nuclear es una reacción nuclear en la que el núcleo de un átomo se divide en partes más pequeñas (núcleos más ligeros). El proceso de fisión a menudo produce neutrones y fotones libres (en forma de rayos gamma ) y libera una gran cantidad de energía . En física nuclear, la fisión nuclear es una reacción nuclear o un proceso de desintegración radiactiva . El caso del proceso de descomposición se llama fisión espontánea  y es un proceso muy raro.

La fisión espontánea también es posible si estudiamos la curva de unión nuclear . Este tipo de descomposición es energéticamente posible para un núcleo que tiene A> 100. Aunque se espera que la fisión espontánea sea más probable a medida que aumenta el número de masa, todavía es un proceso muy raro incluso en uranio.

La fisión espontánea es factible durante los tiempos de observación práctica solo para números de masa superiores a aproximadamente 232. Por ejemplo, 232 Th, 235 U y 238 U son nucleidos primordiales y han dejado evidencia de sufrir fisión espontánea en sus minerales.

Para elementos transuránicos pesados, la tasa de transición de fisión espontánea aumenta con el número de masa y puede convertirse en el modo de descomposición dominante con números de masa superiores a 260.

Del mismo modo que para la desintegración alfa , también se produce una fisión espontánea debido al túnel cuántico . Las fisión espontáneas liberan neutrones como lo hacen todas las fisión, por lo que contribuye al flujo de neutrones en un reactor subcrítico . Los radioisótopos para los cuales la fisión espontánea no es despreciable pueden usarse como fuentes de neutrones. Por ejemplo, se puede usar californio-252 (vida media 2.645 años, relación de rama SF aproximadamente 3.1 por ciento) para este propósito.

La fisión espontánea de los isótopos naturales de uranio (uranio-238 y uranio-235) deja rastros de daño en la estructura cristalina de los minerales que contienen uranio cuando los fragmentos de fisión retroceden a través de ellos. Una técnica de datación radiométrica basada en el análisis de estos rastros o huellas de daños, dejadas por fragmentos de fisión en ciertos minerales y vidrios que contienen uranio, se conoce como datación por pista de fisión .

Fisión espontánea de ciertos núcleos

Los principales isótopos, que deben considerarse en el ciclo del combustible de todos los reactores comerciales de agua ligera, son:

Isótopos de uranio

  • 238 T . 238U pertenece al grupo deisótopos fértiles238U decae a través dela desintegración alfaa234Th con una vida media de ~ 4.5 × 109años. 238U ocasionalmente decae por fisión espontánea con una probabilidad de 0.000055%. Su actividad específica es muy baja ~ 3.4 × 10-7 Ci / g.
  • 235 U . 235U pertenece al grupo deisótopos fisionables. De hecho,235U es el único núcleo fisible existente de los isótopos naturales y, por lo tanto, es un material altamente estratégico. 235U se descompone a través de la desintegración alfa (por medio del torio-231) en231Pa con una vida media de ~ 7 × 108años. 235U ocasionalmente decae por fisión espontánea con muy baja probabilidad de 0.0000000072%. Su actividad específica es muy baja ~ 2.2 × 10-6 Ci / g.
  • 234 T . 234U pertenece al grupo deisótopos fértiles234U decae por desintegración alfa a230Th con una vida media de 246 000 años. 234U ocasionalmente decae por fisión espontánea con muy baja probabilidad de 0.0000000017%. Su actividad específica es mucho más alta ~ 0.0063 Ci / g.

