Radiactividad

Diagrama de Segrè. El color indica el periodo de semidesintegración de los isótopos radiactivos conocidos, también llamado semivida. Obsérvese que un ligero exceso de neutrones favorece la estabilidad en átomos pesados.
Diagrama de Segrè indicando el tipo de decaimiento más probable.
La desintegración alfa es un tipo de desintegración radioactiva, en la cual un núcleo atómico emite una partícula alfa, y por lo tanto se transforma (o "desintegra") en un átomo con un número de masa disminuido en 4 y número atómico disminuido en 2.

La radiactividad [1]​ (también conocida como radioactividad, radiación nuclear o desintegración nuclear) es el proceso por el cual un núcleo atómico inestable pierde energía mediante la emisión de radiación, como una partícula alfa, partícula beta con neutrino o solo un neutrino en el caso de la captura electrónica, o un rayo gamma o electrón en el caso de conversión interna. Un material que contiene estos núcleos inestables se considera radiactivo. Ciertos estados nucleares de vida corta altamente excitados pueden decaer a través de emisión de neutrones, o más raramente, emisión de protones.

La desintegración radioactiva es un proceso estocástico (es decir, aleatorio) a nivel de átomos individuales. Según la teoría cuántica, es imposible predecir cuándo se desintegrará un átomo en particular,[2]​[3]​[4]​ independientemente de cuánto tiempo haya existido el átomo. Sin embargo, para una colección de átomos, la tasa de decaimiento esperado de la colección se caracteriza en términos de su constante de decaimientos o vidas medias medidas. Esta es la base de la datación radiométrica. Las vidas medias de los átomos radioactivos no tienen un límite superior conocido, que abarca un rango de tiempo de más de 55 órdenes de magnitud, desde casi instantáneo hasta mucho más largo que la edad del universo.

Un núcleo radioactivo con espín cero puede no tener una orientación definida y, por lo tanto, emite el total momentum de sus productos de descomposición isotrópica (en todas las direcciones y sin sesgo). Si hay múltiples partículas producidas durante una sola desintegración, como en la desintegración beta, su distribución angular relativa o las direcciones de espín pueden no ser isotrópicas. Los productos de desintegración de un núcleo con espín pueden estar distribuidos de forma no isotrópica con respecto a esa dirección de espín, ya sea debido a una influencia externa como un campo electromagnético, o porque en el núcleo se produjo en un proceso dinámico que limitó la dirección de su espín. Tal proceso padre podría ser una descomposición previa, o una reacción nuclear.[5]​[6]​[7]​[nota 1]​

El núcleo en desintegración se llama radionucleido padre (o radioisótopo padre),[nota 2]​ y el proceso produce al menos un nucleido hijo. Excepto por la desintegración gamma o la conversión interna de un estado excitado nuclear, la desintegración es una transmutación nuclear que resulta en una hija que contiene un número diferente de protones o neutrones (o ambos). Cuando el número de protones cambia, se crea un átomo de un elemento químico diferente.

Los primeros procesos de desintegración que se descubrieron fueron la desintegración alfa, la desintegración beta y la desintegración gamma. La desintegración alfa ocurre cuando el núcleo expulsa una partícula alfa (núcleo de helio). Este es el proceso más común de emisión de nucleones, pero los núcleos altamente excitados pueden expulsar nucleones individuales, o en el caso de desintegración del racimo, núcleos ligeros específicos de otros elementos. ocurre de dos maneras:

i) decaimiento beta-negativo, cuando el núcleo emite un electrón y un antineutrino en un proceso que convierte un neutrón en un protón, o

(ii) decaimiento beta-positivo, cuando el núcleo emite un positrón y un neutrino en un proceso que convierte un protón en un neutrón.

