4.- Estabilidad nuclear y radiactividad
Entre unos 2500 núclidos conocidos, menos de 300 son estables. Los demás son estructuras
inestables que se desintegran para formar otros núclidos, emitiendo partículas y radiación
electromagnética mediante un proceso llamado radiactividad. La escala de tiempos de esos
procesos de decaimiento va desde una pequeña fracción de microsegundo hasta miles de millones
de años. Los núclidos estables se indican con puntos en la gráfica de la figura 43.4, donde el número
de neutrones N y el número de protones (o número atómico) Z se grafican para cada núclido. Esa
gráfica se llama gráfica de Segré, por su inventor, el físico ítalo-estadunidense Emilio Segré (1905-
1989). Cada línea azul perpendicular a la línea N = Z representa un valor específico del número de
masa A = Z + N. La mayor parte de las líneas de A constante sólo pasan por uno o dos núclidos
estables; esto es, en general hay un intervalo muy pequeño de estabilidad para determinado
número de masa. Las líneas en A = 20, A = 40, A = 60.
y A= 80 son unos ejemplos. En cuatro casos, las líneas pasan por tres núclidos estables, que son con
A = 96, 124, 130 y 136. Nuestros cuatro núclidos estables tienen Z impar y N impar, al mismo
tiempo:
Se llaman núclidos impar-impar. La ausencia de otros núclidos impar-impar demuestra la influencia
del apareamiento. Además, no hay núclido estable con A= 5 o A= 8. El núcleo doblemente mágico ,
con un par de protones y un par de neutrones, no tiene interés en aceptar una quinta partícula en
su estructura. Los conjuntos de ocho nucleones decaen a núclidos menores, y un núcleo decae de
inmediato, dividiéndose en dos núcleos de . Los puntos de la gráfica de Segré que representan
núclidos estables definen una región relativamente delgada de estabilidad. Para bajos números de
masa, las cantidades de protones y neutrones son aproximadamente iguales, N =aprox Z. La
relación N/Z aumenta en forma gradual al aumentar A, hasta aproximadamente 1.6 a números de
masa grandes, debido a la influencia creciente de la repulsión eléctrica de los protones. Los puntos
a la derecha de la región de estabilidad representan núclidos que tienen demasiados protones en
relación con los neutrones, para ser estables. En esos casos gana la repulsión, y el núcleo se divide.
A la izquierda están los núclidos con demasiados neutrones en relación con los protones. En esos
casos, la energía asociada con los neutrones está desbalanceada con la asociada a los protones, y
los núclidos decaen en un proceso que convierte los neutrones en protones. La gráfica muestra
también que
no hay un núclido con A >209 o con Z > 83 que sea estable. Un núcleo es inestable si es demasiado
grande. También se observa que no hay núclido estable con Z = 43 (tecnecio) o 61 (prometio). La
figura 43.5, una versión tridimensional de la gráfica de Segré, muestra el “valle de estabilidad” para
los núclidos ligeros (hasta Z = 22).
Un ejemplo conocido de los emisores alfa es el radio, [figura 43.6a]. La velocidad de la partícula alfa
emitida, determinada a partir de la curvatura de su trayectoria en un campo magnético transversal,
es de 1.52 X 107 m/s. Esta rapidez, aunque es elevada, sólo es el 5% de la rapidez de la luz, por lo
que podemos usar la ecuación no relativista de energía cinética.
Las partículas alfa siempre se emiten con energías cinéticas definidas, determinadas por la
conservación de la cantidad de movimiento y la energía. Por su carga y su masa.
4.1.-Decaimiento alfa
4.2.-Decaimiento beta:
4.2.-Decaimiento gama:
La energía del movimiento interno en un núcleo está cuantizada. Un núcleo normal tiene un
conjunto de niveles permitidos de energía, que incluyen un estado fundamental (estado de mínima
energía) y varios estados excitados. Debido a la gran fuerza de las interacciones nucleares, las
energías de excitación de los núcleos son, en forma característica, del orden de 1 MeV, en
comparación con algunos eV de los niveles atómicos de energía. En las transformaciones físicas y
químicas ordinarias el núcleo siempre permanece en su estado fundamental. Cuando un núcleo se
pone en un estado excitado, ya sea por bombardeo con partículas de alta energía o por una
transformación radiactiva, puede decaer al estado fundamental emitiendo uno o más fotones,
llamados rayos gamma o fotones de rayo gamma, comúnmente con energías entre 10 keV y
5 MeV. A este proceso se le llama decaimiento gamma . Por ejemplo, las partículas alfa emitidas
por el 226Ra tienen dos energías cinéticas posibles: o bien 4.784 MeV o 4.602 MeV. Incluyendo la
energía de retroceso del núcleo de 222Rn resultante, corresponden a una energía total liberada de
4.871 MeV o 4.685 MeV, respectivamente.
Cuando se emite una partícula alfa con la menor energía, el núcleo de 222Rn queda en
un estado excitado. Entonces decae a su estado fundamental, con un fotón de rayo
gamma con energía.
Un fotón con esta energía se observa durante este decaimiento (figura 43.6).
(4.871- 4.685) MeV = 0.186 MeV
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