Radiactividad: qué es, tipos, elementos radiactivos, aplicaciones
¿Qué es la radiactividad?
La radiactividad es la propiedad de ciertos materiales de emitir energía espontáneamente. Esta se manifiesta como corpúsculos o partículas subatómicas, o bajo la forma de radiación electromagnética. Se trata de un fenómeno que se debe a la inestabilidad energética nuclear; es decir, de los núcleos atómicos.
El núcleo inestable de un elemento radiactivo experimenta desintegraciones y la emisión de radiactividad hasta alcanzar su estabilidad energética. Las emisiones radiactivas son de alto contenido energético, lo que confiere un alto poder ionizante que afecta a las sustancias que estén expuestas a ellas.
La radiactividad fue descubierta por Antoine Becquerel en 1896 mientras experimentaba con la fluorescencia del uranio. Posteriormente, Ernest Rutherford descubrió la existencia de dos tipos de radiaciones nucleares, las cuales denominó como α y β. Este hallazgo experimental se publicó en 1899.
La radiactividad natural es la que se encuentra en la naturaleza sin la intervención del hombre; mientras que la radiactividad artificial es la producida por la intervención humana. La primera se detecta en los radioisótopos naturales, y la segunda en los radioisótopos artificiales y en los elementos supermasivos.
Muchos radioisótopos son inofensivos y se utilizan en medicina. Otros, como el carbono-14 y el potasio-40, son útiles para datar objetos y estratos de suelos.
Si bien la radiactividad tiene numerosas aplicaciones que benefician al hombre, como la producción de energía, también presenta efectos nocivos que conducen a su muerte. Por ejemplo, si la dosis de radiación es alta, las probabilidades de que se generen mutaciones indeseables o cáncer se incrementan desproporcionadamente.
Radiación natural
La radiactividad natural está integrada por un conjunto de elementos con núcleos inestables que existen en la naturaleza y que espontáneamente se desintegran con la emisión de radiactividad. Es decir, no es necesaria la intervención del hombre para que esta se produzca.
Viene representada por elementos radiactivos de la corteza terrestre, la atmósfera y la proveniente del espacio cósmico. Entre ellos podemos citar: el uranio-238, uranio-235, carbono-14, uranio-235 y radón-222.
Radiación artificial
La radiación artificial constituida por un grupo de elementos radiactivos creados en los laboratorios de investigación. ¿Cómo? Mediante el bombardeo de elementos no radiactivos con núcleos, átomos de helio u otros tipos de radiaciones, para convertirlos en isótopos radiactivos.
Irene Joliet-Curie y Frederic Joliot, premios Nobel (1934), fueron los primeros en crear un isótopo radiactivo. Bombardearon al 27Al13 (aluminio) con una radiación α, un átomo de helio (4He2), y generaron un átomo de fósforo radiactivo (30P15).
El 30P15 es un átomo radiactivo que se desintegra espontáneamente con la emisión de una radiación tipo β, transformándose en níquel (30Ni14). El cobalto-60, un isótopo radiactivo utilizado en el tratamiento del cáncer, es un elemento radiactivo artificial.
También se considera como parte de la radiactividad artificial a los elementos radiactivos que encuentran en las profundidades de la corteza terrestre, y que han sido llevados a la superficie terrestre por la minería y la extracción petrolera.
Asimismo, la radiación artificial se debe a los elementos supermasivos y sintéticos, cuyos núcleos se descomponen inmediatamente para originar otros elementos.
Tipos de radiactividad
– Radiación tipo alfa (α)
Es una partícula emitida por un núcleo inestable. Se constituye por dos protones y dos neutrones, y por ello, se considera que la radiación α es un átomo de helio (4He2) desnudo, sin electrones. Debido a la presencia de dos protones, la partícula alfa está dotada de carga positiva.
La radiación α es poco penetrante y es detenida por una hoja de papel, teniendo poco alcance en el aire. Son ejemplos de emisores de la radiación α el uranio-238 y el radio-226.
Al emitirse una partícula α el átomo producido ve reducido su número atómico en 2 unidades y su peso atómico y su peso atómico en 4 unidades, tal como puede observarse en el ejemplo siguiente:
238U92 → 4He2 + 234Th90
La radiación tipo α, aunque no atraviese la piel, cuando se ingiere es el tipo de partícula radiactiva más dañina, debido a que su tamaño le concede gran poder de ionización.
– Radiación tipo beta (β)
La radiación tipo β es una radiación ionizante que tiene en el aire un alcance aproximadamente de un metro. Puede ser detenida por una lámina de papel de aluminio. Durante la fase de decaimiento radiactivo ocurre la emisión de un electrón o un positrón, ambos de origen nuclear.
Por lo tanto, hay dos tipos de emisiones radiactivas β: la β– y la β+.
La radiación β–
Este tipo de radiación se debe a la emisión de un electrón de origen nuclear y a un neutrón que se transforma en un protón. El peso atómico no varía, pero el número atómico se incrementa en una unidad.
n → p + e– + electrón antineutrino
Ejemplo: 32P15 → 32S16 + e– + electrón antineutrino
La radiación β+
En este tipo de radiación ocurre la emisión de un electrón de origen nuclear con carga positiva (positrón). El núcleo inestable se estabiliza mediante la transformación de un protón en un neutrón, por lo que el peso atómico no varía, pero el número atómico se reduce en una unidad.
p → n + e+ + 1 electrón neutrino
Ejemplo: 23Mg12 → 23Na11 + e+ + 1 electrón neutrino
– Radiación tipo gamma (γ)
Esta radiación es de naturaleza electromagnética, es decir, se trata de una onda de gran alcance y penetración, siendo detenida por bloques de plomo. Esta alta penetración de la radiación γ permite su uso bajo la forma de cobalto-60 en el tratamiento del cáncer en sitios corporales profundos.
