La radiación alfa y beta generalmente se denominan desintegraciones radiactivas. Este es un proceso que es la emisión de partículas subatómicas desde el núcleo, ocurriendo a una velocidad tremenda. Como resultado, un átomo o su isótopo pueden cambiar de un elemento químico a otro. Las desintegraciones alfa y beta de los núcleos son características de los elementos inestables. Estos incluyen todos los átomos con un número de carga superior a 83 y un número de masa superior a 209.
Condiciones de reacción
La descomposición, como otras transformaciones radiactivas, es natural y artificial. Este último se produce debido a la entrada de alguna partícula extraña en el núcleo. La cantidad de desintegración alfa y beta que puede sufrir un átomo depende solo de qué tan pronto se alcance un estado estable.
En circunstancias naturales, se producen desintegraciones alfa y beta menos.
En condiciones artificiales, están presentes neutrones, positrones, protones y otros tipos más raros de desintegración y transformaciones de núcleos.
Estos nombres fueron dados por Ernest Rutherford, quien estudió la radiación radiactiva.
La diferencia entre estable e inestablenúcleo
La capacidad de descomposición depende directamente del estado del átomo. El llamado núcleo "estable" o no radiactivo es característico de los átomos que no se descomponen. En teoría, tales elementos pueden observarse indefinidamente para finalmente convencerse de su estabilidad. Esto es necesario para separar esos núcleos de los inestables, que tienen una vida media extremadamente larga.
Por error, un átomo tan "lento" puede confundirse con uno estable. Sin embargo, el telurio, y más específicamente, su isótopo número 128, que tiene una vida media de 2,2·1024 años, puede ser un ejemplo llamativo. Este caso no es aislado. El lantano-138 tiene una vida media de 1011 años. Este período es treinta veces la edad del universo existente.
La esencia de la desintegración radiactiva
Este proceso ocurre aleatoriamente. Cada radionucleido en descomposición adquiere una velocidad que es constante para cada caso. La tasa de descomposición no puede cambiar bajo la influencia de factores externos. No importa si una reacción ocurrirá bajo la influencia de una gran fuerza gravitatoria, en el cero absoluto, en un campo eléctrico y magnético, durante cualquier reacción química, etc. El proceso sólo puede verse influido por un impacto directo en el interior del núcleo atómico, lo que es prácticamente imposible. La reacción es espontánea y depende únicamente del átomo en el que transcurre y de su estado interno.
Cuando se hace referencia a las desintegraciones radiactivas, a menudo se utiliza el término "radionúclido". Para los que no lo sonfamiliarizado con él, debe saber que esta palabra denota un grupo de átomos que tienen propiedades radiactivas, su propio número de masa, número atómico y estado de energía.
Varios radionúclidos se utilizan en áreas técnicas, científicas y de otro tipo de la vida humana. Por ejemplo, en medicina, estos elementos se utilizan para diagnosticar enfermedades, procesar medicamentos, herramientas y otros artículos. Hay incluso una serie de radiofármacos terapéuticos y pronósticos.
No menos importante es la definición del isótopo. Esta palabra se refiere a un tipo especial de átomos. Tienen el mismo número atómico que un elemento ordinario, pero diferente número de masa. Esta diferencia es causada por la cantidad de neutrones, que no afectan la carga, como los protones y los electrones, pero cambian su masa. Por ejemplo, el hidrógeno simple tiene hasta 3. Este es el único elemento cuyos isótopos han recibido nombres: deuterio, tritio (el único radiactivo) y protio. En otros casos, los nombres se dan según las masas atómicas y el elemento principal.
Desintegración alfa
Esta es una especie de reacción radiactiva. Es típico de los elementos naturales de los períodos sexto y séptimo de la tabla periódica de elementos químicos. Especial para elementos artificiales o transuránicos.
Elementos sujetos a decaimiento alfa
El número de metales que se caracterizan por esta descomposición incluyen el torio, el uranio y otros elementos de los períodos sexto y séptimo de la tabla periódica de elementos químicos, contando desde el bismuto. El proceso también sufre isótopos de entre los pesadosartículos.
¿Qué sucede durante una reacción?
Cuando comienza la desintegración alfa, la emisión desde el núcleo de partículas que consta de 2 protones y un par de neutrones. La partícula emitida en sí es el núcleo de un átomo de helio, con una masa de 4 unidades y una carga de +2.
Como resultado, aparece un nuevo elemento, que se encuentra dos celdas a la izquierda del original en la tabla periódica. Esta disposición está determinada por el hecho de que el átomo original ha perdido 2 protones y, junto con ellos, la carga inicial. Como resultado, la masa del isótopo resultante se reduce en 4 unidades de masa en comparación con el estado inicial.
