¿Que es la radioactividad y cuales son sus diferentes aplicaciones? PDF

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La radiactividad es un fenómeno que se produce de manera espontánea en núcleos de átomos inestables emitiendo, mediante su desintegración en otro estable, gran cantidad de energía en forma de radiaciones ionizantes....

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¿QUÉ ES LA RADIACTIVIDAD? La radiactividad es la propiedad que tienen algunos átomos, llamados radiactivos, que se encuentran en la naturaleza que hace que dichos átomos se transformen en otros átomos distintos emitiendo (o desprendiendo) energía en forma de radiaciones. La radiactividad es pues, un fenómeno natural al que el hombre ha estado expuesto, como todos los seres del Universo, desde su origen.

RADIACIÓN NATURAL Y ARTIFICIAL (INDUCIDA) Las radiaciones ionizantes de origen natural están presentes en la naturaleza que nos rodea. Además de la radiación cósmica, se producen radiaciones ionizantes como consecuencia de la presencia de materiales radiactivos existentes en la corteza terrestre. Tres cuartas partes de la radiactividad que hay en el medio ambiente proceden de los elementos naturales. No todos los lugares de la tierra tienen el mismo nivel de radiactividad. En algunas zonas de la India, por ejemplo, la radiactividad es 10 veces mayor que la media europea. La razón está en las arenas de la India, que tienen torio, un elemento radiactivo natural. Los Alpes y otras cordilleras también tienen un nivel de radiactividad relativamente elevado, debido a la composición de sus granitos. Además de esta variabilidad geográfica, determinadas actividades como, por ejemplo, la fabricación de cerámica, la producción de fertilizantes, o la extracción de gas y de petróleo, pueden aumentar las dosis debidas a estos radionúclidos de origen natural, no sólo para los trabajadores sino también para el resto de los ciudadanos. En nuestras casas también puede existir radiactividad, procedente principalmente del gas radón. Este gas se produce como consecuencia de la desintegración del uranio que contienen las rocas. La cantidad de gas radón que se acumula en una casa depende de su situación, de los materiales que se han utilizado en su construcción y de nuestra forma de vida. El radón emana de las rocas y se concentra en los lugares cerrados, por lo que es muy recomendable que las viviendas y los lugares de trabajo estén bien ventilados. Por otro lado, la radiación cósmica se genera en las reacciones nucleares que ocurren en el interior del sol y en las demás estrellas. La atmósfera filtra estos rayos y nos protege de sus efectos peligrosos, ya que fuera de la atmósfera, en el espacio, la radiactividad es mucho mayor. Cuando ascendemos a una montaña, esa protección disminuye y la radiación cósmica es más intensa. Lo mismo ocurre cuando viajamos en avión, que estamos más expuestos a las radiaciones. También existen elementos radiactivos en múltiples alimentos y en el agua potable. Incluso nuestros cuerpos son una fuente de radiación, ya que almacenan pequeñas cantidades de potasio radiactivo, un producto necesario para el cuerpo humano. Las radiaciones también se pueden producir de forma artificial, En 1895, el físico

Roëntgen, cuando experimentaba con rayos catódicos, descubrió el primer tipo de radiación artificial que ha utilizado el ser humano: los rayos X. Se trata de ondas electromagnéticas originadas por el choque de electrones con un determinado material, en el interior de un tubo de vacío. Una vez que empezaron a conocerse las propiedades y la potencialidad de la radiación se fueron desarrollando sus aplicaciones, así como las técnicas para obtener materiales radiactivos artificiales. Los rayos X y gamma se utilizan en medicina para diagnosticar mediante imágenes múltiples problemas físicos. También se usan radiaciones en el tratamiento del cáncer y otras enfermedades. La industria también se beneficia de las aplicaciones de las radiaciones en técnicas de radiografía medición industrial, esterilización de alimentos, control de plagas, etc. Además, en las centrales nucleares se provocan reacciones de fisión que liberan una gran energía en forma de radiaciones permitiendo la producción de electricidad.

FRANJA DE ESTABILIDAD La estabilidad de un núcleo puede correlacionarse perfectamente con la cantidad de protones y neutrones en cada átomo. Esta observación experimental proviene del hecho que los átomos no poseen una relación 1:1. Resulta que al hacer un gráfico de N° protones frente al N° neutrones para todos los átomos, se obtiene una Franja de Estabilidad en la que se ubican todos los elementos que son estables. La figura muestra esta franja con las delimitaciones alrededor de los distintos valores de Zatómico, que es el N° de protones. En la región a la izquierda de esta Franja de Estabilidad se ubican todos los núcleos con exceso de neutrones de modo que para ingresar a la zona estable deben disminuir los neutrones y aumentar los protones.

TRANSMUTACIÓN NUCLEAR La Química nuclear sería un campo muy limitado si sólo se dedicara a estudiar los elementos radiactivos naturales. En 1919, Rutherford obtuvo por medio artificial 17O bombardeando 14N con partículas alfa. Se demostró pues, que era posible transformar un elemento en otro mediante transmutación nuclear. A diferencia de la radiactividad natural, este tipo de radiactividad, conocida como transmutación nuclear, se origina al bombardear el núcleo con neutrones, protones y otros núcleos. Muchos isótopos radiactivos se preparan empleando neutrones como proyectiles, lo cual resulta adecuado ya que, al ser partículas sin carga, no son repelidas por los núcleos positivos. Por el contrario, si los proyectiles fueran partículas α o protones, deben tener una energía cinética considerable para vencer la repulsión que ofrecerá el núcleo. Para ello se utilizan los llamados aceleradores de partículas para favorecer la reacción. Estos aceleradores hicieron posible la síntesis de elementos con Z mayor a 92, llamados elementos transuránicos cuyos isótopos son todos radiactivos.

