ISOTOPOS RADIACTIVOS

OBJETIVO CLASE: Argumenta sobre las ventajas y desventajas del empleo de isótopos radiactivos en la vida diaria.

ISOTOPOS: Son átomos de un mismo elemento, cuyos núcleos tienen una cantidad diferente de neutrones, y por lo tanto, difieren en número másico. Los átomos que son isótopos entre sí son los que tienen igual número atómico (número de protones en el núcleo), pero diferente número másico (suma del número de neutrones y el de protones en el núcleo).

La mayoría de los elementos químicos tienen más de un isótopo. Solamente 21 elementos (por ejemplo berilio o sodio) poseen un solo isótopo natural. En contraste, el estaño es el elemento con más isótopos estables, 10. Otros elementos tienen isótopos naturales, pero inestables, como el uranio, cuyos isótopos pueden transformarse o decaer en otros isótopos más estables, emitiendo en el proceso radiación, por lo que decimos que son radiactivos.

RADIOISOTOPOS: Son isótopos radiactivos ya que tienen un núcleo atómico inestable y emiten energía y partículas cuando se transforman (decaen) en un isótopo diferente más estable. La energía liberada al decaer puede detectarse con un contador Geiger (instrumento que permite medir la radiactividad de un objeto o lugar), o con una película fotográfica. La principal razón de la inestabilidad está en el exceso de protones o neutrones. La fuerza nuclear fuerte, que une protones y neutrones entre sí, requiere que la cantidad de neutrones y protones esté cerca de cierta relación.

Las siguientes son varias de las aplicaciones de diferentes isótopos en diversas áreas, como la medicina:

• Cobalto-60. Para el tratamiento del cáncer porque emite una radiación con más energía que la que emite el radio y es más barato que este.
• Arsénico-73. Se usa como trazador para estimar la cantidad de arsénico absorbido por el organismo y el arsénico-74 en la localización de tumores cerebrales.
• Bromo-82. Útil para hacer estudios en hidrología tales como determinación de caudales de agua, direcciones de flujo de agua y tiempos de residencia en aguas superficiales y subterráneas, determinación de la dinámica de lagos y fugas en embalses.
• Oro-198. De gran aplicación en la industria del petróleo: perforación de pozos para búsqueda de petróleo, estudios de recuperación secundaria de petróleo, que se adelantan en la determinación de producción incremental e industria petroquímica en general.
• Fósforo-32. Es un isótopo que emite rayos beta y se usa para diagnosticar y tratar enfermedades relacionadas con los huesos y con la médula ósea.
• Escandio-46. Aplicable en estudios de sedimentología y análisis de suelos.
• Lantano-140. Usado en el estudio del comportamiento de calderas y hornos utilizados en el sector industrial.
• Mercurio-147. De aplicación en celdas electrolíticas.
• Nitrógeno-15. Se emplea a menudo en investigación médica y en agricultura. También se emplea habitualmente en espectroscopia de resonancia magnética nuclear (NMR).
• Yodo-131. Es uno de los radionucleidos involucrados en las pruebas nucleares atmosféricas, que comenzaron en 1945. Aumenta el riesgo de cáncer y posiblemente otras enfermedades del tiroides y aquellas causadas por deficiencias hormonales tiroideas.
• Radio-226. En tratamientos para curar el cáncer de la piel.

RADIACION: Consiste en la propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas subatómicas a través del vacío o de un medio material.

RADIACTIVIDAD O RADIOACTIVIDAD: Es un fenómeno físico por el cual los núcleos de algunos elementos químicos, llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas radiográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, entre otros. Debido a esa capacidad, se les suele denominar radiaciones ionizantes (en contraste con las no ionizantes). Las radiaciones emitidas pueden ser electromagnéticas, en forma de rayos X o rayos gamma, o bien corpusculares, como pueden ser núcleos de helio, electrones o positrones, protones u otras. En resumen, es un fenómeno que ocurre en los núcleos de ciertos elementos, inestables, que son capaces de transformarse, o decaer, espontáneamente, en núcleos atómicos de otros elementos más estables. Los tipos de radiactividad pueden ser

1.   ELECTROMAGNETICAS: Como los rayos X y los rayos Gamma, rayos UV, etc.

A)  RAYOS X: Es un tipo de radiación electromagnética, invisible, capaz de atravesar cuerpos opacos y de imprimir las películas fotográficas. Los actuales sistemas digitales permiten la obtención y visualización de la imagen radiográfica directamente en una computadora sin imprimirla.

