En física, una cadena de desintegración radiactiva es una secuencia de núcleos atómicos inestables y sus modos de desintegración , lo que conduce a un núcleo estable. Las fuentes de estos núcleos inestables son diferentes, pero la mayoría de los ingenieros se ocupan de las cadenas de desintegración radiactiva de origen natural conocidas como series radiactivas . Tenga en cuenta que, en los reactores nucleares , existen muchos tipos de cadenas de desintegración de fragmentos de fisión . Los fragmentos de fisión son altamente inestables (radiactivos) y sufren más desintegraciones radiactivas para estabilizarse.. Estas cadenas de desintegración "artificiales" no pertenecen a la serie radiactiva natural.
Serie radiactiva - Cascada radiactiva
Las series radiactivas (conocidas también como cascadas radiactivas) son tres cadenas de desintegración radiactiva de origen natural y una cadena de desintegración radiactiva artificial de núcleos atómicos pesados inestables que se desintegran a través de una secuencia de desintegraciones alfa y beta hasta que se logra un núcleo estable. La mayoría de los radioisótopos no decaen directamente a un estado estable y todos los isótopos dentro de la serie decaen de la misma manera. En la física de las desintegraciones nucleares, el núcleo que se desintegra generalmente se denomina núcleo padre y el núcleo que queda después del evento como núcleo hijo . Dado que la desintegración alfa representa la desintegración de unnúcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio (que contiene cuatro nucleones), solo hay cuatro series de desintegración . Dentro de cada serie, por lo tanto, el número de masa de los miembros puede expresarse como cuatro veces un número entero apropiado (n) más la constante para esa serie. Como resultado, la serie de torio se conoce como serie 4n, la serie de neptunio como serie 4n + 1, la serie de uranio como serie 4n + 2 y la serie de actinio como serie 4n + 3.
Tres de los conjuntos se denominan series naturales o clásicas. El cuarto conjunto, la serie de neptunio, está encabezado por neptunio-237. Sus miembros son producidos artificialmente por reacciones nucleares y no ocurren naturalmente.
- la serie de torio (serie 4n) ,
- la serie del uranio (serie 4n + 2) ,
- la serie de actinio (serie 4n + 3) ,
- la serie del neptunio (serie 4n + 1) .
Las series clásicas están encabezadas por núcleos primordiales inestables . Los nucleidos primordiales son nucleidos que se encuentran en la Tierra y que han existido en su forma actual desde antes de que se formara la Tierra. Las cuatro series anteriores consisten en los radioisótopos, que son descendientes de cuatro núcleos pesados con vidas medias largas y muy largas:
- la serie de torio con torio-232 (con una vida media de 14 mil millones de años),
- la serie del uranio con uranio-238 (que vive 4.470 millones de años),
- la serie de actinio con uranio-235 (con una vida media de 0,7 mil millones de años).
- la serie de neptunio con neptunio-237 (con una vida media de 2 millones de años).
Las vidas medias de todos los núcleos hijos son extremadamente variables y es difícil representar un rango de escalas de tiempo que van desde segundos individuales hasta miles de millones de años. Dado que los radioisótopos hijos tienen vidas medias diferentes, el equilibrio secular se alcanza después de algún tiempo. En la larga cadena de desintegración de un elemento naturalmente radiactivo, como el uranio-238 , donde todos los elementos de la cadena están en equilibrio secular, cada uno de los descendientes se ha acumulado hasta una cantidad de equilibrio y todos se desintegran a la velocidad establecida por el padre original. Cuando se alcanza el equilibrio, cada isótopo hijo sucesivo está presente en proporción directa a su vida media. Desde su actividad es inversamente proporcional a su vida media, cada nucleido en la cadena de desintegración finalmente contribuye con tantas transformaciones individuales como la cabeza de la cadena.
Como puede verse en las figuras, la ramificación se produce en las cuatro series radiactivas. Eso significa que la descomposición de una especie determinada puede ocurrir de más de una manera. Por ejemplo, en la serie del torio, el bismuto-212 se desintegra parcialmente por emisión beta negativa a polonio-212 y parcialmente por emisión alfa a talio-206.
La cascada radiactiva influye significativamente en la radiactividad ( desintegraciones por segundo) de muestras naturales y materiales naturales. Todos los descendientes están presentes, al menos transitoriamente, en cualquier muestra natural, ya sea metálica, compuesta o mineral. Por ejemplo, el uranio-238 puro es débilmente radiactivo (proporcional a su larga vida media), pero un mineral de uranio es aproximadamente 13 veces más radiactivo que el metal puro de uranio-238 debido a sus isótopos hijos (por ejemplo, radón, radio, etc.) contiene. Los isótopos de radio inestables no solo son emisores importantes de radiactividad, sino que, como etapa siguiente en la cadena de desintegración, también generan radón, un gas radiactivo pesado, inerte y de origen natural. Además, el calor de desintegración del uranio y sus productos de desintegración (por ejemplo, radón, radio, etc.) contribuye al calentamiento del núcleo de la Tierra.
Tipos de caries
Dentro de cada serie radiactiva, hay dos modos principales de desintegración radiactiva:
- Decaimiento alfa . La desintegración alfa representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio. Las partículas alfa constan de dos protones y dos neutrones unidos en una partícula idéntica a un núcleo de helio. Debido a su gran masa (más de 7000 veces la masa de la partícula beta) y su carga, ioniza material pesado y tiene un rango muy corto .
