Tiare Larenas Paulina García 4º Medio B Radioactividad Radioactividad es la propiedad que presentan los núcleos atómicos de ciertos isótopos de modificar espontáneamente su constitución, emitiendo simultáneamente una radiación característica. Puede ser • Radioactividad natural: Es la que manifiestan los isótopos que se encuentran en la naturaleza. Radiactividad artificial o inducida: Es la que ha sido provocada por transformaciones nucleares artificiales. • Radioactividad artificial: Es la que ha sido provocada por transformaciones nucleares artificiales. Radioactividad natural •En 1896 Becquerel descubrió que ciertas sales de uranio emitían radiaciones espontáneamente, al observar que velaban las placas fotográficas envueltas en papel negro. Hizo ensayos con el mineral en caliente, en frío, pulverizado, disuelto en ácidos y la intensidad de la misteriosa radiación era siempre la misma. Por tanto, esta nueva propiedad de la materia, que recibió el nombre de radiactividad, no dependía de la forma física o química en la que se encontraban los átomos del cuerpo radiactivo, sino que era una propiedad que radicaba en el interior mismo del átomo. •Su posterior desarrollo se debe a los esposos Curie, quienes encontraron otras sustancias radiactivas como el torio, polonio y el radio. La intensidad de la radiación emitida era proporcional a la cantidad de uranio presente, por lo que dedujo Marie Curie que la radiactividad era una propiedad atómica. •El fenómeno de la radiactividad se origina exclusivamente en el núcleo de los átomos radiactivos. Y la causa que lo origina se cree que es debida a la interacción neutrón-protón del mismo. Al estudiar la radiación emitida por el radio se comprobó que era compleja, pues al aplicarle un campo magnético parte de ella se desviaba de su trayectoria y otra parte no. Radioactividad artificial •Fue descubierta por los esposos Joliot-Curie, bombardeando núcleos de boro y aluminio con partículas alfa. Observaron que las sustancias bombardeadas emitían radiaciones después de retirar el cuerpo radiactivo emisor de las partículas a de bombardeo. •El estudio de la radiactividad permitió un mayor conocimiento de la estructura del núcleo atómico y de las partículas subatómicas. Se abre la posibilidad de convertir unos elementos en otros. Incluso el sueño de los alquimistas de transformar otros elementos en oro se hace realidad, aunque no resulte rentable. •Se produce la radiactividad inducida cuando se bombardean ciertos núcleos estables con partículas apropiadas. Si la energía de estas partículas tiene un valor adecuado penetran dentro del núcleo bombardeado y forman un nuevo núcleo que, en caso de ser inestable, se desintegra después radiactivamente. Producción de isótopos radiactivos por irradiaciones con neutrones. El núcleo X captura un neutrón (n) para dar un núcleo compuesto. * el cual es a su vez se desintegra para dar un isótopo radiactivo. Diagrama del equipo utilizado en el descubrimiento de la radioactividad artificial. (a) muestra de Po. (b) cámara de vidrio con CO2. (c) ventana de Al (d) detector de radiaciones. Cuando se hace pasar la radiación emitida por un cuerpo caliente a través de un prisma óptico, se descompone en distintas radiaciones electromagnéticas dependiendo de su distinta longitud de onda, dando lugar a un espectro óptico. Todas las radiaciones obtenidas impresionan las películas fotográficas y así pueden ser registradas. Tipos de Radiaciones Rayos Alfa • Es un tipo de radiación poco penetrante que puede ser detenida por una simple hoja de papel. Son radiaciones de partículas formadas por núcleos de helio que se desplazan a gran velocidad desde otros núcleos atómicos como productos de desintegración radiactiva o de reacciones nucleares inducidas. Los núcleos de helio que han sido acelerados a altas velocidades para ser usados como partículas de bombardeo en reacciones nucleares también pueden ser llamadas rayos alfa o partículas alfa. •Este tipo de radiación la emiten núcleos de elementos pesados situados al final de la tabla periódica (A >100). Estos núcleos tienen muchos protones y la repulsión eléctrica es muy fuerte, por lo que tienden a obtener N aproximadamente igual a Z, y para ello emite una