Isótopos de plutonio

  • 238 Pu . 238 Pu pertenece al grupo de isótopos fértiles. 238 Pu decae por desintegración alfa a 234 U  con una vida media de 87.7 años. 238 Pu genera un calor de descomposición muy alto y tiene una tasa muy alta de fisión espontánea.
  • 239 Pu . 239Pu pertenece al grupo de isótopos fisionables. 239Pu decae a través de la desintegración alfa a 235 U con una vida media de 24100 años. Este isótopo es el principal isótopo fisionable en uso.
  • 240 Pu . 240Pu pertenece al grupo deisótopos fértilesLadescomposición de240Pu a través de la desintegración alfa a 236 U con una vida media de 6560 años. 240Pu tiene una tasa muy alta de fisión espontánea y tiene una sección transversal de captura radiativa alta para neutrones térmicos y también para resonancia.
  • 241 Pu . 241Pu pertenece al grupo de los isótopos fisionables. 241Pu decae a través de la desintegración beta negativa a241am con una vida media de 14.3 años. Este isótopo fisionable se descompone en isótopo no fisible con una sección transversal de captura radiactiva alta para neutrones térmicos. Un impacto en la reactividad del combustible nuclear es obvio.

Otros isotopos

  • 242 cm. 242 cm de descomposición a través de la desintegración alfa con una vida media de 162 días. 242 cm ocasionalmente se descompone por fisión espontánea con una probabilidad de 0.0000061%.
  • 252 cf. Se pueden usar 252 Cf (vida media 2.645 años, relación de derivación SF aproximadamente 3.1 por ciento) en la fuente primaria de neutrones para un mejor monitoreo de las operaciones de arranque y apagado del reactor cuando el reactor es subcrítico.
JANIS - Half-Life - Fisión espontánea
Fuente de datos: JANIS (software de información de datos nucleares basado en Java); La biblioteca de datos nucleares JEFF-3.1.1

Fisión espontánea y neutrones fuente

cría de plutonioEl término » neutrones fuente » se refiere a los neutrones distintos de los neutrones de fisión rápidos o retrasados . En general, provienen de fuentes distintas a la fisión inducida por neutrones. Estos neutrones son muy importantes durante las operaciones de arranque y apagado del reactor cuando el reactor es subcrítico, porque permiten monitorear la subcriticidad de un reactor generalmente a través de detectores de neutrones excore de rango de fuente.

En los reactores nucleares, también la fisión espontánea es muy importante desde este punto de vista. En los conjuntos de combustible nuclear irradiado, hay nucleidos que se someten a un proceso de fisión espontánea. Como se escribió, la fisión espontánea es, de hecho, una forma de desintegración radiactiva que se encuentra solo en elementos químicos muy pesados ​​(especialmente elementos transuránicos). Por ejemplo, 240 Pu tiene una tasa muy alta de fisión espontánea. Para el combustible de alto consumo, los neutrones fuente se proporcionan predominantemente por fisión espontánea de núcleos de curio (Cm-242 y Cm-244).

Fuente primaria de neutrones

A veces, los neutrones fuente deben agregarse artificialmente al sistema. La fuente externa de neutrones contiene un material que emite neutrones y revestimientos para proporcionar una barrera entre el refrigerante del reactor y el material. Las fuentes externas generalmente se cargan directamente en el núcleo del reactor (por ejemplo, en los tubos guía del dedal). Las fuentes de neutrones, que se basan en la fisión espontánea, se conocen como fuentes primarias . La fuente primaria de neutrones no necesita ser irradiada para producir neutrones. Estas fuentes se pueden usar especialmente en el caso de un primer núcleo (es decir, un núcleo que consiste únicamente en combustible nuevo). La fuente primaria de neutrones se basa en la reacción de fisión espontánea. La fuente de fisión espontánea más utilizada es el isótopo radiactivo californio-252. El Cf-252 y todas las demás fuentes de neutrones de fisión espontánea se producen irradiando uranio u otro elemento transuránico en un reactor nuclear, donde los neutrones se absorben en el material de partida y sus productos de reacción posteriores, transmutando el material de partida en el isótopo SF.

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¿Qué es la descomposición alfa vs la decadencia gamma? – Radiactividad – Definición

Alpha Decay vs Gamma Decay. Este artículo resume las principales diferencias entre la desintegración alfa y gamma, que tienen una naturaleza diferente. Los rayos gamma son fotones de alta energía, mientras que las partículas alfa son núcleos de átomos de helio. Dosimetría de radiación

La desintegración alfa  (o desintegración α y también la radiactividad alfa ) representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio. Esta transición puede caracterizarse como:

Alpha Decay - Alpha Radioactivity

Como se puede ver en la figura, la partícula alfa se emite en descomposición alfa. Las partículas alfa son núcleos energéticos de helio . Las partículas alfa consisten en dos protones y dos neutrones unidos en una partícula idéntica a un núcleo de helio. Las partículas alfa son relativamente grandes y tienen una carga positiva doble. No son muy penetrantes y un trozo de papel puede detenerlos. Viajan solo unos pocos centímetros pero depositan todas sus energías a lo largo de sus cortos caminos.

