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Curso de SUPERVISORES de instalaciones radiactivas (IR) MÓDULO BÁSICO. TEXTOS 
© CSN-2013 
 
 
 
 
 
 
 
Curso de SUPERVISORES de 
Instalaciones Radiactivas (IR). 
MÓDULO BÁSICO. 
 
 
 
 
 
TEXTOS 
 
Curso de SUPERVISORES de instalaciones radiactivas (IR) MÓDULO BÁSICO 
© CSN-2013 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TEMA 1: 
INTRODUCCIÓN A LA RADIACIÓN. NATURALEZA Y TIPOS DE 
RADIACIÓN. 
Curso de SUPERVISORES de instalaciones radiactivas (IR) MÓDULO BÁSICO 
IR-SP-BA-TX-T01 2 / 24 © CSN-2013 
ÍNDICE: 
 
1.- ESTRUCTURA ATÓMICA DE LA MATERIA .................................................................... 3 
2.- ESTRUCTURA NUCLEAR ............................................................................................... 4 
3.- ENERGÍA DE ENLACE NUCLEAR ................................................................................... 7 
4.- UNIDADES DE MASA Y DE ENERGÍA ............................................................................ 9 
5. RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA ................................................................................ 9 
6.- RADIACTIVIDAD ......................................................................................................... 12 
7.- RADIACIONES IONIZANTES ........................................................................................ 13 
7.1. Radiación alfa ...................................................................................................... 13 
7.2. Desintegración Beta ............................................................................................ 15 
Desintegración beta negativa ................................................................................. 15 
Desintegración beta positiva .................................................................................. 18 
Captura electrónica (CE) ......................................................................................... 19 
7.3. Radiación gamma ................................................................................................ 20 
7.4. Rayos X ................................................................................................................. 20 
8.- REACCIONES NUCLEARES .......................................................................................... 22 
8.1 Reacciones de dispersión ..................................................................................... 23 
8.2 Captura radiativa .................................................................................................. 23 
8.3 Emisión de partículas ............................................................................................ 23 
8.4 Fotodesintegración ............................................................................................... 24 
8.5 Fisión ..................................................................................................................... 24 
8.6 Fusión .................................................................................................................... 24 
 
