Tipos de Radiactividad: Desintegración Alfa Beta y Gamma

El proceso de desintegración espontánea de algunos núcleos atómicos inestables se conoce como radiactividad . En otras palabras, el fenómeno de emisión espontánea de radiaciones por elementos pesados ​​se denomina radiactividad. Los elementos que muestran este fenómeno se denominan elementos radiactivos . La radiactividad es un fenómeno nuclear continuo e irreversible.

  • La radiactividad fue descubierta por Henry Becquerel en la sal de uranio en el año 1896.
  • Después del descubrimiento de la radiactividad en el uranio, Pierre Curie y Madame Curie descubrieron un nuevo elemento radiactivo llamado radio.
  • Algunos ejemplos de sustancias radiactivas son el uranio, el radio, el torio, el neptunio, etc.
  • La radiactividad de una muestra no puede ser controlada por ningún cambio físico (presión, temperatura, campo eléctrico o magnético) o químico.
  • Todos los elementos con número atómico (Z) > 82 y naturalmente radiactivos.
  • La conversión de elementos más livianos en elementos radiactivos mediante el bombardeo de partículas que se mueven rápidamente se denomina radiactividad artificial o inducida .
  • La radiactividad es un evento nuclear y no atómico. Por tanto, la configuración electrónica del átomo no tiene ninguna relación con la radiactividad.

Cuando la radiación entra en un campo eléctrico externo, se divide en tres partes: rayos alfa, rayos beta y rayos gamma.

Desintegración alfa )

La emisión espontánea de una partícula alfa de un núcleo radiactivo se denomina desintegración alfa. La desintegración α ocurre cuando el núcleo emite partículas α. 

Este proceso implica la emisión espontánea de nucleones ya que las partículas α ( 2 He 4 ) contienen dos protones y dos neutrones, por lo tanto, la emisión de partículas α hace que el núcleo se transmute en un núcleo hijo que tiene número atómico (Z) dos menos y masa atómica ( A) cuatro menos.

Consideremos algunos ejemplos de desintegración α: 

  • 88 Ra 226  ⇢   86 Rn 222 + 2 He 4
  • 92 U 238  ⇢  90 Th 234 + 2 He 4
  • 94 Pu 242  ⇢   92 U 238 + 2 He 4

Propiedades de la descomposición alfa:

  • Las partículas alfa tienen carga +2e y masa 4u.
  • Las partículas alfa tienen una energía cinética de 5MeV
  • Casi el 90% de los 2500 nucleidos conocidos son radiactivos. No son estables pero se descomponen en otros nucleidos.
  • Cuando los nucleidos inestables se descomponen en diferentes nucleidos, normalmente emiten partículas alfa o beta.
  • La emisión alfa ocurre principalmente con núcleos que son demasiado grandes para ser estables.
  • La desintegración alfa se rige principalmente por la fuerza nuclear fuerte y la fuerza electromagnética.

Decaimiento beta (β)

El proceso espontáneo de emisión de partículas beta desde un núcleo radiactivo se denomina desintegración beta.

El núcleo logra una mayor estabilidad en la desintegración beta. En la desintegración beta, un neutrón se convierte en un protón o un protón se convierte en un neutrón. 

La reacción general para la desintegración beta se da como:

Z X A   ⇢  Z+1 Y A-1 e 0

La desintegración beta es principalmente de tres tipos: Beta-menos (β ), Beta-plus (β + ) y captura de electrones.

Beta-menos ( β )

En beta-menos, el neutrón dentro del núcleo se convierte en un protón y un electrón como una partícula.

Aquellos núcleos que tienen más neutrones (N) que protones (Z) se vuelven inestables y tienden a decaer beta-menos (β ). Una partícula β es como un electrón . Emisión de β- implica la transformación de un neutrón en un protón, un electrón y una tercera partícula llamada Antineutrino .