DEFECTO DE MASA

Cuando nos planteamos la cuestión de pesar un núcleo atómico tenemos dos opciones: 1ª) Cálculo teórico: determino el número de protones que tiene y lo multiplico por la masa del protón. Determino el número de neutrones que tiene y lo multiplico por la masa del neutrón. Finalmente sumo las dos cantidades obtenidas. 2ª) Determinación experimental: utilizando un espectrómetro de masas El valor obtenido experimentalmente es siempre menor al obtenido de forma teórica. De hecho, si ocurriera al revés el núcleo no sería estable, no existiría. A este defecto entre la masa calculada de forma teórica y la masa determinada experimentalmente se le denomina defecto de masa y se puede determinar (en u.m.a.) según la siguiente expresión:

donde Z es el número atómico, m p es la masa del protón, A-Z es el número de neutrones, mn es la masa del neutrón y M es la masa del núcleo determinada experimentalmente. Este defecto de masa equivale a energía:

que se denomina energía de enlace del núcleo. Es la energía que se libera cuando los nucleones constituyentes del núcleo se unen (desde el infinito) para formar el núcleo o, también, la energía necesaria para romper el núcleo totalmente.

VIDA MEDIA La vida mediaes el promedio de vida de un núcleo o de una partícula subatómica libre antes de desintegrarse. Se representa con la letra griega (Tau). La desintegración de partículas es un proceso probabilístico (en concreto sigue la ley de Poisson) por lo que esto no significa que un determinado núcleo vaya a tardar exactamente ese tiempo en desintegrarse. La vida media no debe confundirse con el periodo de semidesintegración, semiperiodo, vida mitad o semivida: son conceptos relacionados, pero diferentes. En particular el periodo de semidesintegración se aplica solamente a sustancias radiactivas y no a partículas libres como se dice.

FISIÓN NUCLEAR Por este proceso se divide un núcleo pesado (número de masa mayor a 200) para formar núcleos de masa intermedia y uno o más neutrones. Este proceso libera

gran cantidad de energía ya que el núcleo pesado es menos estable que sus productos. La característica sobresaliente de esta fisión no es sólo la enorme cantidad de energía liberada, sino el hecho de que la fisión produce más neutrones de los que se capturaron al inicio del proceso. Por esta propiedad es posible obtener una reacción en cadena, es decir, una secuencia de reacciones de fisión nuclear autosuficientes. Los neutrones generados en las etapas iníciales de la fisión pueden inducir fisión en otros núcleos de 235U, que a su vez producen más neutrones, y así sucesivamente. En menos de un segundo la reacción se vuelve incontrolable, liberando una gran cantidad de calor a los alrededores.

FUSIÓN NUCLEAR La fusión nuclear es una reacción en la que se unen dos núcleos ligeros para formar uno más pesado. Este proceso desprende energía porque el peso del núcleo pesado es menor que la suma de los pesos de los núcleos más ligeros. Este defecto de masa se transforma en energía, se relaciona mediante la fórmula E=mc2, aunque el defecto de masa es muy pequeño y la ganancia por átomo es muy pequeña, se ha de tener en cuenta que es una energía muy concentrada, en un gramo de materia hay millones de átomos, con lo que poca cantidad de combustible da mucha energía. Fusión nuclear No todas las reacciones de fusión producen la misma energía, depende siempre de los núcleos que se unen y de los productos de la reacción. La reacción más fácil de conseguir el la del deuterio (un protón más un neutrón) y tritio (un protón y dos neutrones) para formar helio (dos neutrones y dos protones) y un neutrón, liberando una energía de 17,6 MeV. Es una fuente de energía prácticamente inagotable, ya que el deuterio se encuentra en el agua de mar y el tritio es fácil de producir a partir del neutrón que escapa de la reacción.

APLICACIONES INDUSTRIALES Desarrollar variedades de cultivos agrícolas y hortalizas de alto rendimiento, bien adaptadas y resistentes a enfermedades; induciendo mutaciones al alterar los genes con el empleo de radiación: a-para erradicar o controlar las plagas de insectos esterilizando grandes cantidades de hembras, método que se ha aplicado con éxito para erradicar el gusano barrenador (tórsalo) del ganado, b- mejorar el rendimiento reproductivo, c- mejorar la nutrición y la salud de los animales empleando isótopos radiactivos en los alimentos y d- reducir las pérdidas posteriores a la cosecha mediante la eliminación de los brotes y la contaminación, todo esto con tratamiento radiactivo, son algunos de los usos que se le están dando actualmente a la radiactividad. Cada uno ocuparía un libro entero o por lo menos un capítulo especial, dada la importancia que tiene. Sin embargo, no es va estudiar en detalle, pero sí comprendiendo que la idea popular de que la

radiactividad está allá lejos de cada ser humano y que está en manos de muy pocos países, no es cierta. Las aplicaciones de la química nuclear son importantes en la medicina, la industria, las artes y la investigación. Su impacto amenaza y ensancha al mismo tiempo la vida del hombre y su futuro. Actualmente se desarrollan las nuevas aplicaciones y nuevos radiofármacos, con el fin de ampliar la gama de procedimientos, reducir las enfermedades contagiadas por los alimentos y prolongar el período de conservación mediante la utilización de radiaciones y estudiar los medios para reducir la contaminación originada por los plaguicidas y productos agroquímicos....