Ejercicio B.4 · Física PAU País Vasco Ordinaria 2021

B.4.- Describir el fenómeno de la radiactividad natural. Desintegración radiactiva. Emisión de partículas alfa, beta y gamma. Leyes de Soddy y Fajans. Ejemplos.

Solución: 1. Fenómeno de la radiactividad natural y desintegración radiactiva: La radiactividad natural es la propiedad que presentan ciertos núcleos inestables (radionúclidos) que se encuentran en la naturaleza, mediante la cual se desintegran espontáneamente emitiendo partículas y/o radiación electromagnética para alcanzar configuraciones nucleares más estables. Se trata de un proceso nuclear independiente del estado químico o de las condiciones de presión y temperatura. 2. Tipos de emisión: - Emisión alfa ($\alpha$): Consiste en la expulsión de núcleos de helio-4 ($^4_2\text{He}$), formados por 2 protones y 2 neutrones. Tienen carga $+2e$, masa elevada, bajo poder de penetración (se detienen con una hoja de papel) y alto poder ionizante. - Emisión beta ($\beta$): - Beta menos ($\beta^-$): Emisión de un electrón ($^0_{-1}e$) y un antineutrino electrónico ($\bar{\nu}_e$), originada por la transformación de un neutrón en un protón en el núcleo ($^1_0n \rightarrow \,^1_1p + \,^0_{-1}e + \bar{\nu}_e$). Tienen carga $-e$, mayor poder de penetración que las $\alpha$ (requieren láminas de aluminio para ser frenadas). - Beta más ($\beta^+$): Emisión de un positrón ($^0_{+1}e$) y un neutrino ($\nu_e$), al convertirse un protón en neutrón ($^1_1p \rightarrow \,^1_0n + \,^0_{+1}e + \nu_e$). - Emisión gamma ($\gamma$): Radiación electromagnética de muy alta frecuencia (fotones de alta energía, $^0_0\gamma$) emitida cuando un núcleo en un estado excitado decae a un nivel de menor energía. No tiene carga ni masa; presenta un poder de penetración muy elevado (requiere gruesas capas de plomo u hormigón). 3. Leyes de desplazamiento de Soddy y Fajans: Gobiernan las transformaciones que experimentan el número atómico ($Z$) y el número másico ($A$) del núcleo emisor debido a la conservación del número de nucleones y de la carga: - Ley de la emisión $\alpha$: Al emitir una partícula $\alpha$, el núcleo resultante disminuye su número másico en 4 unidades y su número atómico en 2 unidades: $$^A_Z X \rightarrow \,^{A-4}_{Z-2} Y + \,^4_2\text{He}$$ *Ejemplo:* $^{238}_{92}\text{U} \rightarrow \,^{234}_{90}\text{Th} + \,^4_2\text{He}$ - Ley de la emisión $\beta^-$: Al emitir un electrón, el núcleo mantiene su número másico ($A$) y aumenta su número atómico ($Z$) en una unidad (desplazándose un lugar a la derecha en la tabla periódica): $$^A_Z X \rightarrow \,^A_{Z+1} Y + \,^0_{-1}e + \bar{\nu}_e$$ *Ejemplo:* $^{14}_6\text{C} \rightarrow \,^{14}_7\text{N} + \,^0_{-1}e + \bar{\nu}_e$ - Ley de la emisión $\gamma$: Al emitir un fotón $\gamma$, ni el número atómico ni el número másico varían, sólo cambia el estado energético del núcleo: $$^A_Z X^* \rightarrow \,^A_Z X + \gamma$$ *Ejemplo:* $^{99m}_{43}\text{Tc} \rightarrow \,^{99}_{43}\text{Tc} + \gamma$