β : la descomposición generalmente ocurre con nucleidos para los cuales la relación neutrón a protón (relación N/Z) es demasiado grande para la estabilidad. En el decaimiento β , N disminuye en 1, Z aumenta en 1 y A permanece igual. β : la descomposición puede ocurrir siempre que la masa atómica neutra del átomo original sea mayor que la del átomo final.

Por ejemplo:                

15 P 32 ⇢   16 S 32-1 e 0

Beta-plus (β + )

En una desintegración β + , un protón se convierte en un neutrón y se emite un positrón ( -1 e 0 ) si un núcleo tiene más protones que neutrones.

Los nucleidos para los que N/Z es demasiado pequeño para la estabilidad pueden emitir un positrón, la antipartícula del electrón, que es idéntica al electrón pero con una carga positiva. El proceso básico se llama desintegración beta-plus (β + ).

p ⇢ n + β + + v                           (v=neutrino)

El decaimiento β + puede ocurrir siempre que la masa atómica neutra del átomo original sea al menos dos masas de electrones mayor que la del átomo final. Hay algunos nucleidos para los que la emisión β + no es energéticamente posible, pero en los que un electrón orbital puede combinarse con un protón en el núcleo para formar un neutrón y un neutrino. El neutrón permanece en el núcleo y se emite el neutrino. 

Por ejemplo:                     

11 Ne 22   ⇢  10 Ne 22 + -1 e 0

captura de electrones

Captura de electrones, el núcleo absorbe uno de los electrones internos que giran a su alrededor y, por lo tanto, un protón nuclear se convierte en un neutrón y se emite un neutrino (v).

El proceso se representa como:  

1 H 1 + -1 e 0   ⇢    0 n 1 + v                       (v=neutrino)

La captura de electrones es compatible con la emisión de positrones ya que ambos procesos conducen a la misma transformación nuclear. Sin embargo, la captura de electrones ocurre con más frecuencia que la emisión de positrones en los elementos pesados. Esto se debe a que las órbitas de los electrones en los elementos pesados ​​tienen radios pequeños y, por lo tanto, los electrones orbitales están muy cerca del núcleo.

Por ejemplo:                      

54 Xe 120   + -1 e 0  ⇢   53 I 120 + v 

Propiedades β Decaimiento:

  • En una desintegración β, el neutrón dentro del núcleo se convierte en protones, como resultado, el número de carga permanece igual y el número atómico aumenta en uno.
  • En la emisión, la partícula β va acompañada de una partícula compañera que tiene energía variable.
  • La partícula compañera no tiene masa ni carga y se llama Antineutrino.
  • La emisión de Antineutrino junto con la partícula β conserva el momento angular durante la desintegración β.
  • La masa del neutrino y el antineutrino es cero. El giro de ambos 1/2 en unidades de h/2π. La carga en ambos es cero.
  • El espín del neutrino es antiparalelo a su cantidad de movimiento, mientras que el del antineutrino es paralelo a su cantidad de movimiento.

Decaimiento gamma (γ) 

Es el proceso espontáneo de emisión de fotones de alta energía desde un núcleo radiactivo. La emisión de partículas alfa y beta dejan el núcleo hijo en estado excitado que a su vez emite uno o más fotones de rayos Gamma en transiciones únicas o sucesivas.

Dado que los rayos gamma son emitidos por el núcleo hijo, la emisión de rayos gamma para la emisión de partículas alfa y beta. La energía de los rayos gamma es igual a la diferencia entre la energía del estado excitado o estado de mayor energía y el estado fundamental de los nucleones.

Por ejemplo:                                   

82 Pb 21083 Bi 210* + -1 e 0 + Antineutrino 

83 Bi 210*83 Bi 210 + rayos γ

Propiedades Gamma (γ) Decaimiento:

  • Cuando el núcleo se coloca en un estado excitado, ya sea por bombardeo con partículas de alta energía o por una transformación radiactiva, puede decaer al estado fundamental mediante la emisión de uno o más fotones llamados rayos gamma.
  • El orden de energía de Gamma Photon es de 100 KeV.
  • La masa restante de Gamma Photon es cero.