 
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1.- ESTRUCTURA ATÓMICA DE LA MATERIA 
A lo largo de los tiempos hasta la época presente, la imagen del átomo como 
componente básico de la materia, ha cobrado paulatinamente una gran consistencia. 
Como consecuencia se identificaron los llamados elementos simples o químicos, que 
se combinan para formar las diversas sustancias, llamadas compuestos o 
combinaciones químicas. Los elementos simples no pueden disociarse por medios 
químicos en otros más sencillos. Así por ejemplo el agua es un compuesto formado por 
hidrógeno y oxígeno, ambos elementos simples. 
El estudio sistemático de las propiedades químicas de los elementos, así como las 
relaciones ponderales de éstos al formar combinaciones químicas, condujo a que 
investigadores como Lavoisier, Dalton, Gay Lussac y otros, pudieran establecer la 
siguiente secuencia de conclusiones: 
 La materia se encuentra constituida por partículas indivisibles por métodos 
químicos, llamadas átomos, que conservan su propia identidad en los 
compuestos. 
 Los átomos de cada elemento son idénticos entre sí; los átomos de distintos 
elementos difieren entre sí en varias propiedades, entre las que destaca su masa. 
 Los compuestos químicos se forman por combinación de átomos, en 
proporciones definidas expresadas por números sencillos. 
En el momento presente se conocen más de cien elementos químicos distintos, de los 
cuales 92 se encuentran presentes en la naturaleza, siendo dos procedentes de la 
fisión espontánea del U, y el resto, han sido sintetizados mediante reacciones 
nucleares. Cada elemento químico se representa mediante un símbolo de una o dos 
letras, por ejemplo: oxígeno (O), helio (He), uranio (U), etc. 
Al combinarse entre sí los elementos químicos se forman estructuras que reciben el 
nombre de moléculas, que se pueden definir como los componentes más pequeños de 
un determinado compuesto que mantienen sus propiedades químicas. Así por 
ejemplo, la molécula de agua se simboliza como H2O, y significa que está constituida 
por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Este ejemplo describe una molécula 
sencilla; en los compuestos orgánicos, que comprenden la mayor parte de las 
combinaciones del carbono, existen moléculas formadas por cientos de miles de 
átomos. 
Las propiedades de un compuesto químico son generalmente muy distintas de las de 
los elementos que lo componen. Por ejemplo, el cloro es un gas tóxico y el sodio un 
metal muy activo, la unión de ambos, el cloruro sódico o sal común, es un compuesto 
de uso corriente e imprescindible en el funcionamiento de nuestro propio organismo. 
El átomo se compone esencialmente de un núcleo, de unos 10-14 m de radio, que 
contiene prácticamente toda la masa del átomo y se encuentra formado por protones 
y neutrones, es decir, cargado positivamente, y la corteza, formada por un cierto 
número de electrones, cuya carga total es igual y de signo contrario a la del núcleo, por 
lo que la materia se presenta como eléctricamente neutra. Los electrones se 
encuentran alrededor del núcleo, de manera que la fuerza de atracción electrostática 
queda compensada por la fuerza centrífuga, de forma análoga, a lo que sucede con la 
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rotación de los planetas alrededor del sol. 
Los electrones constituyentes de la corteza atómica, no tienen energías arbitrarias sino 
que solo existen determinadas energías estables. Estos niveles o capas se denominan 
K, L, M, N, O, P y Q, en orden de menor a mayor energía. Cada capa corresponde por 
tanto a un nivel energético el cual aumenta a medida que nos separamos del núcleo. 
La energía de ligadura del electrón o energía de enlace se define como la energía que 
hay que suministrar a un electrón para separarlo de la capa correspondiente. Dicha 
energía depende de la capa en que se encuentre el electrón y del elemento químico 
que se trate. Los electrones que se encuentran en las capas más cercanas al núcleo 
tienen una energía de ligadura mayor que aquellos que se encuentran en las capas más 
alejadas. 
Se dice que un átomo se encuentra en su estado fundamental cuando sus electrones 
se encuentran situados en los niveles de energía más bajos, es decir, en los más 
próximos al núcleo. Mediante aportación de energía, los átomos pueden excitarse, 
esto es, desplazar sus electrones a órbitas más externas, sin llegar a formar iones. Los 
átomos excitados tienden a desexcitarse por sí mismos ya que los estados de menor 
energía de cualquier sistema suelen ser los más estables. Por consiguiente, las 
vacantes de los electrones que se han ido, se ocupan espontáneamente por electrones 
de niveles energéticos más altos, liberando su exceso de energía mediante la emisión 
deun fotón. La energía del fotón resultante del salto de un electrón entre dos niveles 
de energías vendrá dada por la diferencia de energía de esos niveles. De esta manera, 
la radiación emitida en la desexcitación de un átomo puede corresponder al rango 
energético de los infrarrojos, la luz del visible, los ultravioletas o incluso radiación X, 
cuando la diferencia de energía entre los niveles inicial y final es suficientemente 
grande. En este último caso, a esta radiación se le denomina rayos X característicos 
pues es característico de la estructura electrónica de los átomos. 
Si se suministra al átomo energía suficiente (una energía mayor que la energía de 
ligadura de algún electrón), es posible separar completamente de él uno o varios 
electrones, en estas circunstancias decimos que nos encontramos frente a un ión o 
átomo ionizado. Éste átomo queda, pues, con carga eléctrica positiva. 
 