En la práctica, este modo de descomposición solo se ha observado en nucleidos considerablemente más pesados ​​que el níquel, siendo los emisores alfa más ligeros conocidos los isótopos más ligeros (números de masa 106-110) de teluro (elemento 52). En los reactores nucleares, la descomposición alfa ocurre, por ejemplo, en el combustible (descomposición alfa de núcleos pesados). Las partículas alfa son emitidas comúnmente por todos los núcleos radiactivos pesados ​​que se encuentran en la naturaleza ( uranio , torio o radio), así como los elementos transuránicos (neptunio, plutonio o americio).Deterioro de uranio 238.

Teoría de la descomposición alfa – Túnel cuántico

Entre la variedad de canales en los que se desintegra un núcleo, la desintegración alfa ha sido uno de los más estudiados. El canal de desintegración alfa en los núcleos pesados ​​y superpesados ​​ha proporcionado información sobre las propiedades fundamentales de los núcleos lejos de la estabilidad, como sus energías de estado fundamental y la estructura de sus niveles nucleares.

La desintegración alfa es un proceso de túnel cuántico . Para ser emitida, la partícula alfa debe penetrar una barrera potencial. Esto es similar a la descomposición de los conglomerados , en el que un núcleo atómico emite un pequeño «conglomerado» de neutrones y protones (por ejemplo, 12 C).

La altura de la barrera de Coulomb para los núcleos de A «200 es de aproximadamente 20-25 MeV . Las partículas alfa emitidas en la desintegración nuclear tienen energías típicas de aproximadamente 5 MeV. Por un lado, una partícula alfa de 5 MeV entrante se dispersa desde un núcleo pesado y no puede penetrar la barrera de Coulomb y acercarse lo suficiente al núcleo para interactuar a través de la fuerza fuerte. Por otro lado, una partícula alfa de 5 MeV unida en un pozo de potencial nuclear es capaz de tunelizar esa misma barrera de Coulomb.

desintegración alfa - túnel cuánticoEn 1928, George Gamow (e independientemente por Ronald Gurney y Edward Condon ) había resuelto la teoría de la desintegración alfa a través del túnel cuántico.. Asumieron que la partícula alfa y el núcleo hijo existen dentro del núcleo padre antes de su disociación, es decir, la descomposición de los estados cuasiestacionarios (QS). Un estado cuasiestacionario se define como un estado de larga vida que eventualmente decae. Inicialmente, el grupo alfa oscila en el potencial del núcleo hijo, y el potencial de Coulomb impide su separación. La partícula alfa queda atrapada en un pozo potencial por el núcleo. Clásicamente, está prohibido escapar, pero de acuerdo con los (entonces) recién descubiertos principios de la mecánica cuántica, tiene una probabilidad pequeña (pero no nula) de «hacer un túnel» a través de la barrera y aparecer en el otro lado para escapar del núcleo . Utilizando el mecanismo de túnel, Gamow, Condon y Gurney calcularon la penetrabilidad de la partícula α de túnel a través de la barrera de Coulomb, Encontrar las vidas de algunos núcleos emisores α. El principal éxito de este modelo fue la reproducción de la ley semi-empírica de Geiger-Nuttall que expresa las vidas de los emisores α en términos de las energías de las partículas α liberadas. Cabe señalar que otras formas comunes de desintegración (por ejemplo, desintegración beta) se rigen por la interacción entre la fuerza nuclear y la fuerza electromagnética.

Referencia especial: WSC Williams. Física nuclear y de partículas. Clarendon Press; 1 edición, 1991, ISBN: 978-0198520467.