partícula alfa. En el proceso se desprende mucha energía que se convierte en la energía cinética de la partícula alfa, es decir que estas partículas salen con velocidades muy altas. • Cuando un rayo alfa pasa a través de la materia, ioniza muchos de los átomos de ella a lo largo de su trayectoria, así pierde gradualmente energía cinética hasta que es frenado totalmente (absorbido). Por ejemplo, una radiación alfa de 5 MeV es frenada después de haber atravesado 3.5 cm. de aire a la presión de una atmósfera y una temperatura de 15º C, habiendo sufrido suficientes colisiones con electrones atómicos para producir como 150000 pares de iones (un átomo neutro o una molécula es dividido en un electrón libre, que puede ser capturado por un átomo neutro para formar un ion negativo, y un ion positivo) a lo largo de su trayectoria. • En el proceso un núcleo cualquiera de número másico A y número atómico Z, se convierte en otro núcleo Y con número másico A-4 y nº atómico Z-2, y se emite una partícula alfa. Ejemplo de desintegración ZAX ----> Z-2A-4H + He2+ 235U -----> 231TH + He2+ 226Ra ----> 222Rn + He2+ 210Po ----> 206Pb + He2+ Rayos Beta • Son electrones resultantes de la desintegración de los neutrones del núcleo: Neutrón protón + electrón + neutrino • Debido a su carga es desviada por campos eléctricos y magnéticos. Es más penetrante que las partículas alfa, son frenadas por metros de aire, una lámina de aluminio o unos cm. de agua. Aunque su poder de ionización no es tan elevado como el de la radiación alfa. Tipos de Radiación Beta • Radiación Beta menos (-) - Aparece para cualquier tipo de núcleo, pero es típica de núcleos con exceso de neutrones, es decir N>Z. Es un mecanismo usado por los núcleos para llegar a la línea de estabilidad (N aproximadamente igual Z) - La radiación Beta- consiste en la emisión espontánea de electrones por parte de los núcleos, pero en el núcleo sólo hay protones y neutrones, ¿cómo puede emitir electrones? En 1934 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: n0 ----> p+ + e- + antineutrino - La emisión beta menos da como resultado otro núcleo distinto con un protón más, la reacción sería: ZAX ----> Z+1AY + e-+ antineutrino • Radiación Beta mas (+) - Mediante este mecanismo un núcleo emite espontáneamente positrones, e+, antipartículas del electrón de igual masa pero con carga eléctrica opuesta. - Lo que ocurre es que un protón del núcleo se desintegra dando lugar a un neutrón, un positrón o partícula Beta+ y un neutrino . Así el núcleo se desprende de los protones que le sobran y se acercan a la línea de estabilidad N = Z. Por ello se da en núcleos con exceso de protones. la reacción sería: ZAX ----> Z-1AY + e++ neutrino - Algunos ejemplos son: 30P ----> 30Si + e+ 40K ----> 40Ar + e+ 53Fe ----> 53Mn + e+ • Captura electrónica - Se da en núcleos con exceso de protones. El núcleo captura un electrón de la corteza electrónica, que se unirá a un protón del núcleo para dar un neutrón. p+ + e- ----> n0 + neutrino ZAX + e- ----> Z-1AY + neutrino Rayos Gamma •Es un tipo de radiación electromagnética producida generalmente por elementos radioactivos, procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. Este tipo de radiación tan energética también es producida en fenómenos astrofísicos de gran violencia. •Debido a las altas energías que poseen los rayos gamma éstos constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia más profundamente que la radiación alfa o beta. Dada su alta energía pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo que son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos. •En este tipo de radiación el núcleo no pierde su identidad. Mediante esta radiación el núcleo se desprende de la energía que le sobra para pasar a otro estado de energía más baja. Emite rayos gamma, o sea fotones muy energéticos. Este tipo de emisión acompaña a las radiaciones alfa y beta. •Es una radiación muy penetrante, atraviesa el cuerpo humano y sólo se frena con planchas de plomo y muros gruesos de hormigón. Al ser tan penetrante y tan energética, de los tres tipos de radiación es la más peligrosa. ZAX* ----> ZAX + gamma Isótopos Los átomos del mismo elemento pueden tener diferente número de neutrones; las