Radiactividad ambiental

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¿Qué es la radiactividad ambiental?
¿Por qué controlar los niveles radiactivos ambientales?
¿Cuáles son las fuentes?
¿Cómo se dispersa en los ecosistemas?
¿Cómo se detecta/mide?
¿Cuando y cómo se descubre la 
radiactividad?
La fecha: marzo de 1896 
El descubridor: Henri Becquerel
La investigación: velado de placa fotográfica por sales de uranio 
que emiten fluorescencia inducida por la luz solar. La fluorescencia 
se relacionaba con la emisión de rayos-X (descubiertos 4 meses 
antes por Roentgen).
El hecho fortuito: las sales de uranio velan la película fotográfica 
sin haber sido expuestas a la luz solar. Es decir sin que se induzca la 
fluorescencia.
La interpretación: las sales de uranio emiten una radiación de 
naturaleza desconocida
La búsqueda de elementos 
radioactivos
Julio-diciembre de 1898. Los investigadores: Pierre y Marie Curie 
El método: la radiactividad emitida por las sales de uranio provoca la descarga 
de un electroscopio. Pierre Curie diseñó un electroscopio muy sensible ante el 
se situaban las sustancias para estudiar sus propiedades radioactivas.
Las sustancias: sales de uranio y sales de torio
La evidencia: la radioactividad de las sales era superior a la de los elementos 
uranio y torio.
La interpretación: debían existir elementos desconocidos responsables de la 
radioactividad. Marie Curie logra aislar de la pechblenda el polonio (400 veces 
mas activo que el uranio) y el radio (un millón de veces mas activo que el 
uranio). 
1899 Debierne: actinio.
1899 Rutherford y Soddy: radón (en asociación con el torio, radio y actinio)
¿Qué propiedades observaron?
Descargan un electroscopio: tienen carga eléctrica.
Es una fuente de energía: el calor desprendido en la desintegración de 1 g de 
radio es de 420 J (100 calorías) por hora, continuamente (la combustión de 1 g 
de C produce 34000 J = 8000 calorías).
Fenómeno asociado a los átomos: independiente de su estado físico o 
químico.
Componentes de la radiación
Rutherford
•Un tipo de radiación sin carga cuya trayectoria no se ve 
afectada por B
Radiación alfa: α (+)
Radiación beta: β(−), β(+)
Radiación gamma: γ
α
He
(luz)
V
Efectos de campos magnéticos sobre la radiación: F = q vxB
•Dos tipos de radiación con carga + y -, respectivamente 
cuya trayectoria se ve afectada por B.
α = He++
β− = e-
β+ = e+
Componentes de la radiación
1911: los rayos alfa permiten desentrañar la estructura de la materia
(experiencias de Geiger y Marsen)
Pb Au
α
Significado de la radioactividad desarrollo de la teoría nuclear
MODELO DE THOMSON MODELO DE RUTHERFORD
α +α
Se diferencian los fenómenos 
atómicos de los nucleares
1913: Moseley estudia los espectros de rayos-X e identifica Z = nº e-
Z es el nº de orden de la clasificación de Mendeleiev
El núcleo de be tener una carga Z(+)
1913: Bohr introduce la cuantificación del modelo atómico e introduce el
concepto de orbital, completado posteriormente por Sommerfeld
1919: Rutherford realiza la primera transmutación artificial:
14
7N + 42He (189F) 178O + 11H
1920: Rutherford postula la existencia del neutrón
1932: Chadwik descubre experimentalmente el neutrón
1933: Irene y Frederic Joliot-Curie descubren la radiactividad artificial
27
13Al + 42He 3015P + 10n 3015P β+
Significado de la radioactividad desarrollo de la teoría nuclear
La radiactividad natural puso de manifiesto la 
estructura compleja del núcleo, encajando con las 
teorías postuladas para su constitución.
Si en la naturaleza unos núcleos se transformaban 
en otros, la radiactividad artificial abrió la 
posibilidad de inducir la transmutación de núcleos 
estables por la acción humana. Fermi y otros físicos 
y químicos, basándose en todo lo precedente 
consiguieron la fisión nuclear y crear isótopos 
radioactivos inexistentes en la naturaleza.
La radiactividad es la propiedad que presentan 
algunos átomos de transformarse 
espontáneamente, originando un átomo de otro 
elemento y emitiendo radiación α, β o γ.
DIMENSIONES Radio atómico: 10-10 m = 1 Angstrom (Å)
Radio nuclear : 10-15 m = 1 Fermi
MAGNITUDES DEL NUCLEO ATOMICO
ATOMO : CORTEZA Z electrones
NÚCLEO Z protones + N neutrones
protón, neutrón nucleón
Z: número atómico
A: número másico = Z+N
Carga protón: +1,602·10-19 C
Carga electrón: -1,602·10-19 C
Carga neutrón: sin carga
XA
Z N
Masa protón: 1,672·10-27 kg = 1,00758 u.m.a = 938 MeV
Masa neutrón: 1,675·10-27 kg = 1,00893 u.m.a = 939 MeV
Masa electrón: 9,108·10-31 kg = 0,00055 u.m.a = 0,5116 MeV
1 u.m.a = masa (12C) / 12 = 1,6605·10-27 kg = 931,5 MeV
1 MeV = 1,602· 10-13 J
ESTRUCTURA NUCLEAR
¿Cómo pueden permanecer unidos los 
protones y neutrones en el núcleo?
