Radiactividad para niños
La radiactividad es un proceso natural en el que algunos átomos inestables liberan energía en forma de radiación. Imagina que un átomo es como un pequeño edificio con un núcleo en el centro. Si este núcleo no es estable, puede soltar "pedacitos" o energía para volverse más estable. A los materiales que tienen estos átomos inestables se les llama radiactivos.
Este proceso de desintegración es aleatorio para cada átomo, lo que significa que no podemos saber cuándo se desintegrará un átomo en particular. Sin embargo, para un grupo grande de átomos, podemos predecir cuánto tiempo tardará la mitad de ellos en desintegrarse. A esto se le llama "vida media" o "periodo de semidesintegración", y es muy útil para saber la edad de objetos antiguos, como fósiles o rocas.
Cuando un átomo radiactivo se desintegra, se le llama "átomo padre". Al liberar energía o partículas, se transforma en un "átomo hijo". A veces, este átomo hijo es un elemento químico completamente diferente.
Contenido
Radiactividad: ¿Qué es y cómo funciona?
La radiactividad es el proceso por el cual un núcleo atómico inestable libera energía. Esto ocurre al emitir diferentes tipos de radiación, como partículas alfa, partículas beta o rayos gamma. Un material que contiene estos núcleos inestables se considera radiactivo.
¿Cómo se desintegran los átomos?
La desintegración radiactiva es un proceso que ocurre al azar en cada átomo. No podemos saber cuándo un átomo específico se desintegrará. Sin embargo, para un grupo de átomos, podemos calcular cuánto tiempo tardará la mitad de ellos en desintegrarse. Este tiempo se conoce como "periodo de semidesintegración" o "vida media". Este concepto es la base de la datación radiométrica, que se usa para determinar la edad de objetos muy antiguos.
Cuando un núcleo radiactivo se desintegra, se le llama "radionucleido padre". Este proceso produce al menos un "nucleido hijo". La mayoría de las veces, la desintegración cambia el número de protones o neutrones (o ambos) en el núcleo. Si el número de protones cambia, se forma un átomo de un elemento químico diferente.
Tipos de desintegración radiactiva
Los primeros tipos de desintegración que se descubrieron fueron la desintegración alfa, la desintegración beta y la desintegración gamma.
- Desintegración alfa: Ocurre cuando el núcleo expulsa una partícula alfa. Una partícula alfa es como el núcleo de un átomo de helio, con dos protones y dos neutrones. Este es el tipo más común de emisión de partículas grandes.
- Desintegración beta: Puede ocurrir de dos maneras:
* Beta-negativa: El núcleo emite un electrón y un antineutrino. En este proceso, un neutrón se convierte en un protón. * Beta-positiva: El núcleo emite un positrón (una partícula similar al electrón, pero con carga positiva) y un neutrino. Aquí, un protón se convierte en un neutrón.
- Captura electrónica: En este caso, el núcleo "captura" un electrón que orbita a su alrededor. Esto hace que un protón se convierta en un neutrón.
- Emisión de neutrones: Algunos núcleos con muchos neutrones pueden perder energía emitiendo neutrones. Esto cambia el átomo a un isótopo diferente del mismo elemento.
- Desintegración gamma: Un núcleo excitado puede liberar su energía extra en forma de un rayo gamma. Los rayos gamma son ondas electromagnéticas de alta energía. En este tipo de desintegración, el núcleo no cambia su identidad, solo libera energía.
- Conversión interna: La energía de un núcleo excitado puede transferirse a un electrón que orbita el átomo, haciendo que este electrón sea expulsado.
- Fisión nuclear espontánea: Ocurre cuando un núcleo grande e inestable se divide por sí mismo en dos (o a veces tres) núcleos hijos más pequeños. Este proceso suele liberar rayos gamma, neutrones y otras partículas.
Leyes de la desintegración radiactiva
Estas leyes, descritas por Frederick Soddy y Kasimir Fajans, nos ayudan a entender cómo cambian los átomos:
- Cuando un átomo radiactivo emite una partícula alfa, su masa disminuye en 4 unidades y su número atómico (el número de protones) disminuye en 2.