diferentes versiones posibles de cada elemento son llamadas isótopos. Por ejemplo, el isótopo más común del hidrógeno no tiene ningún neutrón; también hay un isótopo del hidrógeno llamado deuterio, con un neutrón, y otro, tritio, con dos neutrones. Hidrógeno Deuterio Tritio • Es cada una de las dos o más variedades de un átomo que tienen el mismo número atómico, constituyendo por tanto el mismo elemento, pero que difieren en su número másico. Puesto que el número atómico es equivalente al número de protones en el núcleo, y el número másico es la suma total de protones y neutrones en el núcleo, los isótopos del mismo elemento sólo de diferencian en el número de neutrones que contienen. • La energía puede ser liberada, principalmente, en forma de rayos alfa (un núcleo de helio), beta (un electrón) o gama (sin carga ni masa). • Los isótopos radiactivos tienen usos en medicina. Por ejemplo, el isótopo del talio puede usarse para identificar vasos sanguíneos bloqueados en pacientes sin provocar daños. Vida Media Es el tiempo que debe transcurrir para que la mitad de los átomos de una muestra de material radioactivo se desintegren en átomos de elementos más ligeros. Los científicos describen la radiactividad de un elemento en función de su vida media. Ésta cubre un rango muy extenso de tiempo, desde los pocos microsegundos hasta miles de millones de años. Al final del periodo de vida media, la mitad de la cantidad original del elemento radiactivo ha decaído; después de otro periodo igual, lo que quedaba se reduce de nuevo a la mitad, lo que reduce a una cuarta parte el total inicial, y así sucesivamente. Aplicación de Isótopos Medicina: •Estudios renales con radioisótopos. •Centellograma óseo. •Radioterapia: esta especialidad médica utiliza la administración de radiaciones ionizantes para el tratamiento de tejidos malignos o tumores. Este tratamiento se conoce y es aplicado desde comienzos del siglo, no obstante sus técnicas de aplicación se han perfeccionado enormemente, en la actualidad los efectos secundarios se han reducido al mínimo, y su efectividad ha aumentado notablemente. •Esterilizar equipo médico y quirúrgico. •Las exploraciones diagnósticas del Servicio de Medicina Nuclear se dividen en 4 grandes áreas: Gammagrafía, Tomografía de fotón único , Densitometrías y Tomografía por emisión de positrones. Los procedimientos terapéuticos, cuyo objetivo es la radiación de órganos en determinadas patologías como el hipertiroidismo o el cáncer de tiroides, se engloban en el área de la Radioterapia metabólica. •Braquiterapia: esta técnica de radiación incorpora fuentes radiactivas sólidas en zonas tumorales de fácil acceso y se mantienen el tiempo necesario para la irradiación del tumor siendo después retiradas. Datación de Objetos: •Los métodos para la datación se fundamentan en el decrecimiento progresivo, en tiempos bien definidos, de la radioactividad de isótopos contenidos en los vestigios. El carbono 14 se utiliza especialmente para determinar la edad de los objetos de menos de 50.000 años. • Otros métodos de datación, que utilizan de forma complementaria diferentes isótopos, permiten definir una edad para los acontecimientos que describen la historia de la tierra, de su clima y de los seres vivos que la han habitado hasta nuestros días. •El gas carbónico presente en la atmósfera contiene carbono 12 estable y una proporción muy reducida de carbono 14 radioactivo, de 5730 años de período, formado continuamente por la radiación cósmica. El gas carbónico se intercambia de forma permanente entre la atmósfera y el mundo vivo (respiración, fotosíntesis). •Cuando muere un organismo, el carbono 14 ya no se renueva. Como este isótopo se desintegra, su proporción en relación con el carbono 12 empieza a disminuir y constituye así una especie de reloj. Cuando menos carbono 14 queda en la muestra, más antigua es dicha muestra. Principio de datación con el carbono 14 Agricultura •Mejoramiento del manejo de nutrientes, suelo y agua para controlar la degradación de los suelos. •En la agricultura se han empleado los radisótopos de fósforo, nitrógeno y potasio para investigar el metabolismo y la nutrición de las plantas. Se descubrió que las plantas asimilan una proporción