Radiactividad El descubrimiento de la radiactividad se debe a

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Radiactividad
El descubrimiento de la radiactividad se debe a Beckerel. Estudiaba el efecto de los rayos X
sobre mineral de Uranio. En un momento determinado observó que ese mineral producía
marcas en una placa fotográfica. Colocó un trozo de metal entre el mineral y la placa viendo
que éste impedía que se produjera ninguna marca en la placa fotográfica. Más tarde estudió el
efecto de este mineral en la placa sin ser irradiado con los rayos X. Este fenómeno se
interpretó como la posible emisión de radiaciones por algo que contenía esta sustancia.
El dilema estaba servido. Fue el momento en que se une al estudio Pierre Curie que a su vez
integra en el mismo a una estudiante polaca que estaba haciendo la tesis doctoral bajo su
dirección, Maria Sklodowska. Los dos hicieron la dura tarea de remover más de una tonelada
de mineral de uranio para aislar, al cabo de muchos esfuerzos, unos miligramos de un
compuesto nuevo. Este compuesto era un cloruro de ese elemento. Al nuevo elemento, que
emitía una fuerte radiación luminosa le llamaron Radio (Ra), mas tarde descubren otro
elemento al que llaman Polonio (Po).
En reconocimiento a su trabajo reciben los tres el Premio Nobel de Física. Después sería Maria
Curie (Skloswska) casada ya con Pierre Curie la que recibe el Premio Nobel de Química.
Qué es la radiactividad
La gráfica de la izquierda representa en el eje X el número atómico y en el
eje Y el número de neutrones. En la zona que se indica los átomos son
estables y cuando la relación entre las partículas que forman el núcleo
hace que el átomo esté fuera de la zona de estabilidad trata de volver a ella
bien aumentando el número de protones o disminuyendo protones y
neutrones o de cualquier otra forma. Esto se produce por un proceso de
emisión radiactiva.
La radiactividad natural es el proceso o procesos por los que mediante
emisiones espontáneas de radiaciones unos núcleos atómicos inestables se transforman en otros con
estabilidad mayor.
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¿Cómo son las radiaciones emitidas?
Si estudiamos el efecto que tiene un campo eléctrico sobre las radiaciones emitidas por una
fuente radiactiva observamos:
1. que los rayos alfa (α) se desvía hacia el electrodo negativo
2. que los rayos beta (β) se desvían hacia el electrodo positivo
3. que la radiación gamma (γ) no sufre desviación
Esto nos lleva a concluir que las partículas α están cargadas positivamente y tienen más masa
que las β, éstas, tienen carga negativa y por último la radiación γno tiene carga.
Por otra parte se puede observar la capacidad de penetración de
las tres emisiones y se comprueba que, mientras que las
emisiones α
son
detenidas
por
un
simple
papel,
las
emisiones β tienen una capacidad de penetración mayor y son
detenidas por una lámina fina de metal. Las emisiones γ son
detenidas por un bloque de hormigón o una lámina gruesa de plomo.
¿Qué significa esto?
1.
Las
partículas α están
constituidas
por
dos
protones y dos neutrones. Cuando un núcleo emite
una partícula α su número atómico disminuye en dos
unidades y su número másico disminuye en cuatro.
2. Las partículas β son electrones. Un neutrón se transforma
en un protón y un electrón. Por eso cuando un núcleo emite
radiación β el número atómico aumenta en una unidad y el
número másico permanece constante.
3. La radiación γ es simplemente radiación electromagnética. Por esa
razón el número atómico y el número másico del núcleo que la emite
permanecen constantes.
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Aplicaciones de la radiactividad
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Para determinar la edad de restos arqueológicos: se usa el método del C . Este método se
basa en determinar la proporción de este isótopo radiactivo en
restos orgánicos de un yacimiento y compararla con la
proporción del isótopo en la Naturaleza. Los seres vivos lo
incorporan a su organismo por ingestión o en la función
clorofílica si son vegetales. Una vez que el ser vivo muere deja
de incorporarlo a su organismo y como el isótopo no es estable y se va desintegrando con lo
que su proporción en el total de átomos de carbono contenidos en los restos disminuye.
Marcadores para estudiar la evolución de tumores: se fijan sobre un
ligando con afinidad hacia el órgano a estudiar con lo que permite obtener
información sobre la morfología funcionamiento de dicho órgano o tejido.
Tratamiento del cáncer: las emisiones de ciertos isótopos radiactivos se
utilizan para destruir células cancerosas sobre todo tras la intervención
quirúrgica para extirpar el tumor. Hacen un tratamiento muy localizado.
Detección de defectos de fabricación como grietas u otros sin destruir ni siquiera tener que manipular
excesivamente el producto.
Energía nuclear
Para la obtención de energía se usan las centrales nucleares
Éstas aprovechan la energía generada en la reacción nuclear de fisión para calentar el agua
del circuito de refrigeración y obtener enormes cantidades de energía.
El reactor nuclear tiene un núcleo central
1
en el que se encuentra el combustible .
Dentro de ese núcleo hay agua pesada
cuya función es hacer que los neutrones
que inciden sobre los núcleos del
combustible sean lentos. También se
1
Combustible Los reactores de fisión utilizan generalmente Uranio. El Uranio se encuentra en la naturaleza como dos
isótopos
235
U (menos del 1%) y el
238
U (más del 99%). Para poder utilizar el U como combustible, es necesario que el
235
U esté en una proporción del 2 al 5%. Esto se consigue mediante el proceso de enriquecimiento del Uranio.
1.
Extracción y purificación del Uranio (ácido sulfúrico) torta amarilla.
2.
Para enriquecer el Uranio se debe tratar químicamente para convertirlo en hexafluoruro de Uranio (UF6)
3.
Este producto se trata para obtener Uranio enriquecido.
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encuentran en él las barras de grafito que sirven para absorber neutrones cuando se producen
en exceso y aumenta de forma peligrosa el calor producido en el proceso.
La reacción nuclear de fisión se produce cuando un neutrón lento
(función del agua pesada en el reactor) incide sobre un núcleo de
combustible. Generalmente en este proceso se producen dos
núcleos más pequeños y dos o tres neutrones que vuelven a
impactar sobre nuevos núcleos de combustible.
En este proceso la masa de los productos de fisión es menor que
la masa del núcleo de combustible más la masa del neutrón. Esta disminución de masa se
transforma en energía (∆E = ∆m·c ). La energía desprendida eleva la temperatura del agua
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pesada que circula por el primer circuito de refrigeración y transfiere calor al segundo circuito
de refrigeración aislado del primero. El vapor de agua que circula en este segundo circuito
mueve las palas de una turbina y transforma la energía cinética en electricidad, como hemos
visto que se podía hacer haciendo girar una bobina de un conductor en el seno de un campo
magnético.
El uso de los reactores nucleares de fisión tienen la gran ventaja de que la energía se obtiene
de forma rápida y económica.
Sin embargo es una energía no renovable y se forman residuos radiactivos que generalmente
son difíciles de eliminar. Estos residuos son por una parte muy peligrosos y por otra muy
duraderos. Se suelen tratar para formar sales sólidas de ellos que se introducen en bidones de
acero para luego colocarlos en grandes fosas estables geológicamente o bien tirarlos en fosas
marinas envueltos en bloques de hormigón.
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