– Emisión de neutrones
Ocurre cuando se emiten neutrones a gran velocidad. Esta radiación no es ionizante y es detenida por el agua y el concreto. La importancia de la radiación de neutrones es que puede transformar elementos no radiactivos en radiactivos.
Actividad radiactiva
Es la forma en que se expresa la cantidad de radiación. Viene relacionada con el número de desintegraciones por segundo (dps) que experimenta el material radiactivo presente. La unidad de actividad radiactiva del Sistema Internacional de Unidades (SI) es el Becquerel, el cual equivale a 1 dps.
No obstante, la unidad más antigua, y la que se sigue usando hoy en día, es el curie, que equivale a 3,7·1010 dps. Es decir, un curie es igual a 3,7·1010 becquerel.
Elementos radiactivos
Los elementos radiactivos son aquellos que tienen núcleos inestables que alcanzan su condición de estabilidad mediante la emisión de energía bajo la forma de radiactividad.
Varios elementos no radiactivos poseen isótopos radiactivos. Por ejemplo, el elemento carbono posee átomos no radiactivos e isótopos radiactivos, tales como el carbono-12 y carbono-14, respectivamente.
La presente es una lista de elementos cuyos isótopos son todos radiactivos. La lista está compuesta por el nombre del elemento y su isótopo radiactivo más estable.
-Tecnecio, Tc-91
-Prometio, Pm-145
-Polonio, Po-209
-Astato, At-210
-Francio, Fr-223
-Radio, Ra-226
-Actinio, Ac-227
-Torio, Th-229
-Uranio, U-236
-Americio, Am-243
-Curio, Cm-247
-Californio, Cf-251
-Nobelio, No-259
-Dubnio, Db-268
-Roentgenio, Rg-281
-Moscovio, Mo-288
Emisores de radiación gamma
Algunos radioisótopos que emiten radiación gamma son:
-Cobalto-60
-Bario-133
-Zinc-65
-Potasio-40
-Manganeso-54
-Cesio-137
-Sodio-22
Emisores de radiación beta
-Estroncio-90
-Azufre-35
-Carbono-14
-Tritio (3H1)
Emisores de radiación alfa
-Uranio-238
-Polonio-210
Aplicaciones de la radiactividad
Medicinales
Los isótopos radiactivos se usan en medicina con fines diagnósticos y terapéuticos. Algunos isótopos radiactivos sirven como trazadores para el diagnóstico de enfermedades, ya que ellos tienen las mismas características que los átomos de los elementos no radiactivos.
El yodo-131 se utiliza en medicina para la determinación del gasto cardíaco y el volumen plasmático. Pero la aplicación más importante del yodo-131 es para medir la actividad de la glándula tiroides, ya que las hormonas tiroideas transportan yodo.
El fósforo-32 se emplea en la determinación de la presencia de tumores malignos, ya que las células cancerosas tienden a absorber mayor cantidad de fosfato que las células normales. El tecnecio-99 se utiliza en la determinación de la estructura anatómica de los órganos.
El cobalto-60 y el cesio-137 son emisores de radiación gamma de gran penetración que se usan para la destrucción de células cancerosas, con un daño mínimo para las células vecinas.
Actividades científicas y académicas
La radiactividad se utiliza para determinar los requerimientos de las plantas que deben ser suministrados por los suelos. También se utiliza materiales radiactivos para determinar, mediante el uso de la cromatografía de gases, los componentes del petróleo y del humo.
En los estudios arqueológicos se usa la actividad del carbono-14 para determinar la edad de ciertos fósiles. Este isótopo se produce naturalmente en la atmósfera y solamente es incorporado por los seres vivos.
Se utiliza la irradiación de las plantas para inducir en ellas mutaciones y hacerlas más resistentes a las condiciones ambientales.
Industria
La radiactividad se utiliza para esterilizar materiales médicos. También se utiliza en la esterilización de alimentos y de los envases que los contienen.
Además, se usa la radiactividad en el procesamiento de las telas, previo a un tratamiento que las hace resistentes a las arrugas.
Los utensilios de cocina con propiedades antiadherentes son tratados con radiactividad para evitar que los alimentos se adhieran a la superficie metálica. Se usan trazadores radiactivos para determinar la eficiencia de los aceites de motor en los cilindros de los motores de automóviles.
La radiactividad se utiliza en la eliminación de gases tóxicos, tales como dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno del ambiente. El material radiactivo se utiliza para medir el grosor de las cáscaras de huevo, y también para eliminar los huevos frágiles antes de proceder a su envase.
También se somete a la radiactividad el material de polietileno que se usa como envoltorio. El tratamiento radiactivo permite que el polietileno pueda ser calentado y lograr que se adhiera adecuadamente a los alimentos que recubre.
Además, se utiliza la radiactividad para determinar los niveles de fluidos en los tanques de petróleo y químicos, así como la humedad y densidad de los suelos y materiales en los sitios de construcción. También se utiliza para determinar imperfecciones en fundiciones y soldaduras metálicas.
Reactores nucleares
Son una instalación capaz de la producción de reacciones en cadena prolongada. Se utilizan para: la producción de calor utilizado en la generación de electricidad para los diferentes usos de la población. Asimismo, sirven para la fabricación de materiales destinados para la propulsión nuclear marítima, satélites artificiales y cohetes.
Permiten la transmutación de elementos químicos para la creación de isótopos radiactivos; por ejemplo, el americio, utilizado en los detectores de humo y el cobalto-60 de uso médico. Y finalmente, estos reactores producen plutonio para las armas nucleares y combustible para otros reactores.
Referencias
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