- Cuando un átomo radiactivo emite una partícula beta, su número atómico aumenta o disminuye en una unidad, pero su masa atómica se mantiene casi igual.
- Cuando un núcleo excitado emite radiación gamma, no cambia su masa ni su número atómico; solo pierde energía.
Las dos primeras leyes nos dicen que, al emitir radiación alfa o beta, un átomo se transforma en otro elemento diferente. Este nuevo elemento también puede ser radiactivo y seguir desintegrándose, creando lo que se conoce como "series radiactivas".
¿Por qué ocurre la radiactividad?
La radiactividad ocurre cuando un núcleo atómico no tiene un equilibrio adecuado entre protones y neutrones. Si hay demasiados neutrones o muy pocos en comparación con los protones, la fuerza que los mantiene unidos se debilita. Para corregir este desequilibrio, el núcleo libera el exceso de partículas en forma de radiación alfa o beta. La radiación gamma, por otro lado, se produce cuando un núcleo pasa de un estado de mayor energía a uno de menor energía, liberando el exceso de energía.
Periodo de semidesintegración
El periodo de semidesintegración es el tiempo que tarda la mitad de los núcleos radiactivos de un isótopo en desintegrarse. Cada isótopo radiactivo tiene un periodo de semidesintegración único. Por ejemplo:
| Isótopo | Periodo | Emisión |
|---|---|---|
| Uranio-238 | 4510 millones de años | Alfa |
| Carbono-14 | 5730 años | Beta |
| Cobalto-60 | 5,271 años | Gamma |
| Radón-222 | 3,82 días | Alfa |
Rapidez de desintegración
La rapidez con la que un material radiactivo se desintegra se llama "actividad radiactiva". Se mide en Becquerel (Bq) en el Sistema Internacional de Unidades. Un Becquerel significa 1 desintegración por segundo. Otra unidad más antigua es el curio (Ci), que equivale a 37 mil millones de desintegraciones por segundo.
Radiactividad natural y su descubrimiento
La radiactividad fue descubierta en 1896 por el científico francés Henri Becquerel. Él estaba investigando materiales que brillan en la oscuridad (fosforescentes). Becquerel envolvió una placa fotográfica en papel negro y colocó sales de uranio sobre ella. Descubrió que las sales de uranio hacían que la placa se ennegreciera, incluso estando cubierta. A estas nuevas radiaciones las llamó "Rayos de Becquerel".
Pronto se dieron cuenta de que este efecto no tenía nada que ver con el brillo de los materiales, ya que el uranio metálico y otras sales de uranio que no brillaban también producían el mismo efecto. Esto demostró que había una forma de radiación invisible que podía atravesar el papel.
Más tarde, científicos como Ernest Rutherford, Paul Villard, Pierre Curie y Marie Curie investigaron más a fondo. Rutherford fue el primero en notar que todos estos elementos se desintegraban siguiendo una misma fórmula matemática. Él y su estudiante Frederick Soddy descubrieron que muchos procesos de desintegración transformaban un elemento en otro.
Marie y Pierre Curie encontraron otras sustancias radiactivas, como el torio, el polonio y el radio. Se dieron cuenta de que la intensidad de la radiación dependía de la cantidad de uranio presente. Esto les hizo pensar que la radiactividad era una propiedad de los átomos. Se cree que la radiactividad se origina en el núcleo de los átomos debido a la interacción entre neutrones y protones.
Radiactividad artificial
La radiactividad artificial, también conocida como "radiactividad inducida", se crea cuando se bombardean ciertos núcleos estables con partículas adecuadas. Si estas partículas tienen la energía correcta, pueden entrar en el núcleo y formar uno nuevo. Si este nuevo núcleo es inestable, se desintegrará de forma radiactiva.
Esta fue descubierta por la pareja de científicos Frédéric Joliot-Curie e Irène Joliot-Curie. Ellos bombardearon núcleos de boro y aluminio con partículas alfa. Observaron que estas sustancias emitían radiaciones incluso después de retirar la fuente de las partículas.