Ejemplos
Durante esta descomposición, el torio se forma a partir del uranio. Del torio sale el radio, de él sale el radón, que eventualmente da polonio, y finalmente plomo. En este proceso se forman isótopos de estos elementos, y no ellos mismos. Entonces, resulta uranio-238, torio-234, radio-230, radón-236 y así sucesivamente, hasta la aparición de un elemento estable. La fórmula para tal reacción es la siguiente:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
La velocidad de la partícula alfa seleccionada en el momento de la emisión es de 12 a 20 mil km/seg. Estando en el vacío, tal partícula daría la vuelta al globo en 2 segundos, moviéndose a lo largo del ecuador.
Desintegración beta
La diferencia entre esta partícula y un electrón está en el lugar de aparición. La desintegración beta ocurre en el núcleo de un átomo, no en la capa de electrones que lo rodea. La más común de todas las transformaciones radiactivas existentes. Se puede observar en casi todos los existentes actualmente.elementos químicos. De esto se deduce que cada elemento tiene al menos un isótopo sujeto a descomposición. En la mayoría de los casos, el decaimiento beta da como resultado un decaimiento beta-menos.
Flujo de reacción
En este proceso, se expulsa un electrón del núcleo, que ha surgido debido a la transformación espontánea de un neutrón en un electrón y un protón. En este caso, debido a la mayor masa, los protones permanecen en el núcleo y el electrón, llamado partícula beta menos, sale del átomo. Y como hay más protones por unidad, el núcleo del elemento cambia hacia arriba y se ubica a la derecha del original en la tabla periódica.
Ejemplos
La desintegración de beta con potasio-40 lo convierte en un isótopo de calcio, que se encuentra a la derecha. El calcio-47 radiactivo se convierte en escandio-47, que puede convertirse en titanio-47 estable. ¿Cómo es esta desintegración beta? Fórmula:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
La velocidad de una partícula beta es 0,9 veces la velocidad de la luz, que es 270.000 km/seg.
No hay demasiados nucleidos beta-activos en la naturaleza. Hay muy pocos significativos. Un ejemplo es el potasio-40, que es solo 119/10 000 en una mezcla natural. Además, entre los importantes radionúclidos naturales beta-menos activos se encuentran los productos de desintegración alfa y beta del uranio y el torio.
La desintegración beta tiene un ejemplo típico: el torio-234, que en la desintegración alfa se convierte en protactinio-234, y luego de la misma manera se convierte en uranio, pero su otro isótopo número 234. Este uranio-234 nuevamente debido a alfa la decadencia se conviertetorio, pero ya una variedad diferente de él. Este torio-230 luego se convierte en radio-226, que se convierte en radón. Y en la misma secuencia, hasta el talio, solo que con diferentes transiciones beta hacia atrás. Esta desintegración beta radiactiva termina con la formación de plomo-206 estable. Esta transformación tiene la siguiente fórmula:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> Po-214 -> Bi-210 -> Pb-206
Los radionúclidos beta activos naturales y significativos son K-40 y elementos desde el talio hasta el uranio.
Beta-plus decaimiento
También hay una transformación beta plus. También se llama desintegración beta de positrones. Emite una partícula llamada positrón desde el núcleo. El resultado es la transformación del elemento original en el de la izquierda, que tiene un número más bajo.
Ejemplo
Cuando se produce la desintegración beta del electrón, el magnesio-23 se convierte en un isótopo estable de sodio. El europio-150 radiactivo se convierte en samario-150.
La reacción de desintegración beta resultante puede crear emisiones beta+ y beta-. La velocidad de escape de la partícula en ambos casos es 0,9 veces la velocidad de la luz.
Otras desintegraciones radiactivas
Además de reacciones como la desintegración alfa y la desintegración beta, cuya fórmula es ampliamente conocida, existen otros procesos que son más raros y más característicos de los radionúclidos artificiales.
Desintegración de neutrones. Se emite una partícula neutra de 1 unidadmasas. Durante el mismo, un isótopo se convierte en otro con un número másico más pequeño. Un ejemplo sería la conversión de litio-9 a litio-8, helio-5 a helio-4.
Cuando un isótopo estable de yodo-127 se irradia con rayos gamma, se convierte en el isótopo número 126 y adquiere radiactividad.
Desintegración de protones. Es extremadamente raro. Durante el mismo se emite un protón de carga +1 y 1 unidad de masa. El peso atómico disminuye en un valor.
Cualquier transformación radiactiva, en particular, las desintegraciones radiactivas, va acompañada de la liberación de energía en forma de radiación gamma. Lo llaman rayos gamma. En algunos casos, se observan rayos X de menor energía.
Desintegración gamma. Es una corriente de gamma quanta. Es una radiación electromagnética, más dura que los rayos X, que se usa en medicina. Como resultado, aparecen los cuantos gamma, o la energía fluye desde el núcleo atómico. Los rayos X también son electromagnéticos, pero se originan en las capas de electrones del átomo.
Correr partículas alfa
Las partículas alfa con una masa de 4 unidades atómicas y una carga de +2 se mueven en línea recta. Debido a esto, podemos hablar sobre el rango de partículas alfa.