B)   RAYOS GAMMA (γ) : Tipo de radiación electromagnética constituida por fotones, puede ser producida por elementos radiactivos, procesos subatómicos como la aniquilación positrón-electrón y en fenómenos astrofísicos de gran violencia

2.  RADIACION CORPUSCULAR: Es la radiación de energía por medio de partículas subatómicas (partículas alfa, partículas beta, neutrones, etc.) moviéndose a gran velocidad con apreciable transporte de energía. A la radiación de partículas se la denomina haz de partículas si las partículas se mueven en la misma dirección, similar a un haz de luz. Debido a la dualidad onda-partícula, todas las partículas que se mueven también tienen carácter ondulatorio. Las partículas de mayor energía muestran con más facilidad características de las partículas, mientras que las partículas de menor energía muestran con más facilidad características de onda.

A)  PARTICULAS ALFA O NUCLEOS DE HELIO: Las partículas alfa son núcleos completamente ionizados, es decir, sin su envoltura de electrones correspondiente. Estos núcleos están formados por dos protones y dos neutrones. Al carecer de electrones, su carga eléctrica es positiva, mientras que su masa es de 4 u. m. a.

B)  PARTICULAS BETA: También llamada desintegración beta, emisión beta o decaimiento beta es un proceso mediante el cual un nucleido o núclido inestable emite una partícula beta (un electrón o positrón) para compensar la relación de neutrones y protones del núcleo atómico.

Si la radiación transporta energía suficiente como para provocar ionización en el medio que atraviesa, se dice que es una radiación ionizante. En caso contrario se habla de radiación no ionizante. El carácter ionizante o no ionizante de la radiación es independiente de su naturaleza corpuscular u ondulatoria. Son radiaciones ionizantes los rayos X, rayos γ, partículas α y parte del espectro de la radiación UV entre otros. Por otro lado, radiaciones como los rayos UV y las ondas de radio, TV o de telefonía móvil, son algunos ejemplos de radiaciones no ionizantes.

FOTON: Es una partícula elemental portadora de todas las formas de radiación electromagnética (rayos gamma, rayos x, luz ultravioleta, luz visible, luz infrarroja, microondas y ondas de radio), se comporta como onda en fenómenos como la refracción y como partícula cuando interactúa con la materia.

La radiactividad es una propiedad de los isótopos que son "inestables", es decir, que se mantienen en un estado excitado en sus capas electrónicas o nucleares, con lo que, para alcanzar su estado fundamental, deben perder energía. Lo hacen en emisiones electromagnéticas o en emisiones de partículas con una determinada energía cinética. La radiactividad se aprovecha para la obtención de energía nuclear, se usa en medicina (radioterapia y radiodiagnóstico) y en aplicaciones industriales (medidas de espesores y densidades, entre otras).

La radiactividad puede ser:

• Natural: manifestada por los isótopos que se encuentran en la naturaleza.
• Artificial o inducida: manifestada por los radioisótopos producidos en transformaciones artificiales.

FUSION NUCLEAR: Es el proceso por el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen y forman un núcleo más pesado. Simultáneamente se libera o absorbe una cantidad enorme de energía, que permite a la materia entrar en un estado plasmático. En la naturaleza ocurre fusión nuclear en las estrellas, incluido el Sol. En su interior las temperaturas son cercanas a 15 millones de grados Celsius. Por ello a las reacciones de fusión se les denomina termonucleares. En varias empresas se ha logrado también la fusión (artificial), aunque todavía no ha sido totalmente controlada.

FISION NUCLEAR: Ocurre cuando un núcleo pesado se divide en dos o más núcleos pequeños, además de algunos subproductos como neutrones libres, fotones (generalmente rayos gamma) y otros fragmentos del núcleo como partículas alfa (núcleos de helio) y beta (electrones y positrones de alta energía).

  

Reacción de fusión nuclear

 

 Reacción de fisión nuclear