En 1934, Enrico Fermi experimentó bombardeando núcleos de uranio con neutrones. En 1938, en Alemania, Lise Meitner, Otto Hahn y Fritz Strassmann confirmaron los experimentos de Fermi. En 1939, demostraron que uno de los productos de estos experimentos era bario. Pronto confirmaron que esto era el resultado de la división de los núcleos de uranio, lo que se llamó "fisión nuclear". En Francia, Frédéric Joliot-Curie descubrió que, además del bario, se emitían neutrones secundarios en esta reacción, lo que hacía posible una "reacción en cadena".
El estudio de la radiactividad ha permitido entender mejor la estructura del núcleo atómico y las partículas que lo forman. También ha abierto la posibilidad de transformar unos elementos en otros.
En 1994, la Agencia Internacional de la Energía Atómica (AIEA) presentó un nuevo símbolo de advertencia de radiactividad para uso internacional.
Clases y componentes de la radiación
Se descubrió que la radiación puede ser de tres tipos principales:
- Partícula alfa: Son flujos de partículas con carga positiva, compuestas por dos neutrones y dos protones (como el núcleo de un átomo de helio). Son poco penetrantes, pero tienen mucha energía y pueden causar mucho daño si entran en contacto directo con tejidos. Las emiten núcleos de elementos pesados.
- Desintegración beta: Son flujos de electrones (beta negativas) o positrones (beta positivas). Son más penetrantes que las partículas alfa, pero su capacidad de ionización (dañar átomos) no es tan alta. Cuando un átomo expulsa una partícula beta, su número atómico cambia en una unidad.
- Radiación gamma: Son ondas electromagnéticas, como los rayos X, pero con mucha más energía. Son el tipo de radiación más penetrante. Se necesitan capas muy gruesas de plomo o concreto para detenerlas. En este tipo de radiación, el núcleo no cambia su identidad, solo libera el exceso de energía. La radiación gamma suele acompañar a las radiaciones alfa y beta. Por ser tan penetrante y energética, es el tipo de radiación más peligroso.
Causa de la radiactividad
Las sustancias son radiactivas cuando sus núcleos no tienen un equilibrio adecuado entre protones y neutrones. Si el número de neutrones es demasiado alto o demasiado bajo en comparación con los protones, la fuerza que los mantiene unidos se debilita. Para corregir este desequilibrio, el núcleo libera el exceso de neutrones o protones en forma de partículas alfa o beta.
- La radiación alfa reduce la masa de los núcleos atómicos en 4 unidades y el número atómico en 2 unidades.
- La radiación beta no cambia la masa del núcleo de forma significativa, pero cambia el número atómico en una unidad (aumenta o disminuye, dependiendo de si se emite un electrón o un positrón).
La radiación gamma, por su parte, se produce cuando el núcleo pasa de un estado de mayor energía a uno de menor energía. Es una radiación electromagnética muy penetrante debido a su alta energía.
Unidades de radiactividad
La unidad del Sistema Internacional (SI) para medir la actividad radiactiva es el becquerel (Bq), en honor a Henri Becquerel. Un Bq significa una desintegración por segundo.
Una unidad más antigua es el curie (Ci). Un curie equivale a 37 mil millones de desintegraciones por segundo.
Los efectos de la radiación en el cuerpo se miden en unidades como el gray (Gy) para el daño físico o el sievert (Sv) para el daño a los tejidos.
Contador Geiger
Un contador Geiger es un instrumento que se usa para medir la radiactividad de un objeto o un lugar. Cuando una partícula radiactiva entra en el contador, produce un pequeño impulso de corriente eléctrica. La cantidad de radiactividad se calcula contando estos impulsos.
El contador Geiger suele tener un tubo con un hilo metálico delgado en el centro. El espacio entre el hilo y el tubo está lleno de un gas y el hilo tiene un alto voltaje. Cuando una partícula radiactiva entra, libera electrones de los átomos del gas. Estos electrones son atraídos hacia el hilo, ganan energía y chocan con otros átomos, liberando más electrones. Esto crea una "avalancha" de electrones que produce un pulso de corriente que el contador detecta.
