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Radioactividad.

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Tipos de radiacin , La hiptesis nuclear, Series de desintegracin radiactiva , Radiactividad artificial, Lluvia radiactiva, Efectos biolgicos de la radiacin, Trastornos graves, Radiacin no ionizante, Mecanismo.

Agregado: 29 de AGOSTO de 2000 (Por ) | Palabras: 3489 | Votar! | Sin Votos | Sin comentarios | Agregar Comentario
Categoría: Apuntes y Monografas > Fsica >
Material educativo de Alipso relacionado con Radioactividad
  • Gua de Ejercicios radioactividad: Colegio Nacional de Buenos Aires Material de apoyo y problemas Radiactividad
  • Radioactividad.: Tipos de radiacin , La hiptesis nuclear, Series de desintegracin radiactiva , Radiactividad artificial, Lluvia radiactiva, Efectos biolgicos de la radiacin, Trastornos graves, Radiacin no ionizante, Mecanismo.

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    INTRODUCCIN

    La radiactividad se define como la propiedad de algunos elementos qumicos que consiste en la desintegracin espontnea ( radiactividad natural ) o provocada ( r. artificial ) de sus ncleos atmicos mediante la emisin de partculas subatmicas llamadas partculas alfa y partculas beta, y de radiaciones electromagnticas denominadas rayos X y rayos gamma.

    El fenmeno fue descubierto en 1896 por el fsico francs Antoine Henri Becquerel. ste realiz los primeros estudios sobre r. natural, observando que las sales de uranio podan ennegrecer una placa fotogrfica aunque estuvieran separadas de la misma por una placa de vidrio o un papel negro. Tambin comprob que los rayos que producan el oscurecimiento podan descargar un electroscopio, lo que indicaba que posean carga elctrica. Por ello dedujo que estaba ante un nuevo tipo de radiaciones ( no conocidas hasta entonces ) a las que se les llam rayos de Becquerel.

    En 1898, los qumicos franceses Marie y Pierre Curie dedujeron que la radiactividad es un fenmeno asociado a los tomo, por lo que ninguno de los agentes fsicos o qumicos conocidos influan en la emisin de la radiacin.

    Tambin llegaron a la conclusin de que la pechblenda, un mineral de uranio, tena que contener otros elementos radiactivos ya que presentaba una radiactividad ms intensa que las sales de uranio empleadas por Becquerel. El matrimonio Curie llev a cabo una serie de tratamientos qumicos de la pechblenda que condujeron al descubrimiento de dos nuevos elementos radiactivos, el polonio y el radio.

    Marie Curie observ que entre los elementos conocidos en aquella poca, adems del uranio, el torio tambin era radiactivo.

    En 1899, el qumico francs Andr Louis Debierne descubri otro elemento radiactivo, el actinio. Ese mismo ao, los fsicos britnicos Ernest Rutherford y Frederick Soddy descubrieron el gas radiactivo radn, observado en asociacin con el torio, el actinio y el radio. Esto apoyaba el fenmeno de la radiactividad inducida (Marie Curie, 1899 ).

    Se reconoci que la radiactividad era la fuente de energa ms potente que se conoca hasta entonces. Los Curie midieron el calor asociado con la desintegracin del radio y establecieron que 1 gramo de radio desprende aproximadamente unos 420 julios (100 caloras) de energa cada hora. Este efecto de calentamiento contina hora tras hora y ao tras ao, mientras que la combustin completa de un gramo de carbn produce un total de 34.000 julios (unas 8.000 caloras) de energa.

    Tras estos primeros descubrimientos, la radiactividad atrajo la atencin de cientficos de todo el mundo. En las dcadas siguientes se investigaron a fondo muchos aspectos del fenmeno.

    Tipos de radiacin

    Rutherford descubri que las emisiones radiactivas contienen al menos dos componentes: partculas alfa, que slo penetran unas milsimas de centmetro, y partculas beta, que son casi 100 veces ms penetrantes. En experimentos posteriores se sometieron las emisiones radiactivas a campos elctricos y magnticos, y de esta forma se descubri que haba un tercer componente, los rayos gamma, que resultaron ser mucho ms penetrantes que las partculas beta.

    En un campo elctrico, la trayectoria de las partculas beta se desva mucho hacia el polo positivo, mientras que la de las partculas alfa lo hace en menor medida hacia el polo negativo; los rayos gamma no son desviados en absoluto. Esto indica que las partculas beta tienen carga negativa, las partculas alfa tienen carga positiva (se desvan menos porque son ms pesadas que las partculas beta) y los rayos gamma son elctricamente neutros.

