Radiactividad
La radiactividad es la transformación espontánea de un núcleo inestable. Es un fenómeno fundamentalmente probabilístico: no existe un reloj que indique cuándo se desintegrará un núcleo concreto, pero una población grande presenta un comportamiento medio predecible, caracterizado por una constante de desintegración y una semivida.
Tres emisiones comunes modifican el núcleo de forma distinta
La desintegración alfa emite un núcleo de helio-4 y reduce A en 4 y Z en 2. La desintegración beta menos convierte un neutrón en un protón mientras emite un electrón y un antineutrino, de modo que A permanece constante y Z aumenta en 1. La emisión gamma libera el exceso de excitación nuclear en forma de fotón sin modificar A ni Z.
La actividad cuenta desintegraciones por unidad de tiempo
A = λN
1 becquerel (Bq) = 1 desintegración por segundo.
La actividad depende tanto del número de núcleos inestables presentes como de la rapidez con que cada uno puede desintegrarse. No es lo mismo que la tasa de cuentas de un detector, la dosis absorbida ni el efecto biológico.
Las leyes de conservación restringen cada desintegración
Deben conservarse la carga, la energía total, el momento lineal y el momento angular. En la desintegración beta también interviene un neutrino o un antineutrino; sin él, las energías medidas de los electrones y los balances de momento no cumplirían las leyes de conservación.
El tipo de radiación y el riesgo no son la misma pregunta
La penetración, la densidad de ionización, la energía, la vía de exposición y la distribución biológica influyen en el efecto. Las partículas alfa se detienen con facilidad fuera del cuerpo, pero pueden depositar energía de forma muy densa si un emisor alfa se encuentra en el interior. Los fotones gamma penetran más, pero el riesgo no puede ordenarse únicamente por el nombre de la radiación.
Conviene separar fuente, radiación y detector. La actividad de una fuente radiactiva viene fijada por sus núcleos. La radiación emitida puede ser absorbida o dispersada antes de llegar al detector, y el detector solo registra una fracción de los sucesos. Por tanto, una disminución de la tasa de cuentas puede deberse a desintegración radiactiva, a un cambio de geometría, a un blindaje adicional o al propio detector; primero hay que identificar la causa física.
Ejemplos resueltos
1. Núclido hijo tras una emisión alfa
Si el uranio-238 (²³⁸₉₂U) sufre una desintegración alfa, A pasa a 234 y Z a 90: el núcleo hijo es torio-234.
2. Núclido hijo tras una beta menos
En la desintegración beta menos del carbono-14, A sigue siendo 14 y Z aumenta de 6 a 7: se obtiene nitrógeno-14.
3. Actividad
Si λ = 2,0×10⁻⁵ s⁻¹ y N = 3,0×10⁸, entonces A = λN = 6,0×10³ Bq.