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Qué es el equilibrio transitorio – Equilibrio radiactivo – Definición

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. 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.

equilibrio radiactivo - ecuación

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.

Equilibrio transitorio - Equilibrio radiactivo

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.

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 :

equilibrio de xenón - equilibrio de yodoCuando 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 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 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).

Xenon Worth - diferentes niveles de potenciaDe 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.

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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: [email protected] o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.