mayor de fertilizantes a través del follaje que a través de las raíces. Cuando se deposita el fertilizante en el suelo se pierde al ser arrastrado por el agua. •Los radisótopos han sido utilizados como trazadores para estudiar la acción de los herbicidas y también la relación de insectos y plantas, como en el transporte del polen por los insectos y la dispersión de insectos benéficos o dañinos para la agricultura. •Los isótopos radiactivos también se han utilizado como trazadores para estudiar la contaminación de alimentos por insecticidas y herbicidas; en algunos casos, se demostró que ciertos compuestos se degradan en poco tiempo y dejan de ser un peligro para la salud de los consumidores. •Las radiaciones intensas se han utilizado también en la agricultura para producir nuevas especies vegetales; asimismo, han resultado muy útiles en la conservación de los alimentos por una o más semanas, según el alimento. La esterilización efectuada con dosis mucho mayores conserva algunos alimentos por meses. Industria: •La utilización de los radioisótopos y radiaciones en la industria moderna es de gran importancia para el desarrollo y mejoramiento de los procesos, para las mediciones y la automatización y para el Control de Calidad. •En la actualidad, casi todas las ramas de la industria utilizan radioisótopos y radiaciones en diversas formas en dispositivos llamados medidores nucleares. Estos instrumentos han tenido una gran repercusión en la industria debido a la propiedad de las radiaciones ionizantes de penetrar la materia, por tanto las mediciones pueden realizarse sin contacto físico directo del sensor con el material medido. •Las mediciones pueden realizarse en línea con material en movimiento, en procesos de alta temperatura o bajo propiedades químicas nocivas; la medición es no destructiva. Pueden alcanzarse excelentes tasas costo/beneficio. •En general, los sistemas miden la radiación emitida por una fuente radiactiva después de que esta ha interactuado con el material en estudio, cambios en las dosis recibidas por el detector implican cambios en alguna propiedad del material como el espesor o la densidad. •Por otra parte, los tasadores brindan valiosa información técnica sobre la fluido dinámica de los procesos industriales mediante la incorporación de un radioisótopo al sistema que luego de mezclarse con el fluido es factible controlarlo y medirlo en diferentes puntos de control. Investigación •Utilizando haces de neutrones generados por reactores, es posible llevar a cabo diversas investigaciones en el campo de las ciencias de los materiales. •Ejemplo, se puede obtener información respecto de estructuras cristalinas, defectos en sólidos, estudios de monocristales, distribuciones y concentraciones de elementos livianos en función de la profundidad en sólidos, etc.. Fisión Nuclear •Es una reacción nuclear que tiene lugar por la rotura de un núcleo pesado al ser bombardeado por neutrones de cierta velocidad. A raíz de esta división el núcleo se separa en dos fragmentos acompañado de una emisión de radiación, liberación de 2 ó 3 nuevos neutrones y de una gran cantidad de energía, que se transforma finalmente en calor. •Los neutrones que escapan de la fisión, al bajar su energía cinética, se encuentran en condiciones de fisionar otros núcleos pesados, produciendo una Reacción nuclear en cadena. Cabe señalar, que los núcleos atómicos utilizados son de Uranio - 235. •El proceso de la fisión permite el funcionamiento de los reactores nucleares que actualmente operan en el mundo. • El fenómeno de la fisión del uranio fue descubierto en Berlin por Hahn y Strassmann en 1939,que llevados por una evidencia químicas, como la producción de Bario, sospecharon de la posibilidad de la división del núcleo de uranio en dos partes aproximadamente iguales, ellos comunicaron estos resultados a una colega, Lise Meitner que se escapa de Alemania a Suecia por las persecuciones, con su sobrino Otto Frisch discuten las implicaciones del experimento y preveen que unas de las consecuencias es la gran cantidad de energía liberada en el proceso de fisión, Meitner y Frisch sugirieron que la energía liberada durante la reacción era del orden de 200 Mev. • El físico italiano Enrico