 

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:

Decadencia gamma - Radioactividad gamma - definición

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.

Yodo 131 - esquema de descomposición
Yodo 131 – esquema de descomposición

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, lo que corresponde a los niveles de energía típicos en los núcleos con una vida útil razonablemente larga. 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 ħ), y el proceso conserva la paridad .

Referencia especial: WSC Williams. Física nuclear y de partículas. Clarendon Press; 1 edición, 1991, ISBN: 978-0198520467.

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¿Qué es la decadencia gamma frente a la decadencia beta? – Radiactividad – Definición

Gamma Decay vs Beta Decay. Este artículo resume las principales diferencias entre la desintegración gamma y beta, que tienen una naturaleza diferente. Las partículas beta son electrones de alta energía, mientras que los rayos gamma son fotones de alta energía. Dosimetría de radiación

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:

Decadencia gamma - Radioactividad gamma - definición

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.

Yodo 131 - esquema de descomposición
Yodo 131 – esquema de descomposición

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, lo que corresponde a los niveles de energía típicos en los núcleos con una vida útil razonablemente larga. 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 ħ), y el proceso conserva la paridad .

Referencia especial: WSC Williams. Física nuclear y de partículas. Clarendon Press; 1 edición, 1991, ISBN: 978-0198520467.

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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. Esta transición ( β  decaimiento ) puede ser caracterizado como:

Decaimiento Beta - Radioactividad Beta - definición

Si un núcleo emite una partícula beta, pierde un electrón (o positrón). En este caso, el número de masa del núcleo hijo sigue siendo el mismo, pero el núcleo hijo formará un elemento diferente.

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. Existen las siguientes formas de desintegración beta:

  • Decadencia beta negativa – Decadencia de electrones. En la descomposición de electrones, un núcleo rico en neutrones emite un electrón de alta energía (β  partículas). Los electrones están cargados negativamente de partículas casi sin masa Debido a la ley de conservación de la carga eléctrica, la carga nuclear debe aumentar en una unidad. En este caso, el proceso puede ser representado por: 
  • Decaimiento Beta Positivo – Positron Decay. En la descomposición de positrones, un núcleo rico en protones emite un positrón (los positrones son antipartículas de electrones y tienen la misma masa que los electrones pero carga eléctrica positiva), y por lo tanto reduce la carga nuclear en una unidad. En este caso, el proceso puede representarse mediante: Una aniquilación ocurre cuando un positrón de baja energía colisiona con un electrón de baja energía.
  • Decadencia beta inversa: captura de electrones . La captura de electrones , conocida también como desintegración beta inversa, a veces se incluye como un tipo de desintegración beta, porque el proceso nuclear básico, mediado por la interacción débil, es el mismo. En este proceso, un núcleo rico en protones también puede reducir su carga nuclear en una unidad al absorber un electrón atómico. 

Teoría de la descomposición beta: interacción débil

La desintegración beta se rige por la interacción débil . Durante una desintegración beta de los dos abajo quarks se transforma en un quark arriba emitiendo un W  Higgs (se lleva una carga negativa). El W  Higgs luego se desintegra en un partícula beta y un antineutrino . Este proceso es equivalente al proceso, en el que un neutrino interactúa con un neutrón.

teoría de la desintegración beta - interacción débil

Como se puede ver en la figura, la interacción débil cambia un sabor de quark a otro. Tenga en cuenta que, el modelo estándar cuenta seis sabores de quarks y seis sabores de leptones. La interacción débil es el único proceso en el que un quark puede cambiar a otro quark, o un leptón a otro leptón (cambio de sabor). Ni la interacción fuerte ni electromagnéticapermitir el cambio de sabor. Este hecho es crucial en muchas desintegraciones de partículas nucleares. En el proceso de fusión, que, por ejemplo, alimenta al Sol, dos protones interactúan a través de la fuerza débil para formar un núcleo de deuterio, que reacciona aún más para generar helio. Sin la interacción débil, el diprotón se descompondría en dos protones no unidos de hidrógeno-1 a través de la emisión de protones. Como resultado, el sol no ardería sin él ya que la interacción débil causa la transmutación p -> n.

