Antonio Pérez Vicente Radiactividad1 Radiactividad

Antonio Pérez Vicente Radiactividad

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Radiactividad


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En 1896 Henry Becquerel descubre

la radiactividad

Placa impresionada (cruz de malta) con sales de uranio


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RADIACTIVIDAD

Aplicaciones

RADIOISÓTOPOS

Contaminación radiactiva

Características: Velocidad de desintegración (Actividad: A = n) Período de semidesintegración: T½ = L2/ Vida media: = 1/

Ley de desintegración:

N = No·e-t

Leyes de desplazamientos

radiactivos (Soddy y Fajans)

Series o familias

radiactivas

Tipos de radiaciones(emisiones radiactivas) (4He) (-1e) (radiación electromagnética)

• Poder de penetración• Inestabilidad N-Z• Desintegraciones

Radiactividad natural y artificial


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En 1903 Marie y Pierre Curie reciben, junto con Becquerel, el premio Nobel por el descubrimiento de la radiactividad

Radiactividad ligada a compuestos de Uranio y Torio. 1898: Descubren el Polonio y el Radio


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Primer congreso Solvay 1911

Los físicos hablan de radiactividad y de la nueva física


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Entre 1920 y 1930, William J.A. Bailey fue enriqueciéndose gracias a su patente de una medicina que contenía radio. Bailey creó un medicamento, el Radithor, que no era más que radio disuelto en agua destilada, y que se anunciaba como un remedio científico para curar todos los males.

Primeras aplicaciones de la radiactividad


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TIPOS DE RADIACIONES

IONIZANTES

Natural Artificial

Fotones

Rayos X UV

Electrones de baja energía

Rayos catódicos

NO IONIZANTES

Natural o artificial

Artificial

Espectro electromagnético

Partículas de alta velocidad

Neutrones

Fotones de baja energía

Visible IR Microondas Ondas de radio


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Tipos de radiacionesRutherford reconoció al menos dos tipos de emisiones radiactivas, y .Villard, posteriormente, determinó la existencia de otra, llamada gammma (). Una muestra radiactiva emite radiación que se diferencia en su comportamiento: • : se desvían indicando carga positiva, v < c• : se desvían indicando carga negatica, v c• : No se desvían, v = c


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Poder de penetración

La radiación es mucho más penetrante que los rayos X y, por lo tanto, más peligrosa


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Estabilidad nuclear

Para núcleos pequeños: N = Z

Los núcleos más pesados tienen más neutrones que protones (N > Z) para mitigar la repulsión entre protones

Si la relación N/Z es muy grande los núcleos son inestables y se estabilizan transformándose en otros núcleos: desintegraciones


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Desintegración α

Desintegración α

La repulsión eléctrica entre los protones hace inestable al núcleo. Se transforma espontáneamente en un núcleo más pequeño emitiendo partículas alfa (núcleos de Helio)

Se produce para átomos con Z > 82Se liberan entre 4 y 8 MeV de energía

Efecto túnel mecano-cuántico

DESINTEGRACIONES


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Los núcleos se estabilizan transformando un neutrón en un protón y emitiendo un electrón (Radiación ). Se emiten también antineutrinos.

Desintegración β

•β- : n→p + e- + νe


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Desintegración β

En la desintegración + se emiten positrones (e+) y neutrinos

• β+: p→n + e+ + νe

Se transforma en un núcleo de mayor número atómico, pero con el mismo número de nucleones.


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Desintegración

• Los protones y neutrones se mueven en órbitas cuyas energías están cuantizadas.• Los tránsitos energéticos corresponden a la radiación • La energía del rayo está cuantizada

Similar al caso atómico pero un millón de veces más energético


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El tipo de radiación emitida depende de la relación N/Z

En las desintegraciones radiactivas los núcleos inestables se transforman en otros emitiendo radiaciones

Se conserva la carga y el número total de nucleones


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Leyes de desplazamientoEstablecidas por Soddy y Fajans en 1913

1. Al emitir una partícula alfa se obtiene un elemento químico cuyo número atómico es dos unidades menor y con número másico cuatro unidades mayor

A A-4 4

X Y + HeZ Z-2 2

226 222 4

Ra Rn + He 88 86 2

2. Si se emite una partícula beta se obtiene un elemento cuyo número atómico es una unidad mayor y no varía su número másico

A A 0

X Y + eZ Z+1 -1

214 214 0

Bi Po + e 83 84 -1


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Familias radiactivasExisten cuatro familias radiactivas (tres de ellas en la naturaleza):• Familia del 232Th, números másicos: 4n• Familia del 238U: A=4n+2• Familia del 227Ac: A=4n+3• La familia del 237Np no existe en la naturaleza; A=4n+1

Los elementos radiactivos naturales están comprendidos entre Z=81 y Z=92


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Ley de Gamow-Gurney: relación entre el período de semidesintegración de los isótopos radiactivos y la energía cinética de las partículas alfa emitidas