Fermi escapado de Italia llega a duras penas a los Estados Unidos en enero de 1939,al mismo tiempo que las nuevas noticias del descubrimiento de la fisión del uranio. Los acontecimientos fueron comunicados a Niels Bohr, que aprecio inmediatamente los fundamentos de la fisión, el también viajo a los Estados Unidos y transmitió la noticia en forma apurada a la Universidad de Columbia y deseo discutir el tema con Fermi, la reacción era tan violenta que los neutrones liberados podrían producir otras fisiones y el proceso se repetiría, si las circunstancias son suficientemente favorables una gran cantidad de energía se liberaría. Fusión nuclear •La fusión nuclear ocurre cuando dos núcleos atómicos muy livianos se unen, formando un núcleo atómico más pesado con mayor estabilidad. Estas reacciones liberan energías tan elevadas que en la actualidad se estudian formas adecuadas para mantener la estabilidad y confinamiento de las reacciones. •La energía necesaria para lograr la unión de los núcleos se puede obtener utilizando energía térmica o bien utilizando aceleradores de partículas. Ambos métodos buscan que la velocidad de las partículas aumente para así vencer las fuerzas de repulsión electrostáticas generadas al momento de la colisión necesaria para la fusión. •Para obtener núcleos de átomos aislados, es decir, separados de su envoltura de electrones, se utilizan gases sobrecalentados que constituyen el denominado Plasma Físico. Este proceso es propio del Sol y las estrellas, pues se tratan de gigantescas estructuras de mezclas de gases calientes atrapadas por las fuerzas de gravedad estelar. •La fusión nuclear se puede representar por el siguiente esquema y relación de equilibrio: 2H + 2H → 3He + 1n+ 3,2 MeV Bomba Atómica •Cada átomo contiene una energía enorme capaz de producir la Bomba Atómica. Esta energía está gobernada por la fórmula de Einstein, e=mc2, donde "e" es energía, "m" es la masa, multiplicada por el cuadrado de "c", que es la velocidad de la luz de 300.000 kilómetros por segundo, señalando una energía inmensa para una masa tan pequeña como un átomo. •En el átomo los Electrones, que en sus vertiginosos movimientos, son capaces de producir electricidad, calor y luz, que son formas de energía atómica. •Pero la energía gigante del átomo reside en el núcleo, produciendo la "energía atómica nuclear". •Esta "energía nuclear atómica" inmensa se produce de dos formas distintas, que parecerían contradictorias: 1- Por fisión o división: Es como se produjo la Bomba Atómica A, de uranio que estalló en Hiroshima en 1945: Se produce bombardeando el núcleo con electrones en el "ciclotrón", produciendo la división del núcleo, con la consiguiente desintegración del átomo, y la "reacción en cadena" que produce la desintegración de los átomos vecinos, casi instantáneamente pueden estallar trillones de átomos bombardeados por los neutrones liberados en las explosiones de sus respectivos vecinos. Este método se usa también en centrales eléctricas gigantes, en submarinos, para generar calor, en medicina, la industria, agricultura, etc. 2- Por fusión o integración: Consiste en fundir dos elementos en uno. Así es como se hizo la Bomba H, de Hidrógeno, que tiene una potencia de 100 a 1000 veces más que la de Uranio. Se usaron dos Hidrógenos "isótopos", que son átomos con el mismo número de protones pero distinto número de neutrones en el núcleo… y al transformase el uno en el otro producen una energía colosal… es la energía producida al transformase el Hidrógeno en su isótopo el Helio, y viceversa. Reactor Nuclear Un reactor nuclear es un dispositivo en donde se produce una reacción nuclear controlada para la obtención de energía, producción de materiales fisionables como el plutonio para armamento nuclear, propulsión de buques o de satélites artificiales o para investigación. Una central nuclear puede tener varios reactores. Es un dispositivo donde se realiza de forma controlada y estable una reacción de fisión nuclear de uranio-235 o de plutonio, mediante el bombardeo con neutrones. Como fragmentos de la fisión se obtienen nuevos neutrones que a su vez rompen nuevos núcleos de uranio , produciéndose así una reacción en cadena que debe ser controlada . Ello se consigue