¿Qué es la radiactividad? Decadencia nuclear: definición

Naturaleza de la radiactividad

Como se escribió, los núcleos atómicos consisten en protones y neutrones, que se atraen entre sí a través de la fuerza nuclear , mientras que los protones se repelen entre sí a través de la fuerza electromagnética debido a su carga positiva. Estas dos fuerzas compiten, lo que lleva a la estabilidad de varios núcleos. Solo hay ciertas combinaciones de neutrones y protones, que forman núcleos estables . Los neutrones estabilizan el núcleo , porque se atraen entre sí y a los protones, lo que ayuda a compensar la repulsión eléctrica entre los protones. Como resultado, a medida que aumenta el número de protones, se necesita una proporción creciente de neutrones a protones para formar un núcleo estable. Si hay demasiados (los neutrones también obedecen el principio de exclusión de Pauli ) o muy pocos neutrones para un número determinado de protones, el núcleo resultante no es estable y sufre desintegración radiactiva . La mayoría de los átomos que se encuentran en la naturaleza son estables y no emiten partículas o energía que cambian de forma con el tiempo. De los primeros 82 elementos en la tabla periódica, 80 tienen isótopos considerados estables. El tecnecio, el prometio y todos los elementos con un número atómico superior a 82 son inestables y se descomponen a través de la desintegración radiactiva. Los isótopos inestables se descomponen espontáneamente a través de varias vías de desintegración radiactiva , más comúnmente desintegración alfa, desintegración beta, desintegración gamma o captura de electrones. Se conocen muchos otros tipos raros de descomposición, como la fisión espontánea o la emisión de neutrones.

Modos de descomposición

La desintegración nuclear (desintegración radiactiva) ocurre cuando un átomo inestable pierde energía al emitir radiación ionizante . La desintegración radiactiva es un proceso aleatorio a nivel de átomos individuales, ya que, según la teoría cuántica, es imposible predecir cuándo se desintegrará un átomo en particular. En otras palabras, el núcleo de un radionúclido no tiene «memoria». Un núcleo no «envejece» con el paso del tiempo. Por lo tanto, la probabilidad de que se rompa no aumenta con el tiempo, sino que se mantiene constante sin importar cuánto tiempo haya existido el núcleo. Durante su descomposición impredecible, este núcleo inestable se descompone espontáneamente y al azarpara formar un núcleo diferente (o un estado de energía diferente: desintegración gamma), emitiendo radiación en forma de particiones atómicas o rayos de alta energía. Esta descomposición ocurre a una tasa constante y predecible que se conoce como vida media. Un núcleo estable no sufrirá este tipo de descomposición y, por lo tanto, no es radioactivo. Hay muchos modos de desintegración radiactiva:

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  Alfa radiactividad . La desintegración alfa es la emisión de partículas alfa (núcleos 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 .

• Radioactividad beta . La desintegración beta es la emisión de partículas 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.
• Radioactividad gamma . La radiactividad gamma consiste en rayos gamma. Los rayos gamma son radiación electromagnética (fotones de alta energía) de una frecuencia muy alta y de alta energía. Son producidos por la desintegración de los núcleos a medida que pasan de un estado de alta energía a un estado inferior conocido como desintegración gamma. La mayoría de las reacciones nucleares van acompañadas de emisión gamma.
• Emisión de neutrones . La emisión 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 .

Leyes de conservación en la decadencia nuclear

Al analizar las reacciones nucleares , aplicamos las muchas leyes de conservación . Las reacciones nucleares están sujetas a las leyes de conservación clásicas para carga, momento, momento angular y energía (incluidas las energías en reposo). Las leyes de conservación adicionales, no previstas por la física clásica, son:

• Ley de Conservación del Número Lepton
• Ley de Conservación del Número de Baryon
• Ley de Conservación de Carga Eléctrica

Algunas de estas leyes se obedecen en todas las circunstancias, otras no. Hemos aceptado la conservación de la energía y el impulso. En todos los ejemplos dados, suponemos que el número de protones y el número de neutrones se conservan por separado. Encontraremos circunstancias y condiciones en las cuales esta regla no es cierta. Cuando consideramos reacciones nucleares no relativistas, es esencialmente cierto. Sin embargo, cuando consideramos las energías nucleares relativistas o las que involucran interacciones débiles, encontraremos que estos principios deben extenderse.

Algunos principios de conservación han surgido de consideraciones teóricas, otros son solo relaciones empíricas. No obstante, cualquier reacción no expresamente prohibida por las leyes de conservación generalmente ocurrirá, aunque sea a un ritmo lento. Esta expectativa se basa en la mecánica cuántica. A menos que la barrera entre los estados inicial y final sea infinitamente alta, siempre hay una probabilidad distinta de cero de que un sistema haga la transición entre ellos.

Para analizar las reacciones no relativistas, es suficiente tener en cuenta cuatro de las leyes fundamentales que rigen estas reacciones.

1. Conservación de nucleones . El número total de nucleones antes y después de una reacción es el mismo.
2. Conservación de carga . La suma de las cargas en todas las partículas antes y después de una reacción es la misma.
3. Conservación del impulso . El impulso total de las partículas que interactúan antes y después de una reacción es el mismo.
4. Conservación de energía . La energía, incluida la energía en masa en reposo, se conserva en reacciones nucleares.

Referencia: Lamarsh, John R. Introducción a la ingeniería nuclear 2da Edición