QUIMICA NUCLEAR - RADIOISOTOPOS RADIOACTIVIDAD

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TRANSMUTACIONES NUCLEARES / PREPARACION DE NUEVOS NUCLEOS
La identidad de un núcleo también cambia cuando el núcleo es golpeado por un neutrón o por otro núcleo. Las reacciones nucleares inducidas de esta forma se conocen como transmutaciones nucleares.
En 1919 Ernest Rutherford llevó a cabo la primera conversión de un núcleo en otro al conseguir transformar nitrógeno 14 en oxígeno 17, más un protón, por medio de las partículas alfa de alta velocidad que emite el radio.
La reacción es: 
147N + 42α 11p + 178O
Esta reacción demostró que es posible inducir reacciones nucleares golpeando núcleos con partículas como las radiaciones alfa. Las reacciones de este tipo han permitido sintetizar cientos de radioisótopos en el laboratorio.
Las transmutaciones nucleares se representan en ocasiones enumerando, en orden, el núcleo objetivo, la partícula que bombardea, la partícula expulsada y el núcleo producto.
Escrita de esta forma, la ecuación: 147N (α/p) 178O
La partícula alfa, el protón y el neutrón se abrevian como α, p y n, respectivamente.
USO DE PARTICULAS CON CARGA
Rutherford, con su equipo de trabajo, logro el primer acelerador de partículas que se conoció, este fue dado a conocer hace algo más de 100 años. Se lo conoció con el nombre de ciclotrón, permitía acelerar partículas cargadas combinando campos eléctricos con campos magnéticos; una vez que la partícula alcanzaba una velocidad adecuada (tenía una energía cinética adecuada) se la hacía impactar con un átomo de modo tal que este proyectil atravesara la nube electrónica e impactara y penetrara el núcleo atómico y formar de esa forma un nuevo átomo.
Estos aceleradores de partículas, conocidos popularmente como “rompeátomos”, tienen nombres como ciclotrón y sincrotrón. Los electrodos huecos con forma de D se llaman “des”. Las partículas proyectil se introducen en una cámara al vacío dentro del ciclotrón, y son aceleradas alternando la carga positiva y la negativa a las “des”. Unos imanes situados arriba y abajo de las “des” mantienen las partículas en movimiento en una trayectoria espiral, hasta que salen a gran velocidad para incidir en la sustancia objetivo. Los aceleradores de partículas se han usado principalmente para sintetizar elementos pesados y para investigar la estructura fundamental de la materia.
De un simple acelerador de partículas se pasó a grandes instalaciones subterráneas y muy grandes, tanto en EE.UU. como en la comunidad europea, esto permitió trabajar con átomos más grandes y lograr mayores aceleraciones. En Europa existe el Cernn y en EE.UU. el Fermilap.
USO DE NEUTRONES
Casi todos los isótopos sintéticos que se usan en cantidades significativas en medicina y en la investigación científica se preparan empleando neutrones como proyectiles. Debido a que los neutrones son neutros, el núcleo no los repele. En consecuencia, no es necesario acelerarlos como a las partículas con carga para provocar reacciones nucleares. (De hecho, es imposible acelerarlos.) Los neutrones necesarios se obtienen de las reacciones que se llevan a cabo en reactores nucleares. Por ejemplo, el cobalto 60 que se utiliza en la radioterapia del cáncer se produce por captura de neutrones.
ELEMENTOS TRANSURANICOS
Se han utilizado transmutaciones artificiales para producir elementos de número atómico mayor que 92, los cuales se conocen como elementos transuránicos porque ocupan posiciones que siguen inmediatamente al uranio en la tabla periódica.
Los elementos 93 (neptunio, Np) y 94 (plutonio, Pu) fueron descubiertos en 1940. Se obtuvieron bombardeando (Técnica de bombardeo) uranio 238 con neutrones:
Los elementos de número atómico mayor se forman normalmente en cantidades pequeñas en los aceleradores de partículas.
Estos núcleos tienen una vida muy corta, y sufren la desintegración alfa milisegundos después de su síntesis.