Puedes ver las familias radiactivas pulsando aquí

Familias radiactivas

http://www.edu.aytolacoruna.es/aula/fisica/applets/Fendt/physesp/decseriesesp.htm


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Características de la desintegración radiactiva

Ley de desintegración (Elster y Geitel)

N = Noe-t No: nº de átomos iniciales

N: nº de átomos que quedan sin desintegrar en el instante t: Constante de desintegración (probabilidad de que un núcleo radiactivo se desintegre)

El número de núcleos que quedan sin desintegrar disminuye exponencialmente con el

tiempo


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Actividad (velocidad de desintegración): número de desintegraciones que se producen por unidad de tiempo

A = dN/dt = N

Periodo de semidesintegración: tiempo que debe transcurrir para que el número de núcleos de una muestra se reduzca a la mitad

T1/2 = 0,693/

Vida media: tiempo que, por término medio, tardará un núcleo en desintegrarse

= 1/ = T1/2 /0,693

Características de la desintegración radiactiva


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La vida media de los núclidos que proceden de la desintegración del Uranio 238 es muy diferente, desde 1,17 minutos (Protactinio-234) hasta 4,47 billones de años (Uranio-238)


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Contaminación radiactivaUnidades de medida de la radiación

• Actividad:Becquerel (1 Bq = 1 s-1 ) •Curie (1 Ci = 3,7 1010 Bq)

• Ionización: Exposición (1 X = Ckg-1) •Röntgen (1 R = 2,58 10-4 X)

• Energía depositada: Gray (1 Gy = 1 J kg-1)

• Efectos biológicos: Dependen del tipo de radiación a través de un factor de calidad y la energía depositada.

Sievert (1 Sv = 1 J kg-1) rem (Röntgen equivalent man) = 0.01 Sv

Dosis típica: 0.1 - 0.2 rem por año. Maximo 0.5 rem por año.


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Unidades de medida de la radiación

La actividad de una fuente radiactiva se mide en becquerels o curies

La medida de la exposición temporal se mide en rems o sieverts

La intensidad de la radiación gamma se mide en röntgens

La dosis de absorción radiactiva se mide en rads o grays


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Exposición radiactiva

La dosis máxima de exposición a las radiaciones está entre 0,5 rem (población en general) y 5 rem (para personas con exposición profesional)

Más de 100.000 partículas de rayos cósmicos te atraviesan cada hora

En la comida también existen átomos radiactivos. Cerca de 15 millones de átomos de potasio se desintegran cada hora dentro de tí

La radiactividad natural de la Tierra y de los materiales de construcción te envía 200 millones de rayos gamma cada hora.

Respiras átomos radiactivos. Cerca de 30.000 radiaciones tienen lugar en tus pulmones


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Exposición radiactivaRayos cósmicos

40 mrem/año

Central nuclear

1 mrem/año

Rayos X de uso médico

100 mrem/año

Televisión10 mrem/año

Esfera del reloj

2 mrem/año

Materiales terrestres

40 m

rem

/año


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RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

Bombardeando una lámina de aluminio 27 con partículas observan la creación de un nuevo isótopo radiactivo, o

radioisótopo, el fósforo 30.

27 4 30 1

Al + He P + n 13 2 15 0

En enero de 1934, Irène Curie Y Frédéric Joliot descubren la radiactividad artificial

Por este descubrimiento recibieron el Premio Nobel de Química en 1935


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Isótopos radiactivos

Polonio y radio son los primeros isótopos descubiertos


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Aplicaciones• Análisis de elementos que se encuentran en concentraciones muy bajas.• Trazadores en estudios de procesos físicos, químicos, biológicos y médicos. • Control del espesor de hojas y láminas en las industrias del papel, del hule, etc. • Control del llenado de líquidos en frascos y latas en industrias como la cervecera y la de envasado de alimentos.• Fuentes intensas de radiación en radiografías industriales y de la medicina nuclear. • Esterilización de material quirúrgico desechable. • Esterilización de productos químicos y biológicos. • Fechado de restos orgánicos y arqueológicos.


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La cobaltoterapia o radioterapia se utiliza para el tratamiento de enfermedades oncológicas y consiste en la exposición del tejido tumoral a los rayos Gamma.Para ello, se utilizan las llamadas unidades de cobaltoterapia, que están provistas de un cabezal blindado que contiene el Cobalto 60

Aplicaciones


30

Técnicas como PET (Positron Emission Tomography) o SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography) utilizan isótopos (F-18, N-13, Ga-67, etc) para detectar disfunciones biológicas como el Parkinson.


31

La datación por carbono-14 se basa en la desintegración de este isótopo (periodo de semidesintegración, 5730 años). Permite

conocer la edad de fósiles como el hombre de hielo


32

Radiosótopos


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