19.2: Tipos de Radiactividad

Los tipos más comunes de radiactividad son la desintegración α, la desintegración β, la desintegración γ, la emisión de neutrones y la captura de electrones.

La desintegración alfa (α) es la emisión de una partícula α del núcleo. Por ejemplo, el polonio-210 sufre α desintegración:

La desintegración alfa ocurre principalmente en núcleos pesados (A > 200, Z > 83). La pérdida de una partícula α resulta en un nucleido hijo con un número de masa cuatro unidades más pequeño y un número atómico dos unidades más pequeño que las del nucleido padre.

La desintegración beta (β) es la emisión de un electrón o positrón desde un núcleo. El yodo-131 es un ejemplo de un nucleido que sufre desintegración β⁻:

El electrón emitido es del núcleo atómico y no es uno de los electrones que rodean el núcleo. La emisión de un electrón no cambia el número de masa del nucleido, pero sí aumenta el número de sus protones y disminuye el número de sus neutrones. Un antineutrino ( ) también se emite debido a la conservación de la energía.

Oxígeno-15 es un ejemplo de un nucleido que sufre una emisión de positrones, o desintegración β⁺:

La desintegración de positrón es la conversión de un protón en un neutrón con la emisión de un positrón. También se emite un neutrino (ν_e) debido a la conservación de la energía.

La emisión gamma (emisión γ) se observa cuando un nucleido se forma en un estado excitado y luego se desintegra a su estado fundamental con la emisión de un rayo γ, un quantum de radiación electromagnética de alta energía. La presencia de un núcleo en estado excitado suele indicarse con un asterisco (*). El cobalto-60 emite radiación γ y tiene muchas aplicaciones, incluyendo el tratamiento del cáncer:

No hay cambio en el número de masa o en el número atómico durante la emisión de un rayo γ. Sin embargo, la emisión γ puede acompañar a uno de los otros modos de desintegración que resultarían en un cambio en el número de masa o en el número atómico.

La emisión de neutrones es la expulsión de un neutrón del núcleo. Puede ocurrir espontáneamente, como la desintegración de berilio-13 a berilio-12, o en respuesta al bombardeo por rayos o partículas gamma. El número atómico permanece inalterado durante este proceso, mientras que el número de masa disminuye en 1.

La captura de electrones se produce cuando uno de los electrones internos de un átomo es capturado por el núcleo del átomo. Por ejemplo, el potasio-40 es sometido a captura de electrones:

La captura de electrones se produce cuando un electrón de la capa interna se combina con un protón y se convierte en un neutrón. La pérdida de un electrón de la capa interna deja una vacante que será llenada por uno de los electrones externos. A medida que el electrón externo cae en la vacante, emitirá energía. En la mayoría de los casos, la energía emitida será en forma de rayos X. La captura de electrones tiene el mismo efecto en el núcleo que la emisión de positrones: El número atómico disminuye en uno y el número de masa no cambia.

Este texto es adaptado de Openstax, Química 2e, Sección 21.3: Desintegración Radiactiva.

Los radionúclidos se desintegran en nucleídos secundarios junto con la emisión de partículas o radiación electromagnética. Las emisiones nucleares fundamentales incluyen partículas alfa, partículas beta, positrones, neutrones, rayos gamma y rayos X.Una partícula alfa está compuesta por dos protones y dos neutrones, que se asemejan al núcleo de helio-4. Cada una de estas partículas tiene una carga de más de dos.

La desintegración alfa reduce el número atómico en dos y el número másico en cuatro, como la conversión del polonio-210 en plomo-206. La desintegración beta-menos es una emisión de electrones de alta energía desde el núcleo por conversión de un neutrón en un protón. El nucleído secundario tiene un protón adicional, y su número atómico es uno mayor que el del nucleído primario.

Durante el proceso, el número de neutrones disminuye en uno;sin embargo, el número de protones aumenta en uno. Por lo tanto, el número de masa permanece sin cambios. La desintegración beta-plus es la conversión de un protón en un neutrón, emitiendo una partícula cargada positivamente desde el núcleo.

Esta partícula tiene la misma masa que un electrón, lo que la convierte en una antipartícula del electrón, y se llama positrón. El positrón emitido reduce en uno el número atómico de un nucleído secundario. El positrón tiene una vida corta porque colisiona rápidamente con un electrón y ambas partículas son aniquiladas.

Su energía se libera como dos rayos gamma de 511 kilo-electrón voltios o keV. La emisión de radiación gamma también ocurre cuando un nucleído secundario excitado decae a su estado fundamental nuclear. Por lo tanto, la desintegración beta menos del cobalto-60 produce un níquel-60 en estado excitado, que emite dos rayos gamma mientras cae al estado fundamental nuclear.

El número de masa y el número atómico no cambian durante la desintegración gamma. La emisión de radiación gamma se produce en combinación con otras reacciones de desintegración nuclear. La emisión de neutrones es la expulsión de un neutrón del núcleo.

Puede suceder de forma espontánea, como la desintegración del berilio-13 en berilio-12, o en respuesta al bombardeo de partículas o rayos gamma. El número atómico permanece sin cambios durante este proceso, mientras que el número másico disminuye en uno. La conversión de potasio-40 en argón-40 ejemplifica la emisión de energía debido a la captura de electrones.

El núcleo de potasio captura un electrón interno en el átomo, y un protón se convierte en neutrón. Un electrón exterior desciende al nivel interior para llenar la vacante, caracterizada por una emisión de rayos X con una energía correspondiente a la transición. El poder de penetración de las partículas alfa, que son las más masivas de las partículas nucleares, es muy bajo, mientras que la radiación gamma atraviesa la mayoría de los materiales.

Los neutrones y las partículas beta pueden bloquearse eficazmente con materiales relativamente ligeros.