Se le llama "contador" porque cuenta cada partícula que pasa, pero no nos dice qué tipo de partícula es ni cuánta energía tiene, solo que tiene suficiente energía para ser detectada.
Riesgos para la salud
Los efectos de la radiación en la salud dependen de varios factores: la intensidad de la radiación, el tiempo de exposición, el tipo de tejido afectado y su capacidad para absorber la radiación. Por ejemplo, algunos tejidos del cuerpo son más sensibles que otros.
Los efectos de la radiación en los cambios genéticos fueron identificados por primera vez por Hermann Joseph Muller en 1927.
Consecuencias para la salud de la exposición a las radiaciones
Los efectos de la radiactividad en la salud son complejos y dependen de la dosis que el cuerpo absorbe. Como no todas las radiaciones son igual de dañinas, se usa un "coeficiente de ponderación" para calcular la "dosis equivalente", que se mide en sieverts (Sv).
Una radiación alfa o beta es menos peligrosa fuera del cuerpo. Sin embargo, es extremadamente peligrosa si se inhala o ingiere. Por otro lado, las radiaciones gamma son siempre dañinas porque son muy difíciles de detener.
Dosis aceptable de irradiación
Hasta cierto punto, las radiaciones naturales (las que provienen del medio ambiente) son inofensivas. La dosis promedio de radiación natural a nivel del mar es muy baja.
La dosis que se considera que empieza a producir efectos detectables en el cuerpo es de 100 mSv (milisieverts) en un año.
Para reducir la dosis de radiación, se pueden seguir tres principios: 1. Reducir el tiempo de exposición. 2. Aumentar el blindaje (usar materiales que bloqueen la radiación). 3. Aumentar la distancia a la fuente de radiación.
Por ejemplo, en una central nuclear, se establecen límites de dosis para diferentes zonas:
| Zona | Dosis |
|---|---|
| Zona gris o azul | de 0,0025 a 0,0075 mSv/h |
| Zona verde | de 0,0075 a 0,025 mSv/h |
| Zona amarilla | de 0,025 a 1 mSv/h |
| Zona naranja | de 1 a 100 mSv/h |
| Zona roja | > 100 mSv/h |
Dosis efectiva permitida
La dosis efectiva es la suma de las dosis de radiación recibidas por los tejidos y órganos del cuerpo, tanto de fuentes externas como internas. En la Unión Europea, por ejemplo, se limita la dosis efectiva para trabajadores expuestos a 100 mSv en un periodo de cinco años, con un máximo de 50 mSv en cualquier año. Para la población general, el límite es de 1 mSv por año.
Estos límites se establecen basándose en estudios sobre cómo la radiación puede afectar la salud, como la aparición de ciertas enfermedades. Se busca un nivel de riesgo que se considere aceptable, en acuerdo con organizaciones internacionales.
La dosis efectiva permitida para alguien que trabaja con radiaciones (como en una central nuclear o un hospital) es de 100 mSv en 5 años, sin superar los 50 mSv en un solo año. Para las personas que no trabajan con radiaciones, el límite es de 1 mSv al año. Estos valores están por encima de la radiación natural que recibimos (que es de unos 2,4 mSv al año en promedio mundial).
Las diferencias en los límites se deben a que los trabajadores obtienen un beneficio directo de la industria en la que trabajan y, por lo tanto, asumen un riesgo mayor. Para los estudiantes, los límites son un poco más altos que para la población general, pero más bajos que para los trabajadores, fijándose en 6 mSv en un año.
Ley de la radiosensibilidad
La ley de la radiosensibilidad, propuesta en 1906, dice que los tejidos y órganos más sensibles a la radiación son aquellos que están menos desarrollados y que tienen una alta actividad de crecimiento y división celular.
Algunos ejemplos son:
- Tejidos muy sensibles: células del intestino, células que se dividen rápidamente, médula ósea, glándula tiroides.
- Tejidos medianamente sensibles: tejido conectivo.
- Tejidos poco sensibles: neuronas, hueso.
Ejemplos de isótopos radiactivos
Isótopos naturales
Isótopos artificiales
Véase también
- Contador Geiger
- Estructura nuclear
- Teoría atómica
