Radiactivitat

Archiu:Isotopes and half-life. caps block 0

Diagrama de Segrè. El color indica el periodo de semidesintegración dels isòtops radiactius coneguts, també cridat semivida. Observe's que un llauger excés de neutrons favorix l'estabilitat en àtoms pesats.

La radiactivitat^[1] (també coneguda com radioactividad, radiació nuclear o desintegració nuclear) és el procés pel qual un núcleu atòmic inestable pert energia per mig de l'emissió de radiació, com una partícula alfa, partícula beta en neutrino o solament un neutrino en el cas de la captura electrònica, o un raig gamma o electró en el cas de conversió interna. Un material que conté estos núcleus inestables es considera radiactiu. Certs estats nuclears de vida curta altament excitats poden decaure a través d'emissió de neutrons, o més rarament, emissió de protones.

La desintegració radioactiva és un procés estocàstic (és dir, aleatori) a nivell d'àtoms individuals. Segons la teoria quàntica, és impossible predir quàn es desintegrarà un àtom en particular,^[2]^[3]^[4] independentment de quant temps haja existit l'àtom. No obstant, per a una colecció d'àtoms, la taxa de decaiguda esperada de la colecció es caracterisa en térmens de la seua constant de decaigudas o vides miges mides. Esta és la base de la datació radiométrica. Les vides miges dels àtoms radioactivos no tenen un llímit superior conegut, que comprén un ranc de temps de més de 55 órdens de magnitut, des de casi instantàneu fins a molt més llarc que l'edat de l'univers.

Un núcleu radioactivo en espin zero pugues no tindre una orientació definida i, per lo tant, emet el total momentum dels seus productes de descomposició isotrópica (en totes les direccions i sense biaix). Si hi ha múltiples partícules produïdes durant una sola desintegració, com en la desintegració beta, la seua distribució angular relativa o les direccions d'espin poden no ser isotrópicas. Els productes de desintegració d'un núcleu en espin poden estar distribuïts de forma no isotrópica sobre eixa direcció d'espin, ya siga per una influència externa com un camp electromagnètic, o perque en el núcleu es va produir en un procés dinàmic que va llimitar la direcció del seu espin. Tal processe pare podria ser una descomposició prèvia, o una reacció nuclear.^[5]^[6]^[7]^{[nota 1]}

El núcleu en desintegració es diu radionucleido pare (o radioisòtop pare),^{[nota 2]} i el procés produïx a lo manco un nucleido fill. Llevat per la desintegració gamma o la conversió interna d'un estat excitat nuclear, la desintegració és una transmutació nuclear que resulta en una filla que conté un número diferent de protones o neutrons (o abdós). Quan el número de protones canvia, es crea un àtom d'un element químic diferent.

Els primers processos de desintegració que es varen descobrir varen ser la desintegració alfa, la desintegració beta i la desintegració gamma. La desintegració alfa ocorre quan el núcleu expulsa una partícula alfa (núcleu d'heli). Est és el procés més comú d'emissió de nucleones, pero els núcleus altament excitats poden expulsar nucleones individuals, o en el cas de desintegració de l'arracada, núcleus llaugers específics d'atres elements. ocorre de dos maneres:

i) decaiguda beta-negatiu, quan el núcleu emet un electró i un antineutrino en un procés que convertix un neutró en un protón, o

(ii) decaiguda beta-positiu, quan el núcleu emet un positrón i un neutrino en un procés que convertix un protón en un neutró.

Els núcleus rics en neutrons altament excitats, formats com a producte d'atres tipos de descomposició, ocasionalment perden energia per mig de l'emissió de neutrons, resultant en un canvi d'un isòtop a un atre del mateix element. El núcleu pot capturar un electró en òrbita, fent que un protón es convertixca en un neutró en un procés cridat captura d'electrons. Tots estos processos resulten en una transmutació nuclear ben definida.

Pel contrari, hi ha processos de desintegració radiactiva que no donen lloc a una transmutació nuclear. L'energia d'un núcleu excitat pot ser emesa com un raig gamma en un procés cridat desintegració gamma, o eixa energia pot perdre-se quan el núcleu interactua en un electró orbital causant la seua expulsió de l'àtom, en un procés cridat conversió interna.

Un atre tipo de desintegració radiactiva dona com resultat productes que varien, apareixent com dos o més "fragments" del núcleu original en un ranc de possibles masses. Esta desintegració, cridada fissió nuclear espontànea, ocorre quan un gran núcleu inestable es dividix espontàneament en dos (o ocasionalment tres) núcleus fills més menuts, i generalment conduïx a l'emissió de rajos gamma, neutrons o atres partícules d'eixos productes.

