Ejercicio B.4 · Física PAU País Vasco Ordinaria 2024

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. Radiactividad natural y desintegración radiactiva: La radiactividad natural es el fenómeno espontáneo mediante el cual núcleos atómicos inestables se transforman en otros núcleos más estables mediante la emisión de partículas y/o radiación electromagnética de alta energía. Este proceso fue descubierto por Henri Becquerel en 1896 y estudiado por Marie y Pierre Curie. 2. Tipos de emisiones radiactivas: - Radiación alfa ($\alpha$): Consiste en núcleos de helio-4 ($^4_2\mathrm{He}$), formados por 2 protones y 2 neutrones. Tienen carga $+2e$ y masa aprox. $4\ \mathrm{u}$. Poseen alto poder de ionización y escaso poder de penetración (son detenidas por una hoja de papel o la piel humana). - Radiación beta ($\beta$): - $\beta^-$: Emisión de electrones ($^0_{-1}e$) procedentes de la transformación en el núcleo de un neutrón en un protón, un electrón y un antineutrino electrónico ($n \to p + e^- + \bar{\nu}_e$). Tienen carga $-e$, mayor poder de penetración que las $\alpha$ (requieren láminas de aluminio para ser frenadas). - $\beta^+$: Emisión de positrones ($^0_{+1}e$), originada por la conversión de un protón en un neutrón, un positrón y un neutrino ($p \to n + e^+ + \nu_e$). - Radiación gamma ($\gamma$): Radiación electromagnética de frecuencia muy alta y longitud de onda muy corta (fotones de alta energía, $^0_0\gamma$). No tiene masa ni carga. Acompaña frecuentemente a las desintegraciones $\alpha$ y $\beta$ cuando el núcleo resultante queda en un estado excitado. Posee un gran poder de penetración (requiere gruesas capas de plomo u hormigón para atenuarla). 3. Leyes de desplazamiento de Soddy y Fajans y ejemplos: - Emisión alfa: Cuando un núcleo emite una partícula $\alpha$, su número másico ($A$) disminuye en 4 unidades y su número atómico ($Z$) disminuye en 2 unidades, desplazándose dos lugares hacia la izquierda en la tabla periódica: $$^A_Z\mathrm{X} \longrightarrow {}^{A-4}_{Z-2}\mathrm{Y} + {}^4_2\mathrm{He}$$ *Ejemplo:* $^{238}_{92}\mathrm{U} \longrightarrow {}^{234}_{90}\mathrm{Th} + {}^4_2\mathrm{He}$ - Emisión beta negativa ($\beta^-$): Cuando un núcleo emite una partícula $\beta^-$, su número másico ($A$) no varía y su número atómico ($Z$) aumenta en 1 unidad, desplazándose un lugar hacia la derecha en la tabla periódica: $$^A_Z\mathrm{X} \longrightarrow {}^A_{Z+1}\mathrm{Y} + {}^0_{-1}e + \bar{\nu}_e$$ *Ejemplo:* $^{14}_6\mathrm{C} \longrightarrow {}^{14}_7\mathrm{N} + {}^0_{-1}e + \bar{\nu}_e$ - Emisión gamma: La emisión de radiación $\gamma$ no altera ni el número másico ($A$) ni el número atómico ($Z$), sino que el núcleo pasa de un estado metaestable o excitado a su estado fundamental: $$^A_Z\mathrm{X}^* \longrightarrow {}^A_Z\mathrm{X} + \gamma$$ *Ejemplo:* $^{99m}_{43}\mathrm{Tc} \longrightarrow {}^{99}_{43}\mathrm{Tc} + \gamma$