2.- ESTRUCTURA NUCLEAR 
El centro del átomo se encuentra ocupado por un núcleo cargado positivamente, cuyo 
radio es del orden de 10-14 m, en el que se encuentra concentrada prácticamente la 
totalidad de la masa atómica. El núcleo está compuesto por dos tipos distintos de 
partículas llamadas conjuntamente nucleones: 
 los protones, idénticos al núcleo de un átomo de hidrógeno y con una unidad 
elemental de carga positiva, y 
 los neutrones, de masa ligeramente superior a la de los protones, pero 
eléctricamente neutros. 
La estructura nuclear descrita es a primera vista fuertemente inestable, pues la 
repulsión electrostática entre los protones, confinados en un volumen de unos 10-24 
m3, resulta muy intensa. La razón de la estabilidad nuclear procede del hecho, de que 
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al aproximarse dos nucleones a una distancia de 10-15 m entran en acción las fuerzas 
llamadas nucleares, de corto alcance pero de gran intensidad, que contrarrestan la 
acción dispersora debida a la repulsión electrostática de los protones. 
Las fuerzas nucleares son independientes de la carga de los nucleones, pero su alcance 
es limitado a sus vecinos más próximos. En cambio las fuerzas de repulsión 
electrostáticas son de largo alcance, de suerte que cada protón, experimenta la acción 
repulsiva solo del resto de protones, por lo que un núcleo compuesto exclusivamente 
por protones sería inestable. 
Todos los átomos que tengan el mismo número de protones pertenecen al mismo 
elemento químico. El número de protones define, por tanto, el átomo en cuestión y se 
le denomina número atómico, Z. La clasificación ordenada de todos los elementos, en 
orden creciente de Z, constituye la tabla periódica (Figura 1) 
La suma del número de protones y neutrones (nucleones) nos da una idea de la masa 
del átomo puesto que la masa de los electrones es despreciable frente a la masa de los 
protones y los neutrones. A la suma de los nucleones que componen el núcleo del 
átomo se denomina número másico, A. 
Se denomina nucleido a toda especie nuclear caracterizada por valores determinados 
de Z y de A. Esquemáticamente un nucleido se representa con el símbolo: 
 
N
A
Z X 
donde X es el símbolo químico del elemento, A el número másico, Z es el número 
atómico, que usualmente no se incluye al venir implícitamente definido por el símbolo 
químico, y N el número de neutrones. 
Figura 1. Tabla periódica 
 
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Los núcleos atómicos pueden clasificarse de la siguiente manera: 
 ISÓTOPOS: Todos los nucleidos caracterizados por el mismo valor Z reciben el 
nombre de isótopos. Estos tienen propiedades químicas iguales. 
 ISÓBAROS: Los nucleidos caracterizados por tener el mismo número másico A, 
reciben el nombre de isóbaros. 
 ISÓTONOS: Si tienen igual el número de neutrones N = A-Z se denominan 
isótonos. 
 ISÓMEROS: Un núcleo, puede encontrarse energéticamente excitado, de la 
misma forma que ocurre en el átomo. Si el nivel excitado es metastable, (su vida 
media es suficientemente larga) se dice que el núcleo excitado es un isómero del 
mismo núcleo en su estado fundamental de energía. Los isómeros se representan con 
una letra m tras el símbolo másico (así por ejemplo, el 137mBa es un isómero del 137Ba). 
Para un determinado valor de Z existe un cierto límite superior e inferior en el número 
de neutrones, formándose conjuntos de nucleidos estables. Los nucleidos cuyo 
número de neutrones queda fuera de la banda de estabilidad definida para cada Z, 
llamada banda isotópica de estabilidad, tenderán a sufrir cambios nucleares a través 
de la emisión de partículas y radiaciones, para llegar a la estabilidad. A dicho proceso 
se le denomina radiactividad, llamándose radionucleidos a los nucleidos inestables o 
radiactivos. 
Distribución de nucleidos 
estables 
Radionucleidos 
conocidos 
N 
Z 
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 P29
4,6 s
 P30
2,5 m
P31
100
 P32
14,3 d
P33
25 d
11
11
12
12
13
13
14
14
15
15
16
17
18Si27
5 s
Si28
92,21
Si29
4,70
Si30
3.09
Si31
2,6 h
Al24
2,3 s
Al25
7,3 s
Al26
6,5 s
Al27
100
Al28
2,3 m
Al29
6,6 m
Mg23
12 s
Mg24
78,8
Mg25
10,1
Mg26
11,1
Mg27
9,6 m
Na22
2,6 a
Na23
100
Na24
15,0 h
Na25
60 s
Z
A - Z
Núcleo
original
, 3n , 2n , n
p, n , np
--
-
-
1,28; 2,42
3,5...
3,5
-
1,70
-
0,28
-
1,48
?
p,
d , n
, n
n , 2n
, pn
d , p
n ,
, p n , p
n ,
A - Z
Desplazamientos provocados
por desintegraciones
artificiales
2,5; 1,4
1,2; 2,3
2,87
1,78
-
1,80; 0,9
1,01; 0,84
3,7; 2,7
> 0,5
1,39; 4,2
1,38; 2,75;
3,7
0,54; 1,8
1,28
3,0
3,5
3
Z
 