- Desintegración beta . La desintegración beta o desintegración β representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión de la partícula beta. Las partículas beta son electrones o positrones de alta energía y alta velocidad emitidos por ciertos tipos de núcleos radiactivos como el potasio-40. Las partículas beta tienen un rango de penetración mayor que las partículas alfa, pero aún mucho menos que los rayos gamma. Las partículas beta emitidas son una forma de radiación ionizante también conocida como rayos beta. La producción de partículas beta se denomina desintegración beta.
Serie de torio
La serie de torio es una de las tres series radiactivas clásicas que comienzan con el torio-232 de origen natural . Esta cadena de desintegración radiactiva consta de núcleos atómicos pesados inestables que se desintegran a través de una secuencia de desintegraciones alfa y beta hasta que se logra un núcleo estable. En el caso de la serie de torio, el núcleo estable es el plomo-208.
Dado que la desintegración alfa representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio (que contiene cuatro nucleones), solo hay cuatro series de desintegración. Dentro de cada serie, por lo tanto, el número de masa de los miembros puede expresarse como cuatro veces un número entero apropiado (n) más la constante para esa serie. Como resultado, la serie de torio se conoce como serie 4n .
La energía total liberada del torio-232 al plomo-208, incluida la energía perdida por los neutrinos , es de 42,6 MeV.
Serie de neptunio
La serie de neptunio es una serie radiactiva que comienza con neptunio-237. Sus miembros se producen artificialmente por reacciones nucleares y no ocurren naturalmente, porque la vida media del isótopo de vida más larga de la serie es corta en comparación con la edad de la Tierra. Esta cadena de desintegración radiactiva consta de núcleos atómicos pesados inestables que se desintegran a través de una secuencia de desintegraciones alfa y beta hasta que se logra un núcleo estable. En el caso de la serie de neptunio, el núcleo estable es bismuto-209 (con una vida media de 1.9E19 años) y talio-205.
Dado que la desintegración alfa representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio (que contiene cuatro nucleones), solo hay cuatro series de desintegración. Dentro de cada serie, por lo tanto, el número de masa de los miembros puede expresarse como cuatro veces un número entero apropiado (n) más la constante para esa serie. Como resultado, la serie de neptunio se conoce como serie 4n + 1 .
La energía total liberada del neptunio-237 al talio-205, incluida la energía perdida por los neutrinos , es de 50,0 MeV.
En algunos tipos de detectores de humo, puede encontrar radionucleidos de esta serie. Los detectores de humo por ionización suelen utilizar un radioisótopo, normalmente americio-241 , para ionizar el aire y detectar el humo. En este caso, el americio-241 se desintegra a neptunio-237 y es, de hecho, un miembro de la serie del neptunio.
Serie de uranio
La serie de uranio , también conocida como serie de radio, es una de las tres series radiactivas clásicas que comienzan con el uranio-238 de origen natural . Esta cadena de desintegración radiactiva consta de núcleos atómicos pesados inestables que se desintegran a través de una secuencia de desintegraciones alfa y beta hasta que se logra un núcleo estable. En el caso de la serie de uranio, el núcleo estable es plomo-206.
Dado que la desintegración alfa representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio (que contiene cuatro nucleones), solo hay cuatro series de desintegración. Dentro de cada serie, por lo tanto, el número de masa de los miembros puede expresarse como cuatro veces un número entero apropiado (n) más la constante para esa serie. Como resultado, la serie del uranio se conoce como serie 4n + 2 .
La energía total liberada del uranio-238 al plomo-206, incluida la energía perdida por los neutrinos , es de 51,7 MeV.
Serie de uranio y uranio-234
El isótopo de uranio-234 es un miembro de esta serie. Este isótopo tiene una vida media de solo 2,46 × 10 5 años y, por lo tanto, no pertenece a los nucleidos primordiales (a diferencia de 235 U y 238 U ). Por otra parte, este isótopo está todavía presente en la corteza terrestre, pero esto se debe al hecho de 234 U es un producto de la desintegración indirecta de 238 U . 238 U decaimientos a través de alfa decaimiento en 234 U. 234U se desintegra a través de la desintegración alfa en 230Th, excepto una fracción muy pequeña (del orden de ppm) de los núcleos que se desintegra por fisión espontánea.
En una muestra natural de uranio, estos núcleos están presentes en las proporciones inalterables del equilibrio radiactivo de la filiación de 238 U en una proporción de un átomo de 234 U para aproximadamente 18 500 núcleos de 238 U. Como resultado de este equilibrio, estos dos los isótopos ( 238 U y 234 U) contribuyen igualmente a la radiactividad del uranio natural.
Serie de actinio
La serie de actinio es una de las tres series radiactivas clásicas que comienzan con el uranio 235 de origen natural . Esta cadena de desintegración radiactiva consta de núcleos atómicos pesados inestables que se desintegran a través de una secuencia de desintegraciones alfa y beta hasta que se logra un núcleo estable. En el caso de la serie de actinio, el núcleo estable es plomo-207.
Dado que la desintegración alfa representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio (que contiene cuatro nucleones), solo hay cuatro series de desintegración. Dentro de cada serie, por lo tanto, el número de masa de los miembros puede expresarse como cuatro veces un número entero apropiado (n) más la constante para esa serie. Como resultado, la serie de actinio se conoce como serie 4n + 3 .
La energía total liberada del uranio 235 al plomo 207, incluida la energía perdida por los neutrinos, es de 46,4 MeV.
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Protección de radiación:
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