Los núcleos ricos en neutrones altamente excitados, formados como producto de otros tipos de descomposición, ocasionalmente pierden energía por medio de la emisión de neutrones, resultando en un cambio de un isótopo a otro del mismo elemento. El núcleo puede capturar un electrón en órbita, haciendo que un protón se convierta en un neutrón en un proceso llamado captura de electrones. Todos estos procesos resultan en una transmutación nuclear bien definida.

Por el contrario, hay procesos de desintegración radiactiva que no dan lugar a una transmutación nuclear. La energía de un núcleo excitado puede ser emitida como un rayo gamma en un proceso llamado desintegración gamma, o esa energía puede perderse cuando el núcleo interactúa con un electrón orbital causando su expulsión del átomo, en un proceso llamado conversión interna.

Otro tipo de desintegración radiactiva da como resultado productos que varían, apareciendo como dos o más "fragmentos" del núcleo original con un rango de posibles masas. Esta desintegración, llamada fisión nuclear espontánea, ocurre cuando un gran núcleo inestable se divide espontáneamente en dos (u ocasionalmente tres) núcleos hijos más pequeños, y generalmente conduce a la emisión de rayos gamma, neutrones u otras partículas de esos productos.

Para una tabla resumen que muestra el número de nucleidos estables y radioactivos en cada categoría, ver radionucleido. Hay 28 elementos químicos naturales en la Tierra que son radioactivos, que consisten en 33 radionucleidos (5 elementos tienen 2 radionucleidos diferentes) que datan antes de la época de formación del sistema solar. Estos 33 son conocidos como nucleidos primordiales. Ejemplos bien conocidos son el uranio y el torio, pero también se incluyen los radioisótopos de larga vida naturales, como potasio-40. Otros 50 radionucleidos de vida más corta, como radio y radón, que se encuentran en la Tierra, son los productos de cadenas de desintegración que comenzaron con los nucleidos primordiales, o son el producto de procesos cosmogénicos continuos, tales como la producción de carbono-14 a partir del nitrógeno-14 en la atmósfera por rayos cósmicos. Los radionucleidos también pueden ser producidos artificialmente en aceleradores de partículas o reactores nucleares, resultando en 650 de estos con vidas medias de más de una hora, y varios miles más con vidas medias aún más cortas.

  1. ↑ Real Academia Española y Asociación de Academias de la Lengua Española (2023). «radiactivo». Diccionario panhispánico de dudas (2.ª edición, versión provisional). 
  2. ↑ Stabin, Michael G. (2007). «3». Radiation Protection and Dosimetry: An Introduction to Health Physics. Springer. ISBN 978-0-387-49982-6. doi:10.1007/978-0-387-49983-3. 
  3. ↑ Best, Lara; Rodrigues, George; Velker, Vikram (2013). «1.3». Radiation Oncology Primer and Review. Demos Medical Publishing. ISBN 978-1-62070-004-4. 
  4. ↑ Loveland, W.; Morrissey, D.; Seaborg, G.T. (2006). Modern Nuclear Chemistry. Wiley-Interscience. p. 57. Bibcode:2005mnc..book.....L. ISBN 978-0-471-11532-8. 
  5. ↑ Litherland, A.E.; Ferguson, A.J. (1961). «Gamma-Ray Angular Correlations from Aligned Nuclei Produced by Nuclear Reactions». Canadian Journal of Physics 39 (6): 788-824. Bibcode:1961CaJPh..39..788L. ISSN 0008-4204. doi:10.1139/p61-089. 
  6. ↑ «3. Nuclear and Atomic Spectroscopy». Spectroscopy. Methods in Experimental Physics 13. 1976. pp. 115-346. Bibcode:1976MExP...13..115.. ISBN 9780124759138. ISSN 0076-695X. doi:10.1016/S0076-695X(08)60643-2. 
  7. ↑ Martin, B.R. (31 de agosto de 2011). Nuclear and particle physics: An introduction (2nd edición). John Wiley & Sons. p. 240. ISBN 978-1-1199-6511-4. 


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