1. DEESSCCUUBBRRIIMMIIEENNTTOO DDEE LLAA ... · Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3 - 2/23 Elementos de Radioprotección ISBN 84-398-9769-3 © Manuel R. Ortega Girón 2. NAATTUURRAALLEEZZAA

Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3 - 1/23

Elementos de Radioprotección ISBN 84-

111... DDDEEESSSCCCUUUBBBRRRIIIMMMIIIEEENNNTTTOOO DDDEEE LLLAAA RRRAAADDDIIIAAACCCTTTIIIVVVIIIDDDAAADDD

Descubrimiento: Henri Becquerel (1896) La radioactividad es una propiedad intrínseca de los núcleos de los átomos.

Composición : tres componentes: αααα , ββββ, γγγγ
EExxppeerriimmeennttoo ddee BBeeccqquueerreell:: α : partículas cargadas + β : partículas cargadas – γ : radiación neutra
398-9769-3 © Manuel R. Ortega Girón


Elementos de Radioprotección ISBN 84-398-9769-3 © Manuel R. Ortega Girón

222... NNNAAATTTUUURRRAAALLLEEEZZZAAA DDDEEELLL PPPRRROOOCCCEEESSSOOO RRRAAADDDIIIAAACCCTTTIIIVVVOOO

Es interpretado por Rutheford como una transición desde un núcleo inestable a otro de configuración más estable.



333... DDDIIIAAAGGGRRRAAAMMMAAASSS DDDEEE DDDEEESSSIIINNNTTTEEEGGGRRRAAACCCIIIÓÓÓNNN

Qp = [ M(X) – { M(Y) + M(P) } - E* ]




Elementos de Radioprotección

444... RRRAAADDDIIIAAACCCTTTIIIVVVIIIDDDAAADDD AAALLLFFFAAA

El núcleo atómico emite una partícula alfa (α) Las partículas alfa son átomos de helio completamente ionizados.

4 42 2X Y HeA A

Z Z−−→ +

α212 208

83 81Bi Tl→ α226 22288 86Ra Rn→

Muy importante en nucleidos pesados (A > 140)

EEnneerrggííaa lliibbeerraaddaa eenn eessttee pprroocceessoo:: (masas nucleares) Qα = [ mN (Z,A) – mN (Z-2 , A-4) – mN (α )] c2

(masas atómicas) Qα = [ ma ( Z, A ) – ma ( Z-2, A-4 ) – ma (2,4)] c2

Ec(α) < Qα pues el núcleo residual retrocede llevándose una cierta

c α c α4 4(α) (R)AE Q E Q

A A−≈ ≈

El espectro energ

Qα = 5.38 MeV,

α232 22890 88Th Ra→

Ec(α) = 5.14 MeV, Ec(R) = 0.24 MeV

ISBN 84-398-9769-3 © Manuel R. Ortega Girón

ético de las partículas α es discreto.




Elementos

555... RRRAAADDDIIIAAACCCTTTIIIVVVIIIDDDAAADDD BBBEEETTTAAA

Emisión

TTRREESS PPRROOCCEESSOOSS DDIIFFEERREENNTTEESS:: • DESINTEGRACIÓN β- • DESINTEGRACIÓN β+ • CAPTURA ELECTRÓNICA

de Radioprotección ISBN 84-398-976

DDDEEESSSIIINNNTTTEEEGGGRRRAAACCCIIIÓÓÓNNN ββββββββββββ--- espontánea de electrones (e-) por los núcleos

-n p + e ν→ +

1X Y + e νA AZ Z

−+→ +

-β40 4019 20K Ca→

-β212 21283 84Bi Po→

Los núcleos sobreabundantes en neutrones son emisores ββββ-.

Energía liberada en este proceso:

Qββββ- = ( mX – mY) c2 Espectro energético continuo para los electrones (e-) emitidos. El % mayor de β- se encuentra a 1/3 de Emáx Intervalo : 0.1 MeV – 3 MeV

9-3 © Manuel R. Ortega Girón



DDDEEESSSIIINNNTTTEEEGGGRRRAAACCCIIIÓÓÓNNN ββββββββββββ+++

Emisión espontánea de positrones (e+) los núcleos.

+p n + e ν→ +

1X Y + e νA AZ Z

+−→ +

+β30 30

15 14P Si→ +β53 53

26 25Fe Mn→

Los núcleos sobreabundantes en protones son emisores ββββ+.

Energía liberada en este proceso: Qββββ

+ = ( mx – my – 2me ) c2 Espectro energético continuo para los positrones (e+) emitidos. El % mayor de β+ se encuentra a ½ Emáx Emáx = 1.24 MeV



666... CCCAAAPPPTTTUUURRRAAA EEELLLEEECCCTTTRRRÓÓÓNNNIIICCCAAA

El núcleo captura un electrón (e-) de las capas internas del átomo y lo "combina" con un protón (p) nuclear:

-p + e n ν→ +

1X + e Y νA AZ Z

−−→ +

La EC es competitiva con la desintegración β+. El átomo al que pertenece el núcleo residual (Y) queda ionizado produciéndose un reajuste de su configuración electrónica con la consiguiente emisión de rayos-X.

-β80 8035 36Br Kr→

+β80 8035 34Br Se→ EC80 80

35 34Br Se→ Energía liberada en este proceso:

QE.C. = (mX – mY) c2



777... RRRAAADDDIIIAAACCCTTTIIIVVVIIIDDDAAADDD GGGAAAMMMMMMAAA

Esta emisión representa para el núcleo un medio de desprenderse de su energía de excitación. El espectro energético de un emisor γγγγ es discreto y característico. Energías típicas: desde algunas decenas de keV hasta algunos MeV

X* X + γA AZ Z→



888... AAACCCTTTIIIVVVIIIDDDAAADDD RRRAAADDDIIIAAACCCTTTIIIVVVAAA

Velocidad de desintegración de los núcleos de los átomos que constituyen la muestra de material radiactivo.