Terminologías utilizadas:

  • Antineutrino – Es una partícula muy pequeña que casi no tiene masa. Se emite con partículas beta-menos (β- ) durante la desintegración radiactiva.
  • Positrón: es la antipartícula de un electrón. Las propiedades de un positrón son las mismas que las de un electrón, excepto que el positrón lleva una carga positiva mientras que el electrón lleva una carga negativa.
  • Neutrino: es una partícula neutra muy pequeña que casi no tiene masa. Se emite con partículas β + durante la desintegración radiactiva. Interactúa muy débilmente con los materiales y, por lo tanto, no se detecta fácilmente.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: Escriba la expresión simbólica para β –  proceso de descomposición de 15 P 32 .

Responder: 

La expresión simbólica para β –  proceso de descomposición de 15 P 32 es,

15 P 3216 X 32 + -1 e 0 + ̅ν

Pregunta 2: Dé un ejemplo para mostrar que la mayor parte de la energía de decaimiento aparece como energía cinética de la partícula α.

Responder: 

El número de masa de los emisores alfa es 210, y en la desintegración del polonio 84 Po 210 , se encuentra que la partícula alfa emitida tiene una energía de 5,3 MeV.

Por lo tanto de la ecuación, tenemos

Q = (KE) α × A/A – 4  

    = 5,3 × 210 / 210 -4

    =   5,4 MeV

Este ejemplo ilustra claramente que la mayor parte de la energía de desintegración aparece como la energía cinética de la partícula alfa .

Pregunta 3: Calcular la energía de desintegración 92 U 232 (masa = 232,037146 u) decae a 90 Th 228 (masa = 228,028731 u) con la emisión de una partícula α.

Responder: 

Utilice la conservación de la energía 92 U 232 es el padre, 90 Th 228 es el hijo.

Dado que la masa del helio es 4,002603u, la masa total en el estado final es 228,028731 u + 4,002603 u = 232,031334 u

La masa última cuando el 92 U 232 decae es 232.037146 u – 232.031334 u = 0.005812 u

Como 1 u = 931.5MeV, la energía Q liberada es,

Q = (0,005812 u) × (931,5 MeV/u)

    ~5,4 MeV

Y esta energía aparece como energía cinética de la partícula α y el núcleo hijo.

Pregunta 4: Encuentra la energía máxima que puede tener una partícula β en la siguiente desintegración: 

8 O 19 9 F 19 + – 1 e 0 + ̅ν

(Dado: m( 8 O 19 ) = 19,003576 uma, m( 9 F 19 ) = 18,998403 uma y m( -1 e 0 ) = 0,000549 uma)

Responder: 

La masa en reposo de ̅ν = 0

Q- valor de decaimiento β = m(O) – {m(F) + m(e)}

                                = 19,003576 – (18,998403 + 0,000549)

                                = 19,003576 – 18,998952 

                                = 0,004624 uma

Dado que 1 amu = 931 MeV

                      = 0,004624 × 931 MeV 

                      = 4,3049 MeV

La energía es compartida por la partícula β y el antineutrino (̅ν). Si ̅ν no obtiene ninguna participación, entonces la KE máxima de la partícula β es 4.3049 MeV.

Pregunta 5: Dadas las siguientes masas atómicas: 92 U 238  = 238.05079u, 90 Th 234   = 234.04363u, 91 Pa 237 = 237.05121u ; 1 H 1 = 1.00783, 2 He 4 = 4.00260u. Demuestre que   92 U 238  no puede emitir espontáneamente un protón.

Responder: 

 92 U 238  —> 91 Pa 237 + 1 H 1

 defecto de masa,

Δm = ( 238.05079 – 237.05121 – 1.00783) tu

=> Energía liberada Q = -0.00825u

= -0,00825 × 931,5 = -7,68 MeV

Dado que el valor de Q es negativo, el protón no puede emitirse espontáneamente.

Publicación traducida automáticamente

Artículo escrito por anisharachel2012 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA

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