rodeando el uranio-235, o combustible nuclear , de un material moderador , que puede ser agua o carbón, cuya función es frenar los neutrones obtenidos de la fisión. También se introducen barras de cadmio en la masa de uranio para absorber de este modo gran cantidad de neutrones ; estas barras pueden ser retiradas , con lo que la velocidad de la reacción aumenta inmediatamente . Otra posibilidad que presenta serias dificultades técnicas es la de los reactores por fusión de núcleos ligeros . Este es el proceso mediante el cual se libera energía en el sol , el mayor de los reactores conocidos. Radiación y seres vivos Hay dos tipos de radiaciones, radiaciones naturales y radiaciones artificiales. •Ente las radiaciones naturales podemos destacar las que provienen del Sol y de los rayos cósmicos que llegan del exterior. También podemos encontrar los elementos radiactivos presentes en los materiales que nos rodean, por ejemplo, los que se usan para la construcción de nuestras viviendas, también se encuentran en el aire que respiramos, en el alimento (animal y vegetal) que ingerimos y, aún en el agua que tomamos. •Entre estos elementos radiactivos podemos mencionar el uranio, el radio y el torio. El radón en forma de gas radiactivo, proviene del radio y se encuentra en el aire que respiramos y tiene un papel muy destacado en la radiación a la que estamos expuestos. •Los rayos cósmicos están integrados por protones, electrones, rayos gamma y rayos X. Los elementos radiactivos presentes en la corteza terrestre son principalmente formas del uranio, el torio y el potasio que emiten radiaciones. •Las radiaciones artificiales las conforman todos aquellas que provienen de fuentes de creación humana como: la televisión, los aparatos de radiografías, los aparatos de radiación para el tratamiento de tumores cancerosos, las centrales nucleares, los relojes de carátula luminosa, el microondas, los teléfonos celulares, entre otros. •La vida moderna nos expone generalmente a una mayor radiación, los viajes largos en avión, la práctica de deportes de invierno, el uso de microondas, son un buen ejemplo de ello. •Por otra parte, para el estudio de los efectos de la radiación en el medio ambiente podemos considerar dos tipos: la radiación ionizante y la radiación no ionizante •La radiación ionizante es aquella que se emite con energía tal capaz de mover los electrones del átomo. De esta manera, en el proceso de lograr mayor estabilidad el átomo emite partículas subatómicas y fotones de alta energía, logrando así su decaimiento. La radiación no ionizante mueve los átomos sin alterarlos químicamente. •Se considera que la exposición crónica tiene efectos genéticos, puede producir cáncer, lesiones precancerosas, tumores benignos, cataratas, cambios en la piel y defectos congénitos. •La exposición aguda genera lesiones en la piel, desórdenes gastrointestinales, condiciona infecciones bacterianas, hemorragias, anemia, pérdida de fluidos corporales, esterilidad temporal, cáncer y efectos genéticos. La muerte en unos cuantos días puede ser una de sus consecuencias. Entre los efectos biológicos producidos por la radiación se pueden reconocer: 1. Lesiones celulares reparables. 2. Mutaciones y alteraciones a nivel de gametos. 3. Alteraciones a nivel del código genético en la molécula de ADN, alteraciones en la síntesis de proteínas y formación de células cancerosas. 4. Inhibición de la reproducción celular 5. Destrucción celular. Reacción nuclear •Son los procesos por los cuales se combinan o se fragmentan los núcleos de los átomos con la liberación o absorción de energía y de partículas, y la subsiguiente formación de nuevos elementos. La fusión es cuando se unen los núcleos y la fisión cuando de rompen. •La transformación de masa en energía resulta significativa en las reacciones nucleares, como las que tienen lugar en una central nuclear o en una bomba atómica, y en las estrellas, donde la liberación de cantidades ingentes de energía se ve acompañada de una pérdida significativa de masa. Ejercicios Guía de selección múltiple nº4 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. B C B C A D B D A A C A B 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. E B B D A C D C E C C