Unidad: becquerelio (Bq)

1 Bq = 1 desintegración / segundo Por ser pequeña se utilizan múltiplos:

1 kBq = 103 Bq 1 MBq = 106 Bq 1 GBq = 109 Bq Por razones históricas se sigue utilizando el Curio (Ci):

1 Ci = 3.7 × 1010 desintegraciones / segundo Por ser muy grande se utilizan submúltiplos :

1 mCi = 10-3 Ci 1 µCi = 10-6 Ci 1 pCi = 10-12 Ci

0

dlimdt

N NAt t∆ →

−∆= = −∆

NAt

−∆< > =∆



999... DDDEEECCCRRREEECCCIIIMMMIIIEEENNNTTTOOO RRRAAADDDIIIAAACCCTTTIIIVVVOOO

La actividad también se expresa por:

A = λ N

λ : constante de desintegración La actividad disminuye en función del tiempo:

0

-e tA A λ=

Período de semidesintegración: tiempo que debe transcurrir para que la actividad se reduzca a la mitad.

T, T1/2 En general, para un tiempo nT (n = 1,2,3,...), la actividad de la muestra se reduce en 1/2n Se verifica que:

ln 2 0.693Tλ λ

= =

Vida media: expectativa de vida de un núcleo

1 1.443τ λλ

= =

Actividad específica: actividad por unidad de masa (Bq/kg, o similares)



Los periodos de semidesintegración se extienden desde fracciones de segundo hasta miles de millones de años.



111000... FFFIIILLLIIIAAACCCIIIÓÓÓNNN RRRAAADDDIIIAAACCCTTTIIIVVVAAA

A B C (estable)

TA TB



111111... RRRAAADDDIIIOOONNNUUUCCCLLLEEEIIIDDDOOOSSS NNNAAATTTUUURRRAAALLLEEESSS

Existen unos 50 radionucleidos con números másicos elevados y pertenecen a unas de las cuatro familias radiactivas Son emisores α y β

-





Existen algunos con números másicos intermedios. Son emisores β- y E.C.

Otros se producen en la atmósfera.



111222... RRRAAADDDIIIOOONNNUUUCCCLLLEEEIIIDDDOOOSSS AAARRRTTTIIIFFFIIICCCIIIAAALLLEEESSS

Irene y Joliot Curie (1934)

27 3013 15α + Al P + n→

El 30 P es emisor β- con T = 2.5 min Actualmente existen más de un millar de radionucleidos artificiales.


Elementos de Radioprotección ISBN 84-39

111333... RRREEEAAACCCCCCIIIOOONNNEEESSS NNNUUUCCCLLLEEEAAARRREEESSS

Proceso de transmutación que experimentan los núcleos cuando se bombardean con partículas energéticas.

42

7Li(p,α) He3 239

• Se conserva la carga eléctri• Se conserva el número de n

Energía puesta en juego:

Q = ( ma + m

a + X

X (a

= Y + b ,b) Y

8-9769-3 © Manuel R. Ortega Girón

134 9952 40

5U(n,3n) Te Zr2

ca. ucleones.

x – my – mb ) c2



111444... TTTIIIPPPOOOSSS DDDEEE RRREEEAAACCCCCCIIIOOONNNEEESSS NNNUUUCCCLLLEEEAAARRREEESSS

A) Se pueden clasificar atendiendo al Q: Q > 0 exoenergéticos sea cual sea Ta Q < 0 endoenergéticos si Ta > Eumb = [(mx + ma) / mx ] Q Q = 0 difusión elástica B) Atendiendo al tipo de reacción:

C) Por la naturaleza y procedencia de las partículas incidentes.

• Reacciones producidas por partículas poco energéticas. • Reacciones producidas por partículas de acelerador. • Las producidas por n sobre el núcleo blanco. • Reacciones de fisión.



111555... FFFUUUEEENNNTTTEEESSS DDDEEE NNNEEEUUUTTTRRROOONNNEEESSS

Los neutrones no se emiten directamente por los núcleos, pero se liberan en algunas reacciones nucleares.

9 124 6α + Be C + n→

Energía ≈≈≈≈ algunos MeV

Rendimiento ≈≈≈≈106 neutrones / s • Ci

9 84 4γ + Be Be + n→

Energía ≈≈≈≈ 0.500 MeV

Rendimiento ≈≈≈≈104 neutrones / s •⋅Ci Otras fuentes:

• Reactores nucleares (fisión) • Aceleradores de partículas [Reacciones (p,n), (γ ,n), (α, n)]



111666... RRREEEAAACCCCCCIIIOOONNNEEESSS CCCOOONNN NNNEEEUUUTTTRRROOONNNEEESSS

Las reacciones con neutrones se clasifican por el método general. Las reacciones más importantes :

• Difusión elástica sobre H para rápidos. • Captura electrónica (n ,γ ) lentos, térmicos. • Transmutación (n, p), (n, α ).

Los neutrones se clasifican en:

• Rápidos > 1 MeV • Lentos ≈ eV • Térmicos : 0.02 eV



111777... RRREEEAAACCCCCCIIIOOONNNEEESSS DDDEEE FFFIIISSSIIIÓÓÓNNN

El núcleo se escinde en dos.

• Espontánea: 238U (T = 1016 a) • Provocada: 239Pu, 238U, 235U

La fisión es un proceso fuertemente exoenergético.

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