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Radioactividad Ionizante




Enviado por Pablo Turmero



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    PRINCIPIOS FÍSICOS DE LAS RADIACIONES IONIZANTES
    CONCEPTOS SOBRE FÍSICA ATÓMICA Y NUCLEAR
    ÁTOMO
    NÚCLEO
    NUBE DE ELECTRONES
    r = 10-14m
    r = 10-10m
    Masa pequeña comparada con el núcleo
    Ocupan gran parte del espacio
    Protones
    Neutrones
    Nucleones
    Carga + (1,60×10-19C)
    Sin carga
    Carga – (1,60×10-19C)
    Masa ~1900 veces la del e-

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    Los átomos difieren unos de otros por la constitución de su núcleo y el número y arreglo de sus electrones.
    Z
    Número Atómico
    Número de protones en el núcleo (o número de electrones)
    Un átomo queda completamente especificado por:
    A
    Número Másico
    Número de nucleones.
    X
    Simbolo químico del elemento
    El número de electrones y de protones es el mismo para que el átomo sea electricamente neutro.

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    ISÓTOPOS
    Átomos con el mismo número de protones pero diferente número de neutrones
    ISÓTONOS
    Átomos con el mismo número de neutrones pero diferente número de protones.
    ISÓMEROS
    Átomos con el mismo número de protones y el mismo número de neutrones, pero difieren en el estado de energía del núcleo.
    ISÓBAROS
    Átomos con el mismo número de nucleones pero diferente número de protones.
    Ciertas combinaciones de neutrones y protones resultan en nucleidos estables, es decir no radioactivos, que otras.

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    RADIOACTIVIDAD
    La radioactividad fue descubierta por Henri Becquerel en 1896. Es el fenómeno por el cual el núcleo de un elemento emite radiación. Esta radiación puede ser en forma de partículas, radiación electromagnética o ambas.
    Un núcleo radioactivo tiene exceso de energía que es constantemente redistribuida entre los nucleones mediante colisiones entre ellos. Una de estas partículas puede ganar suficiente energía como para escapar del núcleo, permitiendo que éste alcance un estado de menor energía.
    Puede suceder que, aún emitiendo una partícula, el núcleo permanezca en un estado excitado, por lo que seguira emitiendo partículas o rayos ? hasta alcanzar la estabilidad o el estado de menor energía.

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    RADIOACTIVIDAD NATURAL
    En los núcleos estables, ninguna partícula adquiere suficiente energía como para escapar.
    En los núcleos radioactivos, es probable, que las partículas ganen suficiente energía como para escapar. Esta emisión de partículas es totalmente probabilística y no se puede saber cuándo ocurrirá.
    Proceso de Desintegración
    Se emiten partículas a, partículas ? y/o rayos ?
    Elementos con:
    Z < 82
    Tiene al menos una configuración estable
    Z > 82
    Son radioactivos y se desintegran hasta llegar a un isótopo del Pb estable.
    Tres series para los elementos radioactivos naturales: Serie del Uranio, Actinio y Torio

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    SERIE DEL URANIO

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    RADIOACTIVIDAD ARTIFICIAL
    Nuevos isótopos se producen bombardeando nucleos estables con n, p de alta energía, deuterones, partículas a o rayos ?.
    Estos núcleos deben bombardearse por períodos de tiempo largos, y en un haz intenso, ya que la probabilidad de que ocurra una colisión es muy pequeña.
    Dispositivos que se usan para esto:
    Ciclotrón,
    betatrón,
    generador Van de Graaff,
    acelerador lineal,
    reactor nuclear
    Ejemplos: Co-60 (n), Li-7 (n), Cu-62 (?), B-10 (H-2 deuterón)

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    EJEMPLOS DE REACCIONES NUCLEARES
    Reacción a, p
    Es una reacción en la cual una partícula a interactúa con un núcleo, para formar un núcleo compuesto, el cual se desintegrará emitiendo un protón p, dando origen a un nuevo núcleo.
    Q es la energía absorbida o liberada en la reacción.
    Reacción a, n
    Es la reacción en la cual se bombardea un núcleo con partículas a, con la subsecuente emisión de neutrones n.
    Bombardeo con p
    La reacción más común es la captura de un p por el núcleo y la emisión de un rayo ?, reacción p, ?.

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    ACTIVACIÓN DE NUCLEIDOS
    Los elementos pueden transformarse en radioativos mediante numerosas reacciones nucleares.
    Que se lleve a cabo una reacción nuclear depende de varios parámetros:
    Número de partículas que bombardean el núcleo
    Número de núcleos blanco
    Probabilidad de ocurrencia de la reacción nuclear o sección eficáz.
    (Este último depende del núcleo blanco y del tipo de pertícula con la que se lo bombardea).
    Otro aspecto importante, es que cuando un isótopo es activado, aumenta su actividad exponencialmente.

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    DECAIMIENTO EXPONENCIAL
    El proceso de decaimiento radioactivo o desintegración es un fenómeno estadístico.
    Sin embargo, se puede predecir en forma precisa, de un grupo de átomos, la proporción de átomos que se desintegrará en un período de tiempo.
    Matemáticamente: El número de átomos que se desintegra por unidad de tiempo (?N/?t), es proporcional al número de átomos radioactivos presente (N).
    o
    ? es una constante de proporcionalidad
    CONSTANTE DE DECAIMIENTO
    El signo – indica que el número de átomos radioactivos decrece con el tiempo.

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    Si ?N y ?t son suficientemente pequeños, pueden reemplazarse por los respectivos diferenciales dN y dt y así se obtiene la ecuación diferencial.
    Que tiene como solución, la Ecuación de Decaimiento Radioactivo
    Donde N0 es el número inicial de átomos radioactivos, t es el tiempo transcurrido y ? es la constante de decaimiento del elemento.

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    EJEMPLO
    Estimar el número de átomos presentes luego de 60 días, si inicialmente había 108 átomos de Au–198 en la fuente.
    ? = 2,7 días (Au-198)
    N0 = 108 átomos
    t = 60 días
    ? = 0,257 1/días
    átomos

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    ACTIVIDAD
    La Actividad, A, se define como la tasa de decaimiento de un material radioactivo.
    Si se reemplaza ?N/?t por A en la ecuación
    Se obtiene
    Y se puede expresar
    Donde A es la actividad al tiempo t y A0 es la actividad original igual a ?N0.
    Unidades
    1Ci (Curie) = 3,7×1010 desint./seg. (dps)
    1Bq (Becquerel) = 1dps = 2,7×10-11 Ci (SI)

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    EJEMPLO
    Calcular la constante de decaimiento del Co-60 (? = 5,26 años) en meses
    Calcular la actividad de una fuente de 5000 Ci de Co-60 luego de 4 años
    a)
    b)
    ? = 5,26 años = 63,12 meses
    ? = 1,0979×10-2 1/meses
    Luego
    y
    t = 4 años = 48 meses

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    TIEMPO DE VIDA MEDIA
    El tiempo de vida media, ? o T1/2, de un elemento radioactivo se define como el tiempo requerido para que, tanto la Actividad (A) como el Número de Átomos (N), decaiga a la mitad de su valor inicial.
    Entonces, si
    o
    Para t = ? se obtiene, de las ecuaciones de decaimiento exponencial
    o

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    NIVELES DE ENERGÍA ATÓMICOS
    Se representan los niveles de energía de los electrones orbitales que componen el átomo mediante un Diagrama de Niveles de Energía

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