A diferencia de la desintegración alfa , ni la partícula beta ni su neutrino asociado existen dentro del núcleo antes de la desintegración beta, sino que se crean en el proceso de desintegración. Mediante este proceso, los átomos inestables obtienen una relación más estable de protones a neutrones. La probabilidad de descomposición de un nucleido debido a beta y otras formas de descomposición está determinada por su energía de unión nuclear. Para que la emisión de electrones o positrones sea energéticamente posible, la liberación de energía (ver más abajo) o el valor Q debe ser positivo.

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Qué es la descomposición de protones – Emisión de protones – Definición

La desintegración de protones es un tipo raro de desintegración radiactiva de núcleos que contienen protones en exceso, en los que un protón simplemente es expulsado del núcleo. Dosimetría de radiación
Emisión de protones y neutrones
Ejemplo: descomposición de protones y neutrones
Fuente: JANIS (software de información de datos nucleares basado en Java); La biblioteca de datos nucleares JEFF-3.1.1

La desintegración de protones es un tipo raro de desintegración radiactiva de núcleos que contienen protones en exceso , en los que un protón simplemente es expulsado del núcleo . Este artículo describe principalmente la emisión espontánea de protones (desintegración de protones) y no describe la desintegración de un protón libre. Tenga en cuenta que un protón libre (un protón no unido a nucleones o electrones) es una partícula estable que no se ha observado que se descomponga espontáneamente en otras partículas.

Ver también: estabilidad del protón

La emisión de protones se produce en los nucleidos más ricos en protones / deficientes en neutrones (emisión pronta de protones), y también en estados excitados elevados en un núcleo después de una desintegración beta positiva . Del mismo modo que para la emisión de neutrones , la tasa de emisión de estos neutrones después de una desintegración beta positiva se rige principalmente por la desintegración beta, por lo tanto, esta emisión se conoce como emisión de protones con retraso beta.

Decaimiento de protones - Emisión de protonesEl mecanismo del proceso de descomposición es muy similar a la descomposición alfa . La descomposición de protones también es un proceso de túnel cuántico . Para ser emitido, el protón debe penetrar una barrera potencial. Para que un protón escape de un núcleo, la energía de separación de protones debe ser negativa: por lo tanto, el protón no está unido y sale del núcleo en un tiempo finito. Algunos núcleos decaen a través de la emisión de protones dobles, como 45 Fe.

Si un núcleo se desintegra a través de la emisión de protones, los números atómicos y de masa cambian en uno y un núcleo hijo se convierte en un elemento diferente. Los núcleos que pueden descomponerse en este modo se describen como muy por encima de la línea de goteo de neutrones. La emisión de protones no se ve en los isótopos naturales. Los isótopos radiactivos de protones se pueden producir mediante reacciones nucleares, generalmente utilizando aceleradores de partículas.

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Qué es la descomposición de neutrones – Emisión de neutrones – Definición

La desintegración de neutrones es un tipo de desintegración radiactiva de núcleos que contienen exceso de neutrones (especialmente productos de fisión), en los que un neutrón simplemente se expulsa del núcleo. Dosimetría de radiación
Emisión de protones y neutrones
Ejemplo: descomposición de protones y neutrones
Fuente: JANIS (software de información de datos nucleares basado en Java); La biblioteca de datos nucleares JEFF-3.1.1

La desintegración de neutrones es un tipo de desintegración radiactiva de núcleos que contienen exceso de neutrones (especialmente productos de fisión), en los que un neutrón simplemente se expulsa del núcleo. Este tipo de radiación juega un papel clave en el control del reactor nuclear , porque estos neutrones son neutrones retardados . En este lugar debemos distinguir entre:

  • Emisión espontánea de neutrones . La emisión espontánea de neutrones es un modo de desintegración radiactiva en el que uno o más neutrones son expulsados ​​de un núcleo.
  • Decaimiento de neutrones libres . El neutrón libre es, a diferencia de un neutrón limitado, sujeto a la desintegración beta radiactiva (con una vida media de aproximadamente 611 segundos). Se descompone en un protón, un electrón y un antineutrino (el equivalente de antimateria del neutrino, una partícula sin carga y con poca o ninguna masa).
  • Emisión de neutrones inducida . Entre las reacciones nucleares también se encuentran las reacciones, en las que se expulsa un neutrón del núcleo y pueden denominarse reacciones de emisión de neutrones . Estas reacciones nucleares son, por ejemplo:
    • Reacciones de dispersión
    • Fisión nuclear
    • Emisión de fotoneutrones
    • Otras reacciones nucleares (p. Ej., Reacciones (alfa, n))

Este artículo describe principalmente la emisión espontánea de neutrones (decaimiento rápido de neutrones). Este modo de descomposición ocurre solo en los nucleidos más ricos en neutrones / deficientes en protones (pronta descomposición de neutrones), y también en los estados excitados de otros nucleidos como en la emisión de fotoneutrones y la emisión de neutrones con retardo beta. Como se puede ver, si un núcleo se desintegra a través de la emisión de neutrones, el número atómico permanece igual, pero la hija se convierte en un isótopo diferente del mismo elemento. Los núcleos que pueden desintegrarse por este modo se describen como que se encuentran más allá de la línea de goteo de neutrones. Dos ejemplos de isótopos que emiten neutrones son el berilio-13 (que se descompone en berilio-12 con una vida media de 2.7 × 10 −21 s) y el helio-5 (helio-4, 7 × 10 −22 s).

 

Emisión de neutrones con retraso beta – Neutrones retrasados

Precursores de neutrones retrasados
Precursores de neutrones retrasados

La emisión de neutrones generalmente ocurre a partir de núcleos que están en un estado excitado, como el 87 Kr * excitado producido a partir de la desintegración beta de 87 Br. Este isótopo tiene una vida media de 55,6 segundos . Sufre una desintegración beta negativa a través de sus dos ramas principales con emisión de partículas beta de 2.6 MeV y 8 MeV . Esta desintegración conduce a la formación de 87 Kr * y el núcleo de 87 Kr * posteriormente se desintegra a través de dos desintegraciones beta sucesivas en el isótopo estable 87 Sr. Pero también hay una forma posible de que el núcleo 87 Br se desintegra. El núcleo 87 Br puede desintegrarse beta en un estado excitado del 87Kr * núcleo a una energía de 5.5 MeV, que es más grande que la energía de unión de un neutrón en el núcleo de 87 Kr. En este caso, el núcleo 87 Kr * puede sufrir (con una probabilidad del 2.5%) una emisión de neutrones que conduce a la formación de 86 estables.Kr isótopo. El proceso de emisión de neutrones en sí mismo está controlado por la fuerza nuclear y, por lo tanto, es extremadamente rápido, a veces denominado «casi instantáneo». La expulsión del neutrón puede ser producto del movimiento de muchos nucleones, pero en última instancia está mediada por la acción repulsiva de la fuerza nuclear que existe a distancias extremadamente cortas entre nucleones. El tiempo de vida de un neutrón expulsado dentro del núcleo antes de ser emitido suele ser comparable al tiempo de vuelo de un neutrón típico antes de que salga del pequeño «pozo potencial» nuclear, o alrededor de 10 −23 segundos. Como se puede ver, la tasa de emisión de estos neutrones se rige principalmente por la desintegración beta, por lo tanto, esta emisión se conoce como emisión de neutrones con retardo beta y es responsable de la producción de neutrones retrasados ​​en reactores nucleares.

Mientras que la mayoría de los neutrones producidos en la fisión son neutrones rápidos, los neutrones retrasados ​​son importantes en el control del reactor. De hecho, la presencia de neutrones retrasados ​​es quizás el aspecto más importante del proceso de fisión desde el punto de vista del control del reactor.

Ver también: precursores de neutrones retardados

 

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¿Qué es el coeficiente de conversión interna? – ICC – Definición

El coeficiente de conversión interno (ICC), α, caracteriza la competencia entre la conversión interna y la emisión de rayos gamma. En algunos casos, se favorece la conversión interna sobre la desintegración gamma. Dosimetría de radiación
Conversión interna - ICE más barrena
Conversión interna seguida de emisión de electrones Auger.