    El descubrimiento de que la desintegracin del radio produce radn demostr que en la desintegracin radiactiva se produce un cambio en la naturaleza qumica del elemento que se desintegra.

    Los experimentos sobre la desviacin de partculas alfa en un campo elctrico demostraron que la relacin entre la carga elctrica y la masa de estas partculas es aproximadamente la mitad que la del ion hidrgeno. Los fsicos supusieron que las partculas podan ser iones helio con carga doble (tomos de helio a los que les faltaban dos electrones). El ion helio tiene una masa aproximadamente cuatro veces mayor que el de hidrgeno, lo que supondra que su relacin carga-masa sera la mitad que la del ion de hidrgeno. Esta suposicin fue demostrada por Rutherford.

    Ms tarde se demostr que las partculas beta eran electrones, mientras que los rayos gamma eran radiaciones electromagnticas de la misma naturaleza que los rayos X pero con una energa bastante mayor.

    La hiptesis nuclear

    En la poca en que se descubri la radiactividad, los fsicos crean que el tomo era el bloque de materia ltimo e indivisible. Despus, se comprob que las partculas alfa y beta ( unidades de materia ) , a travs de la radiactividad transforman los tomos en nuevos tipos de tomos con propiedades qumicas nuevas.

    Esto hizo que se reconociera que los tomos deben tener una estructura interna, y que no son las partculas ltimas y fundamentales de la naturaleza.

    En 1911, Rutherford demostr la existencia de un ncleo en el interior del tomo mediante experimentos en los que se desviaban partculas alfa con lminas delgadas de metal.

    Desde entonces, la hiptesis nuclear ha evolucionado hasta convertirse en una teora de la estructura atmica, que permite explicar todo el fenmeno de la radiactividad.

    Es decir, se ha comprobado que el tomo est formado por un ncleo central muy denso, rodeado por una nube de electrones. El ncleo, a su vez, est compuesto de protones, cuyo nmero es igual al de los electrones (en un tomo no ionizado), y de neutrones. Los neutrones son elctricamente neutros, y su masa es aproximadamente igual a la de los protones.

    Una partcula alfa (un ncleo de helio con carga doble) est formada por dos protones y dos neutrones, por lo que slo puede ser emitida por el ncleo de un tomo.

    Cuando un ncleo pierde una partcula alfa se forma un nuevo ncleo, ms ligero que el original en cuatro unidades de masa (las masas del neutrn y el protn son de una unidad aproximadamente). Cuando un tomo del istopo de uranio con nmero msico 238 emite una partcula alfa, se convierte en un tomo de otro elemento, con nmero msico 234. Como la carga del uranio 238 disminuye en dos unidades como resultado de la emisin alfa, el nmero atmico del tomo resultante es menor en dos unidades al original, que era de 92. El nuevo tomo tiene un nmero atmico de 90, y es un istopo del elemento torio.

    El torio 234 emite partculas beta (electrones). La emisin beta se produce a travs de la transformacin de un neutrn en un protn, y entonces aumenta la carga nuclear (o nmero atmico) en una unidad. La masa de un electrn es despreciable, por lo que el istopo producido por la desintegracin del torio 234 tiene un nmero msico de 234 y un nmero atmico de 91; se trata de un istopo del protactinio.

    Las emisiones alfa y beta suelen ir junto con la emisin gamma. Los rayos gamma no poseen carga ni masa; por lo tanto no suponen cambios en la estructura del ncleo, sino la prdida de una determinada cantidad de energa radiante.

    Con la emisin de estos rayos, el ncleo compensa el estado inestable tras los procesos alfa y beta. La partcula alfa o beta primaria y su rayo gamma asociado se emiten casi a la vez. Sin embargo, se conocen algunos casos de procesos alfa o beta no acompaados de rayos gamma o al contrario ( ismeros nucleares, mismo nmero atmico y nmero msico pero distintas energas. Ej: istopo protactinio 234).

    Series de desintegracin radiactiva

    Cuando el uranio 238 se desintegra mediante emisin alfa, se forma torio 234; ste es un emisor beta y se desintegra para formar protactinio 234, que a su vez, es un emisor beta que da lugar a un nuevo istopo del uranio, el uranio 234. Este istopo se desintegra mediante emisin alfa para formar torio 230, que se desintegra mediante emisin alfa y produce el istopo radio 226.

    Esta serie de desintegracin radiactiva, denominada serie uranio-radio, contina de forma similar con otras cinco emisiones alfa y otras cuatro emisiones beta hasta llegar al producto final, un istopo no radiactivo (estable) del plomo (el elemento 82) con nmero msico 206.

