Radiactividad y Reacciones Nucleares

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Radiactividad:

• Definición: la Radiactividad es un fenómeno que consiste en la radiación o emisión de energía por núcleos de átomos inestables que se descomponen formando otros distintos. 
• Radiactividad Natural: aquella en la que la radiación se produce de manera expontánea
• Radiactividad Artificial o Inducida: aquella en la que la radiación es forzada por ejemplo mediante bombardeo de núcleos con partículas

• Historia: la Radiactividad es un fenómeno descubierto en 1896 por el francés Henri Becquerel al investigar sales de Uranio y observar que emitía expontáneamente una radiación de alta energía.
• Propiedades de la Radiación: los experimentos determinaron las siguientes propiedades de la radiación
• Gran poder de penetración en determinados materiales
• Es proporcional a la cantidad del elemento radiactivo
• Impresionan placas fotográficas en la oscuridad
• Ionizan el aire haciéndolo conductor
• Tipos de Radiación: se observó que por acción de un campo magnético o eléctrico la radiación se puede dividir en tres tipos:

Separación de los tres tipos de radiación mediante la acción de un campo eléctrico

• Radiación Alfa (α): está formado por partículas de Helio con carga positiva que son atraidas por un campo negativo. Esta radiación provoca la disminución en 2 del número atómico y en 4 el número de masa. Ejemplo de radiación alfa:

238
92U  →  234
90Th  +  4
2He (partícula alfa) 

• Radiación Beta (β):está formada por electrones (carga negativa) que son atraidos por un campo positivo. Esta radiación provoca el aumento del número atómico en 1 mientras que se mantiene constante el número de masa. Ejemplo de radiación beta:

234
90Th  →  234
91Pa  +  - 0
-1e (partícula beta)

• Radiación Gamma (γ): esta radiación está formada por fotones (radiación electromagnética) sin masa ni carga, por lo que no se desvían al actuar el campo eléctrico. Esta radiación posee una energía muy alta al tener una longitud de onda muy corta.

Series Radiactivas:

Se denomina Serie Radioactiva o Cadena de Desintegración al conjunto de los núcleos que sucesivamente se desintegran emitiendo partículas alfa o beta hasta formar un núcleo estable. Son las siguientes:

• Serie Radioactiva del Torio:  ²³²Th →  ²²⁸Ra → ²²⁸Ac → ²²⁸Th → ²²⁴Ra → ²²⁰Rn → ²¹⁶Po → ²¹²Pb → ²¹²Bi → ²¹²Po → ²⁰⁸Pb (estable)

• Serie del Uranio (también llamada del Radio):  ²³⁸U → ²³⁴Th → ²³⁴Pa → ²³⁴U → ²³⁰Th → ²²⁶Ra → ²²²Rn → ²¹⁸Po → ²¹⁸At → ²¹⁸Rn → ²¹⁴Pb → ²¹⁴Bi → ²¹⁴Po → ²¹⁰Tl → ²¹⁰Pb → ²¹⁰Bi → ²¹⁰Po → ²⁰⁶Tl → ²⁰⁶Pb (estable)

• Serie del Actinio:  ²³⁹Pu → ²³⁵U → ²³¹Th → ²³¹Pa → ²²⁷Ac → ²²⁷Th → ²²³Fr → ²²³Ra → ²¹⁹Rn → ²¹⁵Po → ²¹⁵At → ²¹¹Pb → ²¹¹Bi → ²¹¹Po → ²⁰⁷Tl → ²⁰⁷Pb (estable)

Ley de Desintegración Radioactiva:

El número de núcleos radioactivos disminuye 
exponencialmente con el tiempo

El número de núcleos radioactivos de una muestra radioactiva disminuye exponencialmente con el tiempo según la siguiente ecuación:

N = N₀ · e ^-K·t

donde:

• N: número de núcleos radiactivos
• N₀: número inicial de núcleos radiactivos
• K: constante radioactiva de cada sustancia
• t: tiempo transcurrido

Periodo de Semidesintegración:

El Periodo de Semidesintegración Radiactiva (T_1/2 ) es aquel en el que la cantidad de núcleos radiactivos se reduce a la mitad: 

T_1/2 = 0,693 / k

Ejemplos de Periodos de Semidesintegración Radiactiva:

• 238
  92U → 4,5 · 10⁹ años (aproximadamente la edad de la Tierra)

• 14
  6C → 5720 años (útil para determinar épocas históricas en restos arqueológicos)

• 228
  88Ra → 5,8 años

• 214
  84Po → 1,6 · 10^-6 segundos

Reacciones Nucleares:

Las Reacciones Nucleares consisten en el bombardeo de núcleos estables con partículas para dar lugar a un nuevo núcleo.

Existen varias partículas con las que pueden ser bombardeados los núcleos:

• Partículas alfa:
• Protones
• Neutrones
• ...

Ejemplos de Reacciones Nucleares:

14
7N  +  4
2He (partícula alfa) → 17
8O  +1
1H

9
4Be  +  4
2He (partícula alfa) → 12
6C  +1
0n

La diferencia de masa de los núcleos se transforma en energía según la ecuación de Einstein:

E = m · c²

donde:

• E: energía generada
• m: diferencia de masas entre los núcleos
• c: velocidad de la luz

Fisión Nuclear:

La Fisión Nuclear es una Reacción Nuclear que consiste en el bombardeo de un núcleo pesado que se rompe produciendo dos núcleos de menor masa y liberando otras partículas como los neutrones por ejemplo.

 235
92U  + 1
0n (neutrón) → 141
56Ba  + 92
36Kr + 3 1
0n + energía

En determinadas circunstancias los neutrones producto de la fisión puede dar lugar a más fisiones provocando lo que se llama una Reacción en Cadena.

Fusión Nuclear:

La Fusión Nuclear es una Reacción Nuclear que consiste en la unión de dos núcleos ligeros para obtener otro más pesado.

 2
1H  + 2
1H  → 3
2He  +  1
0n

versión 1 (14/08/2015)