La estabilidad nuclear se explica a partir de:
a) Fuerzas de Unión Fuerza Nuclear Fuerte
b) Energía de Enlace
Int. Relativa Alcance
Gravitación 10-38 grande
Débil 10-13 <10-18m
E.M. 10-2 grande
Fuerte 1 <10-15m
•Corto alcance
•Independiente de la carga eléctrica
•Atractivas
•Repulsivas por debajo de 10-15 m
•No centrales
•Son fuerzas saturadas
•Muy intensas (~ MeV)
Fuerza Nuclear Fuerte:
mantiene unidos a los quarks (partículas constituyentes de los 
neutrones y protones) en el reducido volumen del núcleo. 
p+ n
n n
p+ p+
La FNF supera la repulsión de la carga eléctrica de los protones y 
origina un núcleo estable que sólo se puede romper con un aporte 
externo de energía. 
V(r)
r (Fermi)
Defecto de Masa (Δm) - Energía de Enlace (ΔE) :
Midiendo la variación entre la suma de la masa de los protones y 
neutrones cuando están separados y su masa cuando están juntos 
formando el núcleo, se puede deducir la energía de enlace entre ellos.
ΔE = Δm·c2
CLASIFICACIÓN DE LOS NUCLEIDOS
CURVA DE ESTABILIDAD
Isótopos: = Z ≠ A
Isóbaros: ≠ Z = A
Abundancia:
90 elementos naturales
13 elementos artificiales
1525 isótopos: ~ 325 naturales
~ 1200 artificiales
~ 274 estables
~ 1251 radioactivos
Núcleo inestable
Radiación
Núcleo estable
RADIACTIVIDAD
¿Qué tipo de radiación se emite?
Corpuscular: Partículas alfa: α 42He2++ 42α2
Electrones: β- 0-1e1 0-1β-1
Positrones: β+ 01e-1 01β+ -1
Electromagnética: Radiación gamma γ
¿Qué cambios se producen en la desintegración radiactiva de un núcleo?
XA
Z N
α
4
2 2
YA-4
Z-2 N-2
+
XA
Z N
β-
0
-1 1
YA
Z+1 N-1
+
X*A
Z N
γ XA
Z N
+
XA
Z N
β+
0
1 -1
YA
Z-1 N+1
+
p+ n + e+ + ν
n p+ + e- + ν
Alfa
Beta-
Beta+
Gamma
DESINTEGRACIÓN ALFA
234
92U142 α + 23090Th140
βmax = 0.766 MeV
204
81Tl
204
82Pb
β−
DESINTEGRACIÓN BETA
204
81Tl123 β− + 20482Pb122
DESINTEGRACIÓN GAMMA
60
27Co*33 γ + 6027Co33
¿Qué magnitudes caracterizan la radiactividad?
ACTIVIDAD: A
número de desintegraciones por unidad de tiempo
Unidades: desintegración/s = Becquerelio = Bq
CONSTANTE DE DESINTEGRACIÓN: λ
Probabilidad por unidad de tiempo de que se produzca 
la desintegración
Unidades: segundos-1, horas-1, años-1, … (tiempo-1)
PERIODO DE SEMIDESINTEGRACIÓN: T1/2
Tiempo que tiene que transcurrir para que se haya 
desintegrado la mitad de la población de núcleos 
radiactivos de la muestra.
Unidades: segundos, horas, años, … (tiempo)
Supongamos que el isótopo amarillo se desintegra transformándose en el violeta y que su 
periodo de semidesintegración es de 5750 años. Veamos cómo afecta el paso del tiempo:
5750 años11 500 años17 250 años
0 500 1000 1500 2000
A0(desintegraciones)
A0/2
t (segundos)
A(t) =A0e
-λt
λ = (ln2/T1/2) constante de desintegración
T1/2: periodo de semidesintegración
/s
¿Cúal es el tratamiento matemático?
T1/2 =300s
Número de desintegraciones
Actividad = 
Tiempo
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
A/
A
0
t (dias)
 A(Ra)
 A(Rn)
0 500 1000 1500 2000
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
A
/A
0
t (h)
 A(Ba)
 A(La)
EQUILIBRIO RADIOACTIVO
EQUILIBRIO TRANSITORIO EQUILIBRIOSECULAR
140
56Ba 14056La + β-
306,5 h 40,27 h
226
88Ra 22286Rn + α
1601 años 3,82 días
Propuesta: 
Calcular numérica y gráficamente “tm” y 
representar en una misma gráfica las curvas de 
actividad A1, A2 y A1+A2 en función de t/T, 
considerando la serie 1 2 3 (estable):
Para: 
a) T1=T y T2=T/2
b)T1=T y T2=2T
c) T1=100T y T2=T
d)T1=4T y T2=T