    En esta serie estn representados todos los elementos de la tabla peridica situados entre el uranio y el plomo. Todos los miembros de esta serie tienen un rasgo comn: si se resta 2 a sus nmeros msicos se obtienen nmeros exactamente divisibles por 4, es decir, sus nmeros msicos pueden expresarse mediante la sencilla frmula 4n + 2, donde n es un nmero entero.

    Otras series radiactivas naturales son la serie del torio, llamada serie 4n y la serie del actinio o serie 4n + 3. El elemento original de la serie del torio es el istopo torio 232, y su producto final es el istopo estable plomo 208. La serie del actinio empieza con el uranio 235 y acaba en el plomo 207.

    En los ltimos aos se ha descubierto y estudiado en profundidad una cuarta serie, la serie 4n + 1, en la que todos son elementos radiactivos artificiales. Su miembro inicial es un istopo del elemento artificial curio, el curio 241, y su producto final es el bismuto 209.

    Una aplicacin del conocimiento de los elementos radiactivos es la determinacin de la edad de la Tierra. Se puede saber la edad de una roca ya que en muchos minerales de uranio y torio (que llevan desintegrndose desde su formacin), las partculas alfa han quedado atrapadas (en forma de tomos de helio) en el interior de la roca. Sabiendo con precisin las cantidades de helio, uranio y torio que hay en la roca, se puede calcular el tiempo que llevan ocurriendo los procesos de desintegracin (es decir, la edad de la roca).

    Este mtodo nos dice que la edad de la Tierra oscila en torno a unos 4.600 millones de aos. Se han obtenido valores similares en meteoritos que han cado a la superficie terrestre y en muestras lunares tradas por el Apollo 11 en julio de 1969, lo que indica que todo el Sistema Solar tiene probablemente una edad similar a la Tierra.

    Radiactividad artificial

    Todos los istopos naturales situados por encima del bismuto en la tabla peridica son radiactivos. Adems tambin existen istopos naturales radiactivos del bismuto, el talio, el vanadio, el indio, el neodimio, el gadolinio, el hafnio, el platino, el plomo, el renio, el lutecio, el rubidio, el potasio, el hidrgeno, el carbono, el lantano y el samario.

    En 1919, Rutherford provoc la primera reaccin nuclear inducida artificialmente al bombardear gas nitrgeno corriente (nitrgeno 14) con partculas alfa.

    Comprob que los ncleos del nitrgeno capturaban estas partculas y emitan protones muy rpidamente, con lo que formaban un istopo estable del oxgeno, el oxgeno 17. Esta reaccin puede escribirse en notacin simblica como:

    wN + nHe xO + eH

    Por convenio, se escriben los nmeros atmicos de los ncleos implicados como subndices y a la izquierda de sus smbolos qumicos, y sus nmeros msicos como superndices.

    En la reaccin anterior, la partcula alfa se expresa como un ncleo de helio, y el protn como un ncleo de hidrgeno.

    Hasta 1933 no se demostr que estas reacciones nucleares podan llevar en ocasiones a la formacin de nuevos ncleos radiactivos. Los qumicos franceses Irne y Frdric Joliot-Curie produjeron aquel ao la primera sustancia radiactiva bombardeando aluminio con partculas alfa.

    Los ncleos de aluminio capturaban estas partculas y emitan neutrones, con lo que se formaba un istopo de fsforo que se desintegraba en un periodo de semidesintegracin muy corto.

    Los Joliot-Curie tambin produjeron un istopo de nitrgeno a partir de boro, y uno de aluminio a partir de magnesio. Desde entonces se han descubierto muchas reacciones nucleares, y se han bombardeado los ncleos de todos los elementos de la tabla peridica con distintas partculas, entre ellas partculas alfa, protones, neutrones y deuterones (ncleos de deuterio, el istopo de hidrgeno de nmero msico 2).

    Como resultado de esta investigacin intensiva se conocen en la actualidad ms de 400 elementos radiactivos artificiales, adems a favorecido al desarrollo de aceleradores de partculas que comunican velocidades enormes a las partculas empleadas en el bombardeo.

    El estudio de las reacciones nucleares y la bsqueda de nuevos istopos radiactivos artificiales, sobre todo entre los elementos ms pesados, llev al descubrimiento de la fisin nuclear y al posterior desarrollo de la bomba atmica.

    Tambin se descubrieron varios elementos nuevos que no existen en la naturaleza. El desarrollo de reactores nucleares hizo posible la produccin a gran escala de istopos radiactivos de casi todos los elementos de la tabla peridica, y la disponibilidad de estos istopos supone una ayuda incalculable para la investigacin qumica y biomdica.

