Identificación de las transformaciones nucleares

Los procesos nucleares son procesos de combinación y transformación de las partículas sub-atómicas y núcleos atómicos.

Núcleo atómico

La parte central del átomo tiene carga positiva; en el cual están protones y neutrones estos se mantienen unidos por medio de la interacción nuclear fuerte y se almacena más del 99% de la masa del átomo.
El tiene un tamaño que se puede medir por su radio. Los nucleones se mueven bajo la acción de sus interacciones mutuas y la intensidad de sus interacciones se puede medir por su energía de enlace o energía de ligadura nuclear.
Dependiendo del número de protones ene el núcleo se puede conocer o determinar al elemento correspondiente.
Los núcleos con números iguales de protones pero con números distintos de neutrones son llamados isotopos, debido a esto solo un elemento puede contener distintas masas; gracias a un experimento de Rutherford fue decidida la existencia del núcleo atómico.

Descripción de la radioactividad (radiactividad).

Fenómeno físico por el cual los núcleos de algunos elementos (radiactivos), emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas radiográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, entre otros. Dado a esto se les suelen denominar radiaciones ionizantes.
Las radiaciones pueden ser: electromagnéticas (rayos X o rayos gamma) o corpusculares (núcleos de helio, electrones o positrones, protones u otras), fenómeno que ocurre en los núcleos de ciertos elementos, inestables, capaces de transformarse, o decaer, espontáneamente, en núcleos atómicos de otros elementos. La radiactividad ioniza el medio que atraviesa. Una excepción lo constituye el neutrón (carga neutra), pero ioniza la materia en forma indirecta.
La radiactividad fue descubierta por el científico francés Antoine Henri Becquerel realizaba investigaciones sobre la fluorescencia del sulfato doble uranio y potasio y descubrió que el uranio emitía espontáneamente una radiación misteriosa. Esta propiedad del uranio recibió el nombre de radiactividad.

Radiactividad natural 

El hombre ha estado expuesto a la acción de las radiaciones ionizantes presentes en la naturaleza, dado esto la vida se ha desarrollado siempre en un ambiente radiactivo.

Fuentes naturales:

1. radiación cósmica        2. radionucleidos cosmogénicos     3. radiación  terrestre

     Isotopos naturales 

• Uranio 235U y 238U 
• Torio 234Th y 232Th
• Radio 226Ra y 228Ra
• Carbono 14C
• Tritio 3H
• Radón 222Rn 
• Potasio 40K 
• Polonio 210Po

Radioactividad artificial 

La radiactividad artificial o radiactividad se produce cuando se bombardean ciertos núcleos estables con partículas apropiadas.

Si estas partículas tienen la energía en un valor adecuado, penetran el núcleo bombardeado y forman un nuevo núcleo, que, en caso de ser inestable y se desintegra después radiactivamente.

Fue descubierta por los esposos Jean Frederic Joliot-Curie e Irene Joliot Curie, bombardeando núcleos de boro y de aluminio con partículas alfa. 

Ellos observaron que las sustancias bombardeadas emitían radiaciones (neutrones libres) después de retirar el cuerpo radiactivo emisor de las partículas de bombardeo.

Isotopos artificiales 

• Plutonio  ²³⁹Pu y ²⁴¹Pu
• Curio  ²⁴²Cm y ²⁴⁴Cm
• Americio  ²⁴¹Am 
• Cesio  ¹³⁴Cs, ¹³⁵Cs y ¹³⁷Cs
• Yodo  ¹²⁹I, ¹³¹I y ¹³³I
• Antimonio  ¹²⁵Sb                                                                   
• Rutenio   ¹⁰⁵Ru
• Estroncio  ⁹⁰Sr
• Criptón  ⁸⁵Kr y ⁸⁹Kr
• Selenio  ⁷⁵Se
• Cobalto  60Co

Clases de radioactividad (alfa, beta, gamma)

La radiactividad se aprovecha para la obtención de energía nuclear, se usa en medicina (radioterapia y radiodiagnóstico) y en aplicaciones industriales (medidas de espesores y densidades, entre otras). 

En las desintegraciones radiactivas se tienen varios tipos de radiación: alfa, beta, gamma y neutrones.

Radiación alfa 

Tipo de radiación poco penetrante puede ser detenida por una simple hoja de papel, la emiten núcleos de elementos pesados situados al final de la tabla periódica (A >100).

En el proceso se desprende mucha energía y se convierte cinética de la partícula alfa, es decir estas partículas salen con velocidades muy altas.

Son núcleos de helio (partículas cargadas positivamente compuestas por dos neutrones y dos protones) y tienen naturaleza corpuscular, es decir son partículas que poseen masa. Su poder de penetración es muy bajo y de corto alcance. Tienen un alto poder ionizante y forman iones con facilidad.

