Desintegración alfa
La desintegración alfa es una transformación nuclear en la que un núcleo pesado e inestable emite una partícula alfa, es decir, un núcleo de helio-4. El balance de A y Z es sencillo, pero la física del proceso incluye conservación de la energía, retroceso y túnel cuántico.
El balance nuclear
Una partícula alfa contiene dos protones y dos neutrones. Si el núcleo padre tiene número másico A y número atómico Z, el núcleo hijo tiene A − 4 y Z − 2.
padre → hijo + alfa.
(A, Z) → (A − 4, Z − 2) + núcleo de helio-4.
Esto permite identificar inmediatamente el elemento hijo: disminuir Z en dos desplaza dos posiciones hacia la izquierda en la tabla periódica. El número de nucleones y la carga eléctrica se conservan en la ecuación.
Adónde va la energía liberada
Si la masa total en reposo de los productos es menor que la del núcleo padre, la diferencia aparece como energía liberada. En el sistema de referencia en reposo del padre, el núcleo hijo y la partícula alfa retroceden con momentos iguales y opuestos. Como el núcleo hijo es mucho más pesado, la partícula alfa recibe la mayor parte de la energía cinética.
En transiciones entre estados nucleares bien definidos, las energías alfa se agrupan en valores casi discretos. Medirlas puede ayudar a identificar radionúclidos y revelar la estructura de niveles del núcleo.
Por qué un Q positivo puede coexistir con una semivida larga
Que se libere energía indica que la desintegración está permitida energéticamente, pero no dice con qué rapidez ocurrirá. El agrupamiento de tipo alfa debe escapar a través de la barrera electrostática que rodea al núcleo hijo. La probabilidad de túnel es extremadamente sensible a la energía alfa; cambios modestos de energía pueden corresponder a diferencias enormes de semivida.
Interacción con la materia
Las partículas alfa son relativamente masivas y tienen carga +2e. Pierden energía rápidamente al ionizar la materia, por lo que su alcance es corto frente al de partículas beta o fotones gamma. Ese corto alcance no vuelve inocua a cualquier fuente alfa: el efecto depende mucho de dónde se encuentre el material radiactivo y de cómo deposite su energía. Poder de penetración e impacto biológico son cuestiones distintas.
Ejemplos resueltos
1. Completar una ecuación alfa
El uranio-238 tiene A = 238 y Z = 92. Tras emitir una partícula alfa, A = 234 y Z = 90: el núcleo hijo es torio-234.
2. Comprobar la conservación
Para un padre con A = 226 y Z = 88, el hijo debe tener A = 222 y Z = 86. La partícula alfa aporta A = 4 y Z = 2, de modo que se recuperan los valores iniciales.
3. Comparar energías de retroceso
La partícula alfa y el núcleo hijo tienen momentos de igual módulo. A igual momento, la energía cinética es mayor para la masa menor; por eso la partícula alfa, mucho más ligera, recibe la mayor parte de la energía cinética.