    Entre los istopos radiactivos producidos artificialmente tiene gran importancia el carbono 14, con un periodo de semidesintegracin de 5.730 40 aos. La disponibilidad de esta sustancia ha permitido investigar numerosos aspectos de procesos vitales, como la fotosntesis, con mayor profundidad.

    En la atmsfera terrestre existe una cantidad minscula de carbono 14, y todos los organismos vivos lo asimilan durante su vida. Despus de la muerte, esta asimilacin se interrumpe, y el carbono radiactivo, que se desintegra continuamente, deja de tener una concentracin constante.

    Las medidas del contenido de carbono 14 permiten calcular la edad de objetos de inters histrico o arqueolgico, como huesos o momias.

    Otras aplicaciones de los istopos radiactivos se dan en la terapia mdica, la radiografa industrial, y ciertos dispositivos especficos como fuentes de luz fosforescente, eliminadores de electricidad esttica, calibres de espesor o pilas nucleares.

    Lluvia radiactiva

    Se define como la deposicin de partculas radiactivas, liberadas en la atmsfera por explosiones nucleares o escapes de instalaciones y centrales nucleares, sobre la superficie de la Tierra.

    El inters de la opinin pblica se ha centrado sobre todo en los efectos de la lluvia radiactiva desde el periodo de las pruebas nucleares atmosfricas a gran escala realizadas en las dcadas de 1950 y comienzos de la de 1960.

    Se habl sobre sus efectos dainos durante muchos aos, pero hasta 1984 no se adopt una decisin , cuando un juez federal de Utah dictamin que 10 personas haban enfermado de cncer debido a que el gobierno no haba tomado las medidas adecuadas en cuanto a la exposicin de los ciudadanos a la lluvia radiactiva en aquel estado.

    En 1985 el Tribunal de apelacin de pensiones de Inglaterra y Gales lleg a una conclusin similar en el caso de un veterano de las pruebas nucleares britnicas en las islas Christmas durante la dcada de 1950.

    Desde la firma del tratado de limitacin de pruebas nucleares en 1963, los niveles de lluvia radiactiva han disminuido en todo el mundo. El accidente nuclear de Chernobil produjo cierta cantidad de lluvia radiactiva.

    Mecanismo:

    El material del que se compone la lluvia radiactiva se produce por la energa nuclear y por la activacin del suelo, el aire, el agua y otros materiales en las inmediaciones del lugar de la detonacin.

    Las partculas radiactivas individuales son invisibles, y tan ligeras que podran dar vueltas una y otra vez en torno al planeta sin llegar a descender a la superficie ( slo si una bomba nuclear fuera detonada fuera de la atmsfera ). Cuando un arma nuclear es detonada, buena parte del material es absorbido hacia la bola de fuego ( masa caliente que se eleva formando una nube en forma de hongo ). En el interior de la bola de fuego y en el tallo de la nube de la bomba, las partculas radiactivas se adhieren a partculas ms pesadas.

    Las partculas de materia de mayor masa caen de vuelta a la tierra en cuestin de minutos, formando una lluvia radiactiva muy localizada. Las partculas de masa menor, pero fcilmente visibles, arrastradas por el viento, caen a tierra al cabo de varias horas, y reciben el nombre de lluvia radiactiva local.

    Si la explosin es de escasa potencia, la nube de la bomba puede no alcanzar la tropopausa. En casos as, se produce la llamada lluvia radiactiva troposfrica, y los fragmentos de la bomba se desplazan siguiendo la latitud donde se produjo la detonacin y cayendo a la superficie cuando la lluvia arrastra la materia extraa de la atmsfera.

    Si la explosin es de mucha potencia los residuos alcanzan la estratosfera. La lluvia producida en este caso recibe el nombre de lluvia atmica estratosfrica o global. Estas partculas permanecen en suspensin durante considerables periodos.

    Riesgos potenciales

    El riesgo que representara la lluvia radiactiva en una guerra nuclear sera mucho ms serio que en una prueba nuclear. Habra que considerar los efectos letales inmediatos y los efectos a largo plazo. Este hecho ha llevado a la construccin de refugios nucleares como parte de los planes de defensa civil.

    Se estn desarrollando sistemas para descontaminar el agua, la tierra y los alimentos con el fin de combatir los posibles efectos de la lluvia radiactiva durante y despus de un ataque nuclear.

    Muchas investigaciones que aunque algunos seres humanos sobrevivieran a una guerra nuclear a gran escala, probablemente seran estriles.

    En caso de producirse un accidente en una central con liberacin de residuos radiactivos, la tierra podra quedar contaminada en muchos kilmetros a la redonda. Para impedir esto, los ingenieros nucleares disean los sistemas intentando impedir el riesgo de fugas accidentales.