El valor de la carrera depende de la energía inicial y oscila entre 3 y 7 (a veces 13) cm en el aire. En un medio denso, es una centésima de milímetro. Tal radiación no puede penetrar una hoja.papel y piel humana.
Debido a su propia masa y número de carga, la partícula alfa tiene el mayor poder ionizante y destruye todo a su paso. En este sentido, los radionucleidos alfa son los más peligrosos para humanos y animales cuando se exponen al cuerpo.
Penetración de partículas beta
Debido al pequeño número de masa, que es 1836 veces menor que un protón, carga y tamaño negativos, la radiación beta tiene un efecto débil sobre la sustancia a través de la cual vuela, pero además, el vuelo es más largo. Además, la trayectoria de la partícula no es recta. En este sentido, hablan de capacidad de penetración, que depende de la energía recibida.
El poder de penetración de las partículas beta producidas durante la desintegración radiactiva alcanza los 2,3 m en el aire, en líquidos se cuenta en centímetros y en sólidos, en fracciones de centímetro. Los tejidos del cuerpo humano transmiten radiación a 1,2 cm de profundidad. Para proteger contra la radiación beta, puede servir una capa simple de agua de hasta 10 cm El flujo de partículas con una energía de descomposición suficientemente alta de 10 MeV es absorbido casi por completo por tales capas: aire - 4 m; aluminio - 2,2 cm; hierro - 7,55 mm; plomo - 5, 2 mm.
Dado su pequeño tamaño, las partículas de radiación beta tienen una capacidad ionizante baja en comparación con las partículas alfa. Sin embargo, cuando se ingieren, son mucho más peligrosos que durante la exposición externa.
Neutron y gamma actualmente tienen el rendimiento de penetración más alto entre todos los tipos de radiación. El alcance de estas radiaciones en el aire alcanza a veces decenas y cientosmetros, pero con menor rendimiento ionizante.
La mayoría de los isótopos de los rayos gamma no superan los 1,3 MeV de energía. En raras ocasiones se alcanzan valores de 6,7 MeV. En este sentido, para proteger contra dicha radiación, se utilizan capas de acero, hormigón y plomo para el factor de atenuación.
Por ejemplo, para atenuar diez veces la radiación gamma de cob alto, se necesita un blindaje de plomo de unos 5 cm de espesor, para una atenuación de 100 veces, se requieren 9,5 cm. El blindaje de hormigón será de 33 y 55 cm, y el agua - 70 y 115 cm.
El rendimiento ionizante de los neutrones depende de su rendimiento energético.
En cualquier situación, la mejor manera de protegerse contra la radiación es permanecer lo más lejos posible de la fuente y pasar el menor tiempo posible en el área de alta radiación.
Fisión de núcleos atómicos
Bajo la fisión de los núcleos de los átomos se entiende espontáneamente, o bajo la influencia de los neutrones, la división del núcleo en dos partes, aproximadamente del mismo tamaño.
Estas dos partes se convierten en isótopos radiactivos de elementos de la parte principal de la tabla de elementos químicos. Desde el cobre hasta los lantánidos.
Durante la liberación, escapan un par de neutrones adicionales y hay un exceso de energía en forma de cuantos gamma, que es mucho mayor que durante la desintegración radiactiva. Entonces, en un acto de desintegración radiactiva, aparece un cuanto gamma, y durante el acto de fisión, aparecen 8, 10 cuantos gamma. Además, los fragmentos dispersos tienen una gran energía cinética, que se convierte en indicadores térmicos.
Los neutrones liberados son capaces de provocar la separación de un par de núcleos similares si se encuentran cerca y los neutrones chocan contra ellos.
Esto plantea la posibilidad de una reacción en cadena ramificada y acelerada de división de núcleos atómicos y la creación de una gran cantidad de energía.
Cuando una reacción en cadena de este tipo está bajo control, se puede utilizar para determinados fines. Por ejemplo, para calefacción o electricidad. Dichos procesos se llevan a cabo en centrales y reactores nucleares.
Si pierdes el control de la reacción, ocurrirá una explosión atómica. Similar se usa en armas nucleares.
En condiciones naturales, solo hay un elemento: el uranio, que tiene solo un isótopo fisionable con el número 235. Es apto para armas.
En un reactor atómico de uranio ordinario del uranio-238, bajo la influencia de los neutrones, forman un nuevo isótopo en el número 239, y de él, el plutonio, que es artificial y no se produce de forma natural. En este caso, el plutonio-239 resultante se utiliza con fines armamentísticos. Este proceso de fisión de núcleos atómicos es la esencia de todas las armas y energías atómicas.
Fenómenos como el decaimiento alfa y el decaimiento beta, cuya fórmula se estudia en la escuela, están muy extendidos en nuestro tiempo. Gracias a estas reacciones existen centrales nucleares y muchas otras industrias basadas en la física nuclear. Sin embargo, no te olvides de la radiactividad de muchos de estos elementos. Cuando se trabaja con ellos, se requiere una protección especial y el cumplimiento de todas las precauciones. De lo contrario, esto puede conducir adesastre irreparable.