Per a una taula resumixen que mostra el número de nucleidos estables i radioactivos en cada categoria, vore radionucleido. Hi ha 28 elements químics naturals en la Terra que són radioactivos, que consistixen en 33 radionucleidos (5 elements tenen 2 radionucleidos diferents) que daten abans de l'época de formació del sistema solar. Estos 33 són coneguts com nucleidos primordials. Eixemples ben coneguts són l'urani i el tori, pero també s'inclouen els radioisòtops de llarga vida naturals, com potassi-40. Atres 50 radionucleidos de vida més curta, com ràdio i radón, que es troben en la Terra, són els productes de cadenes de desintegració que varen començar en els nucleidos primordials, o són el producte de processos cosmogénicos continus, tals com la producció de carbono-14 a partir del nitrogen-14 en l'atmòsfera per rajos còsmics. Els radionucleidos també poden ser produïts artificialment en acceleradors de partícules o reactors nuclears, resultant en 650 d'estos en vides miges de més d'una hora, i varis mills més en vides miges encara més curtes.

Radiactivitat natural i el seu descobriment

La radiactivitat va ser descoberta en 1896 pels científics francesos Henri Becquerel i Marie Curie, mentres treballaven en materials fosforescentes.^[8] Estos materials lluïxen en l'obscuritat despuix de l'exposició a la llum, i Becquerel va sospitar que la lluentor produïda en els tubos de rajos catódicos per rajos X podria estar associat en la fosforescència. Va envoldre una placa fotogràfica en paper negre i va colocar vàries sales fosforescentes sobre ella. Tots els resultats varen ser negatius fins que va usar sales d'urani. Les sals d'urani varen causar un ennegriment de la placa a pesar d'estar envolta en paper negre. A estes radiacions se'ls va donar el nom de "Rajos de Becquerel".

Pronte es va fer evident que l'ennegriment de la placa no tenia res a vore en la fosforescència, ya que l'ennegriment també ho produïen les sales no fosforescente d'urani i l'urani metàlic. D'estos experiments va quedar clar que hi havia una forma de radiació invisible que podia passar a través del paper i que estava fent que la placa reaccionara com si estiguera exposta a la llum.

Al principi, semblava que la nova radiació era similar a les radiografies recentment descobertes. Investigacions posteriors de Becquerel, Ernest Rutherford, Paul Villard, Pierre Curie, Marie Curie, i uns atres varen demostrar que esta forma de radioactividad era significativament més complicada. Rutherford va ser el primer en donar-se conte de que tots estos elements es desintegren d'acort en la mateixa fòrmula matemàtica exponencial. Rutherford i el seu estudiant Frederick Soddy varen ser els primers en donar-se conte de que molts processos de desintegració varen resultar en la transmutació nuclear d'un element a un atre. Posteriorment, es va formular la llei de desplaçament radioactivo de Fajans i Soddy per a descriure els productes de desintegració alfa i beta.^[9]^[10]

Els estudis del matrimoni de Marie i Pierre Curie, els qui varen trobar atres substàncies radiactives: el tori, el poloni i el ràdio. L'intensitat de la radiació emesa era proporcional a la cantitat d'urani present, per lo que els Curie varen deduir que la radiactivitat era una propietat atòmica. El fenomen de la radiactivitat s'origina exclusivament en el núcleu dels àtoms radiactius. Es creu que s'origina per l'interacció neutró-protón. En estudiar la radiació emesa pel radi, es va comprovar que era complexa, puix en aplicar-li un camp magnètic, part d'ella es desviava de la seua trayectòria i una atra part no.

Radiactivitat artificial

Símbol utilisat tradicionalment per a indicar la presència de radiactivitat en llocs específics.

La radiactivitat artificial, també cridada radiactivitat induïda, es produïx quan es bombardegen certs núcleus estables en partícules apropiades. Si l'energia d'estes partícules té un valor adequat, penetren el núcleu bombardejat i formen un nou núcleu que, en cas de ser inestable, es desintegra despuix radiactivament. Va ser descoberta per la parella Frédéric Joliot-Curie i Irène Joliot-Curie, bombardejant núcleus de bor i d'alumini en partícules alfa. Varen observar que les substàncies bombardejades emetien radiacions (neutrons lliures) despuix de retirar el cos radiactiu emissor de les partícules de bombardeig. El plom és la substància que major resistència oferix a la penetració per part dels rajos x i gamma.

En 1934 Fermi es trobava en un experiment bombardejant núcleus d'urani en els neutrons recent descoberts. En 1938, en Alemània, Lise Meitner, Otto Hahn i Fritz Strassmann varen verificar els experiments de Fermi. En 1939 varen demostrar que una part dels productes que apareixien en portar a terme estos experiments era bari. Molt pronte varen confirmar que era resultat de la divisió dels núcleus d'urani: la primera observació experimental de la fissió. En França, Frédéric Joliot-Curie va descobrir que, ademés del bari, s'emeten neutrons secundaris en eixa reacció, lo que fa factible la reacció en cadena.