    Efectos biolgicos de la radiacin

    La radiacin tiene consecuencias sobre los tejidos de los organismos vivos. Se transfiere energa a las molculas de las clulas de estos tejidos. Como resultado las clulas pueden deteriorarse de forma temporal o permanente y ocasionar incluso la muerte de las mismas. Los efectos de la radiacin son los mismos, tanto si sta procede del exterior, como si procede de un material radiactivo situado en el interior del cuerpo.

    Los efectos biolgicos de una misma dosis de radiacin varan de forma considerable segn el tiempo de exposicin. Los efectos que aparecen tras una irradiacin rpida se deben a la muerte de las clulas y pueden hacerse visibles pasadas horas, das o semanas.

    Trastornos graves :

    Dosis altas de radiacin sobre todo el cuerpo, producen lesiones caractersticas. La radiacin absorbida se mide en grays (1 gray es la cantidad de radiacin necesaria para liberar 1 julio de energa por kilogramo de materia).

    Una cantidad de radiacin superior a 400.000 grays produce un deterioro severo en el sistema vascular humano, que desemboca en edema cerebral, trastornos neurolgicos y coma profundo. El individuo muere en las 48 horas siguientes.

    Cuando el organismo absorbe de 100.000 a 400.000 grays de radiacin. El individuo muere en los diez das siguientes a consecuencia del desequilibrio osmtico, del deterioro de la mdula sea y de la infeccin terminal.

    Si la cantidad absorbida oscila entre 15.000 y 100.000 grays, se destruye la mdula sea provocando infeccin y hemorragia. La persona puede morir cuatro o cinco semanas despus de la exposicin.

    La mitad de las personas que han recibido una radiacin de 30.000 a 32.500 grays y que no hayan recibido tratamiento, pierden la mdula sea.

    La irradiacin de zonas concretas del cuerpo produce daos locales en los tejidos. Se lesionan los vasos sanguneos de las zonas expuestas alterando las funciones de los rganos. Cantidades ms elevadas, desembocan en gangrena.

    No es probable que una irradiacin interna, cause trastornos graves. Depender del rgano en cuestin y de su vida media. El tejido irradiado puede destruirse o desarrollar un cncer.

    Radiacin no ionizante:

    Durante mucho tiempo se ha credo que la frecuencia de radiacin de redes o tendidos elctricos, radares, canales o redes de comunicacin y hornos de microondas era perjudicial y que produca quemaduras, cataratas, esterilidad temporal, etc. Se han observado algunas consecuencias biolgicas poco importantes pero se desconoce por el momento qu repercusin tienen sobre la salud.

    OPININ PERSONAL

    Creo que se nos debera dar ms informacin sobre las consecuencias de las radiaciones en los seres vivos, ya que pueden ser nefastas y nos afectan muy directamente, y por ello todo el mundo debera de interesarse ms por este tema.

    Las radiaciones pueden provocar efectos graves o crnicos sobre nuestra salud, dependiendo de la dosis recibida. Pueden producir enfermedades agudas o efectos retardados como el cncer, y por todo esto habra que poner remedio y control a las emisiones radiactivas y a las posibles fugas que se pueden producir en las centrales nucleares.

    Los trabajadores que se exponen a rayos X o material radiactivo estn dentro de la poblacin que corren riesgo de sufrir enfermedades como consecuencia de ello. As que estas profesiones deberan ser recompensadas de alguna forma por parte de los gobiernos.

    BIBLIOGRAFA

    Varios autores.1972.Monitor.

    Director: Manuel Salvat.

    Ed. Salvat. V-10, Pamplona.

    Varios autores.1991. Larousse.

    Ed. Planeta. Volumen-7, Barcelona.

    Varios autores.1990.Nueva Enciclopedia Temtica Planeta.

    Ed. Planeta. Volumen-3, Barcelona.

    Varios autores.1989.Crnica de la Tcnica.

    Ed. Plaza & Janes. Madrid.

    NDICE

    Introduccin................................................................................1,2

    Tipos de radiacin......................................................................2,3

    La hiptesis nuclear....................................................................3,4,5,6

    Series de desintegracin radiactiva...........................................6,7

    Radiactividad artificial..................................................................8,9,10

    Lluvia radiactiva............................................................................10,11,12

    Mecanismo.................................................................................11

    Riesgos potenciales....................................................................11,12

    Efectos biolgicos de la radiacin...............................................12

    Trastornos graves........................................................................12,13,14

    Radiacin no ionizante.................................................................14

    Opinin personal..............................................................................15

    Bibliografa........................................................................................16


     
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