Radiación beta 

Flujos de electrones negativos o positrones positivos que son resultado de la desintegración de neutrones y/o protones del núcleo cuando se encuentran excitado. Son desviados por campos magnéticos. El núcleo atómico puede aumentar o disminuir en una unidad sin embargo la masa del mismo se mantiene constante. El poder de esta radiación no es tan alto pero si es más penetrante la cual se puede bloquear con algunas láminas de varios sólidos. Hay tres tipos de radiación beta:

Radiación beta menos

Emisión espontánea de electrones por parte de los núcleos, en 1994 Fermi explicó esta radiación suponiendo que en la desintegración beta menos, un neutrón se transforma en un protón, un electrón y un antineutrino mediante la reacción.

Radiación beta más

Es el acto en el que un núcleo emite emisores poisitrones, antipartículas del electrón los cuales tienen igual masa pero cargas opuestas una a la otra. En la que en un protón del núcleo se desintegra y da lugar a un neutrón, aun positrón o partícula beta+ y un neutrino.

Captura electrónica

Se presenta en núcleos con exceso de protones, en la cual el núcleo captura un electrón de la corteza electrónica, que unirá a un protón del núcleo para dar un neutrón.

Radiación gamma 

El núcleo no pierde su identidad, es decir que este se desprende de la energía sobrante y así pasar a otra de menor intensidad; emite rayo gamma osea se fotones bastante energéticos, esta forma acompaña a las dos clases de radiaciones anteriores.

Son ondas electromagnéticas, el tipo más penetrante de radiación. Al ser ondas de longitud corta, tienen mayor penetración y se necesitan capas muy gruesas de plomo u hormigón para detenerlas. Por ser tan penetrante y tan energética, este es el tipo más peligroso de radiación de acuerdo con la Teoría de Broglie que afirma que toda onda lleva una partícula asociada, las ondas luminosas llevan asociados los fotones. La radioactividad como ya mencionó y también sus clase; tiene distintas aplicaciones como se mencionaron anteriormente.

En medicina

La radioterapia utiliza las radiaciones ionizantes con fines terapéuticos. Se basa en administrar dosis altas de radiación a los tumores cancerosos, destruyéndolos o dañándolos de tal manera que no puedan crecer, propagarse o multiplicarse. El radiodiagnóstico tiene como fin el diagnóstico  d las enfermedades, utilizando imágenes y datos obtenidos por medio de radiaciones ionizantes o no ionizantes.

En bioquímica 

Mediante el marcaje isotópico (con carbono-14 de metabólicos se han determinado muchas de las reacciones de las rutas metabólicas.

En arqueología y geología 

Debido a la existencia de isotopos radioactivos naturales en objetos de hallazgos arqueológicos, mediante mediciones de radioactividad, estos se pueden datar (método del carbono-14). En geología se puede averiguar la edad de las rocas a través del estudio de algunos radioisotopos( potasio-40 o uranio-235).

En química ambiental 

Es de gran importancia el estudio de los radioisotopos presentes en el medio ambiente (contaminación radioactiva), tanto de los naturales como de los producidos artificialmente, ya que los niveles elevados de estos afectan tanto a la salud humana como al medio ambiente. 

Periodo de semidesintegración (constante de semidesintegración) 

Se identifica como el tiempo que tardan en transmutarse la mitad de loa átomos radiactivos de una muestra: es el tiempo necesario para que los no átomos iniciales pasen a ser no/2. En ese tiempo  se forman no/2 átomos diferentes, transmutados de los iniciales 

También se define como el tiempo necesario para que se desintegren la mitad mitad de los núcleos de una muestra inicial de un radioisotopos. Se toma como referencia la mitad de ellos debido al carácter aleatorio de la desintegración nuclear.

El período de semidesintegración no debe confundirse con la vida media. Este concepto es ampliamente utilizados en los cálculos de cinética nucleares, para poder caracterizar los nuclidos, como también como un patrón de pureza nuclear de las muestras. Está constante suele representarse con / lambda. También conocido como semivida o hemivida.

Las leyes de desintegración radiactiva, descritas por Frederic Soddy  y Kasimir Fajans, son:

• Cuando un átomo radiactivo emite una partícula alfa, la masa del átomo resultante disminuye 4 unidades y el número atómico en 2.
• Cuando un átomo radiactivo emite una partícula beta, el número atómico aumenta o disminuye en una unidad y la masa se mantiene constante
• Cuando un núcleo excitado emite radiación gama, no varía ni su masa ni su número atómico: solo pierde una cantidad de energía. 

La velocidad de desintegración o actividad radiactiva se mide en Bq, en el SI. Un becquerel vale 1 desintegración por segundo.

Períodos de semidesintegración de algunos radionucleidos 

Uranio-235	7,038.108 años	Uranio-238	4,468.109 años	Potasio-40	1,28.109 años
Rubidio-87	4, 88.1010 años	Calcio-41	1,03.105 años	Carbono-14	5760 años
Radio-226	1620 años	Cesio-137	30,07 años	Bismuto-207	31,55 años
Estroncio-90	28,90 años	Cobalto-60	5,271 años	Cadmio-109	462,6 días
Yodo-131	8,02 días	Radón-222	3,82 días	Oxígeno-15	122 segundos