També en 1932, Mark Lawrence Elwin Oliphant^[11] teorizó sobre la fusió de núcleus llaugers (d'hidrogen), i poc despuix Hans Bethe va descriure el funcionament de les estreles en base en este mecanisme.

L'estudi de la radiactivitat va permetre un major coneiximent de l'estructura del núcleu atòmic i de les partícules subatòmiques. Es va obrir la possibilitat de convertir uns elements en uns atres. Inclús es va fer realitat l'ancestral somi dels alquimistes de crear or a partir d'atres elements, com per eixemple àtoms de mercuri, encara que en térmens pràctics el procés de convertir mercuri en or no resulta rendable degut a que el procés requerix massa energia.

El 14 de març de 1994, l'Agència Internacional de l'Energia Atòmica (AIEA) va donar a conéixer un nou símbol d'advertència de radiactivitat en validea internacional. L'image va ser provada en 11 països.

Vore també

Notes

↑ Plantilla:Cita DPD
↑ (2007) «3», Radiation Protection and Dosimetry: An Introduction to Health Physics, Springer. doi:10.1007/978-0-387-49983-3. ISBN 978-0-387-49982-6.
↑ (2013) «1.3», Radiation Oncology Primer and Review, Donem Medical Publishing. ISBN 978-1-62070-004-4.
↑ (2006) Modern Nuclear Chemistry, Wiley-Interscience, p. 57. ISBN 978-0-471-11532-8.
↑ “Gamma-Ray Angular Correlations from Aligned Nuclei Produced by Nuclear Reactions” (1961). Canadian Journal of Physics 39 (6): 788–824. doi:10.1139/p61-089. ISSN 0008-4204. Bibcode: 1961CaJPh..39..788L.
↑ (1976) «3. Nuclear and Atomic Spectroscopy», Spectroscopy (vol. 13), pp. 115–346. doi:10.1016/S0076-695X(08)60643-2. ISBN 9780124759138.
↑ Nuclear and particle physics: An introduction, 2nd edició, John Wiley & Sons, p. 240. ISBN 978-1-1199-6511-4.
↑ Mould, Richard F.. A century of X-rays and radioactivity in medicine : with emphasis on photographic records of the early years, Reprint. with minor corr edició (en en), Bristol: Inst. of Physics Publ., p. 12. ISBN 978-0-7503-0224-1.
↑ Kasimir Fajans, "Radioactive transformations and the periodic system of the elements". Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, Nr. 46, 1913, pp. 422–439 (en engonals)
↑ Frederick Soddy, "The Ràdio Elements and the Periodic Law", Chem. News, Nr. 107, 1913, pp. 97–99 (en engonals)
↑ Mark Lawrence Elwin Oliphant

Referències

Este artícul conté una traducció derivada de «Radiactividad» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.

Erro en la cita: Existixen etiquetes <ref> per a un grup nomenat "nota", pero no es trobà una etiqueta <references group="nota"/>

[1] Plantilla:Cita DPD

[IntroductionToHealthPhysics-2] (2007) «3», Radiation Protection and Dosimetry: An Introduction to Health Physics, Springer. doi:10.1007/978-0-387-49983-3. ISBN 978-0-387-49982-6.

[RadiationOncologyPrimer-3] (2013) «1.3», Radiation Oncology Primer and Review, Donem Medical Publishing. ISBN 978-1-62070-004-4.

[4] (2006) Modern Nuclear Chemistry, Wiley-Interscience, p. 57. ISBN 978-0-471-11532-8.

[LitherlandFerguson1961-5] “Gamma-Ray Angular Correlations from Aligned Nuclei Produced by Nuclear Reactions” (1961). Canadian Journal of Physics 39 (6): 788–824. doi:10.1139/p61-089. ISSN 0008-4204. Bibcode: 1961CaJPh..39..788L.

[6] (1976) «3. Nuclear and Atomic Spectroscopy», Spectroscopy (vol. 13), pp. 115–346. doi:10.1016/S0076-695X(08)60643-2. ISBN 9780124759138.

[B.R._Martin-7] Nuclear and particle physics: An introduction, 2nd edició, John Wiley & Sons, p. 240. ISBN 978-1-1199-6511-4.

[10] Mould, Richard F.. A century of X-rays and radioactivity in medicine : with emphasis on photographic records of the early years, Reprint. with minor corr edició (en en), Bristol: Inst. of Physics Publ., p. 12. ISBN 978-0-7503-0224-1.

[11] Kasimir Fajans, "Radioactive transformations and the periodic system of the elements". Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, Nr. 46, 1913, pp. 422–439 (en engonals)

[12] Frederick Soddy, "The Ràdio Elements and the Periodic Law", Chem. News, Nr. 107, 1913, pp. 97–99 (en engonals)

[13] Mark Lawrence Elwin Oliphant

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[nota 1]

[nota 2]

[8]

[9]

[10]

[11]