La conversión interna es un proceso electromagnético, por el cual un estado excitado nuclear decae por la emisión directa de uno de sus electrones atómicos . La conversión interna compite con la emisión gamma , pero en este caso los campos multipolares electromagnéticos del núcleo no producen la emisión de un rayo gamma, sino que los campos interactúan directamente con los electrones atómicos.

Coeficiente de conversión interna

El coeficiente de conversión interno (ICC), α , caracteriza la competencia entre la conversión interna y la emisión de rayos gamma. En algunos casos, se favorece la conversión interna sobre la desintegración gamma. En otros puede ser completamente insignificante. El coeficiente de conversión interno se define como la relación entre el número de decaimientos de conversión internos y el número de decaimientos gamma. Este ICC se define para cada capa de electrones (es decir, las capas K, L y M, etc.), de modo que la relación total, α total , es la suma de las ICC para cada capa como:

α total = α K + α L + α M = número de IC / número de desintegraciones gamma

Por ejemplo, en la desintegración del estado excitado a 35 keV de 125 Te (que se produce por la desintegración de 125I), el 7% de las desintegraciones emiten rayos gamma, mientras que el 93% emite electrones de conversión. Por lo tanto, un coeficiente de conversión interno de este estado excitado ( 125 Te) es ICC = 93/7 = 13.3.

Usando la calculadora de coeficiente de conversión interna de Band-Raman, los ICC pueden calcularse utilizando principios de física atómica, ya que depende principalmente de la densidad de los electrones atómicos en el centro del núcleo. Para aumentar el número atómico (Z) y disminuir la energía de los rayos gamma, se observa que los coeficientes de conversión internos aumentan.

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Qué es el electrón de conversión interna – ICE – Definición

Los electrones de conversión interna, ICE, son electrones de alta energía resultantes del proceso de conversión interna. Estos electrones provienen de orbitales atómicos. Dosimetría de radiación
Conversión interna - ICE más barrena
Conversión interna seguida de emisión de electrones Auger.

La conversión interna es un proceso electromagnético, por el cual un estado excitado nuclear decae por la emisión directa de uno de sus electrones atómicos . Tenga en cuenta que los electrones de alta energía resultantes de la conversión interna no se denominan partículas beta, ya que estas últimas provienen de la desintegración beta, donde se crean recientemente en el proceso de desintegración nuclear. Estos electrones se conocen como electrones de conversión interna .

La energía del electrón de conversión interna (ICE) es la energía de transición , transición E , menos la energía de unión del electrón orbital, E b.e. , como:

Por ejemplo, 203 Hg es un nucleido radioactivo beta, que produce un espectro beta continuo con una energía máxima de 214 keV. Esta desintegración produce un estado excitado del núcleo hija 203 T1, que luego se desintegra muy rápidamente (~ 10-10 s) a su estado fundamental emitiendo un rayo gamma de energía 279.2 keV o un electrón de conversión interno . Si analizamos un espectro de partículas beta, podemos ver el espectro continuo típico de partículas beta, así como picos estrechos a energías específicas . Estos picos son producidos por electrones de conversión interna (ICE). Desde la energía de unión de los electrones K en 203Tl asciende a 85,5 keV, la línea K tiene una energía de:

e (K) = 279.2 – 85.5 = 194 keV

Debido a las menores energías de unión, las líneas L y M tienen energías más altas. Dado que el proceso de conversión interna puede interactuar con cualquiera de los electrones orbitales, el resultado es un espectro de electrones de conversión interna que se verá superpuesto al espectro de energía electrónica de la emisión beta. Estas intensidades relativas de estos picos de ICE pueden proporcionar información sobre el carácter multipolar eléctrico del núcleo y sobre el proceso de descomposición.

Referencia especial: Kenneth S. Krane. Introducción a la física nuclear, tercera edición, Wiley, 1987, ISBN 978-0471805533

Electrones de conversión interna - espectro

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