VIDA MEDIA / VELOCIDAD DE DESINTEGRACION RADIACTIVA
¿Por qué existen en la naturaleza ciertos radioisótopos, como el uranio 238, en tanto que otros no y es preciso sintetizarlos? Para responder esta pregunta hace falta entender que los diferentes núcleos sufren desintegración radiactiva a velocidades distintas. 
Muchos radioisótopos se desintegran prácticamente en su totalidad en cuestión de segundos, o incluso menos, y por eso no se encuentran en la naturaleza. El uranio 238, en cambio, se desintegra con gran lentitud; en consecuencia, y pese a su inestabilidad, todavía lo observamos en la naturaleza. 
Una característica importante de los radioisótopos es su velocidad de desintegración radiactiva. La desintegración radiactiva es un proceso cinético de primer orden. Recuérdese que un proceso de primer orden tiene una vida media característica, que es el tiempo que debe transcurrir para que se desintegre la mitad de cualquier cantidad de sustancia dada. 
La velocidad de desintegración de los núcleos se analiza comúnmente en términos de su vida media. Cada isótopo tiene su propia vida media característica
Se conocen vidas medias muy cortas, de millonésimas de segundo, y otras muy largas, de miles de millones de años.
Un aspecto importante de las vidas medias de desintegración nuclear es que no influyen en ellas las condiciones externas como la temperatura, la presión o el estado de combinación química. Por consiguiente, y a diferencia de las sustancias químicas tóxicas, es imposible volver inofensivos los átomos radiactivos mediante una reacción química o por cualquier otro tratamiento práctico. En este punto nada se puede hacer que no sea dejar que estos núcleos pierdan su reactividad a su ritmo característico. Entre tanto, es preciso tomar precauciones para aislar los radioisótopos debido al daño que provoca la radiación.
DETECCION Y MEDICION DE LA RADIACTIVIDAD
La radiactividad también se detecta y se mide por medio de un dispositivo que se conoce como contador Geiger. 
El funcionamiento de un contador Geiger se basa en la ionización que la radiación provoca en la materia. Los iones y electrones producidos por la radiación ionizante permiten que se conduzca una corriente eléctrica
	
El diseño básico de un contador Geiger, el cual consiste en un tubo metálico lleno de gas. El cilindro tiene una “ventana” de un material que los rayos alfa, beta y gamma pueden penetrar, y en el centro del cilindro hay un alambre que está conectado a un borne de una fuente de corriente directa; el cilindro de metal está unido al otro borne. Entre el alambre y el cilindro de metal fluye una corriente siempre que la radiación entrante produce iones. La pulsación de corriente creada por la entrada de la radiación en el tubo se amplifica, y se cuenta cada pulsación o destello como una medida de la cantidad de radiación.
USO DE RADIOISOTOPOS
1- FECHADO
Puesto que la vida media de cualquier núclido en particular es constante, sirve como un reloj nuclear para establecer la antigüedad de diversos objetos. El carbono 14, por ejemplo, ha sido utilizado para determinar la antigüedad de materiales orgánicos
2- RADIOTRAZADORES
Debido a la facilidad con la que se detectan los radioisótopos, éstos se pueden usar para seguir un elemento a lo largo de sus reacciones químicas. Por ejemplo, la incorporación de átomos de carbón del CO2 en la glucosa es fotosíntesis, la cual se ha estudiado utilizando CO2 que contiene carbono 14.
El CO2 se marca con carbono 14 como se menciono. Los dispositivos de detección, como los contadores de centelleo siguen al carbono 14 al transformarse desde el CO2 a través de varios compuestos intermedios hasta la Glucosa.
Es posible este uso de radioisótopos debido a que todos los isotopos de un elemento tienen propiedades químicas prácticamente idénticas. Cuando una pequeña cantidad de radioisótopo se mezcla con los isotopos estables del mismo elemento que ocurren en forma natural todos los isotopos sufren la misma reacción. 
La trayectoria del elemento se revela por la radioactividad del radioisótopo. Como este se puede emplear para trazar la trayectoria del elemento se llama radio – trazador.