Figura 2. Distribución de los nucleidos conocidos. Fragmento de una carta de 
Nucleidos 
 
La información sobre nucleidos y radionucleidos se muestra en las denominadas 
Cartas de Nucleidos Figura 2 que contienen una información muy completa de las 
características y propiedades de cada uno de ellos. En esta forma de representación 
cada especie nuclear tiene un lugar reservado en forma de casilla dispuesta en una 
cuadrícula, en la que se representa Z frente a N = A - Z; cada posición lleva un código 
de color o sombreado para diferenciar a los nucleidos estables de los radionucleidos, 
así como datos numéricos, tales como abundancia relativa, estabilidad, modo de 
desintegración, partículas emitidas, energías, etc. 
 
3.- ENERGÍA DE ENLACE NUCLEAR 
El principio de conservación de la energía, estipula en su forma clásica, que la energía 
ni se crea ni se destruye, únicamente se transforma. Según este principio, la energía 
contenida en un sistema aislado debe mantenerse constante. Sin embargo, en los 
trabajos de Einstein en los que desarrolló la Teoría de la Relatividad, se planteó como 
principio la convertibilidad recíproca de masa y energía, de acuerdo con la relación: 
 
E = mc2 
 
donde m es la masa, que puede transformarse en una energía E, y c es igual a la 
velocidad de la luz en el vacío, que vale aproximadamente 3 x 108 m/s. 
La conversión entre masa y energía está en el momento presente perfectamente 
comprobada por el resultado de muchos fenómenos, por lo cual, los principios de 
conservación de masa y energía, inexactos aisladamente, deben reemplazarse por un 
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principio único, donde se afirma, que la suma de la energía y la energía equivalente a 
la masa en un sistema aislado, debe mantenerse constante. 
De acuerdo con esto, la masa de un nucleido con número atómico Z y número másico 
A debería ser la suma de las masas de Z átomos de hidrógeno más las de A - Z 
neutrones. Sin embargo se observa sistemáticamente que las masas medidas M(A, Z), 
son inferiores a las calculadas en una cantidad m, llamada defecto másico. 
 
m = Z·MH + (A-Z)·Mn- M(A, Z) 
 
La energía del defecto másico corresponde a la llamada energía de enlace nuclear, Eb: 
energía necesaria para romper un núcleo en sus componentes separadamente (Z 
protones y N neutrones): 
 
Eb = c
2· m 
 
Se define entonces la energía media de enlace por nucleón, como: 
 
Eb = c
2 · m/A 
 
Al representar el valor absoluto de la energía media de enlace por nucleón en función 
de A Figura 3, se aprecian algunos detalles importantes como que en la zona baja de A 
se observa que algunos puntos (A=4, A=16) muestran valores de Eb marcadamente 
superiores a los de los nucleidos vecinos, lo que confieren a los dichos núcleos una 
gran estabilidad. 
 
 
Figura 3. Energía media de enlace por nucleón Eb en función del número de 
nucleones (1eV=1.6x10-19 J). 
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4.- UNIDADES DE MASA Y DE ENERGÍA 
Para expresar las MASAS de los átomos y de las partículas que los constituyen no se 
utilizan las unidades del Sistema Internacional (SI) al tener estas masas valores 
sumamente pequeños comparados con la unidad del SI (kilogramo). En su lugar, se 
adopta la unidad de masa atómica definida como "la doceava parte de la masa del 
átomo de 126C" (que es el más abundante). Su valor en gramos es: 
1 u.m.a. = 1,66  10-27 kg. 
 
 
En física atómica, se utiliza como unidad de ENERGÍA el electronvoltio (eV). La unidad 
del Sistema Internacional tiene un valor demasiado alto, por lo que resultaría 
engorroso trabajar con ella. 
Se define el electronvoltio como la energía cinética que adquiere un electrón, 
inicialmente en reposo, al ser acelerado por una diferencia de potencial de un voltio. 
Equivale a: 1 eV = 1,6 x 10-19 julios. 
En ocasiones, el electrónvoltio es demasiado pequeño, por lo que se utilizan sus 
múltiplos: 
 
Nombre Símbolo Equivalencia 
Kiloelectronvoltio keV 1.000 eV 
Megaelectronvoltio MeV 106 eV 
Gigaelectronvoltio GeV 109 eV 
 
5. RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA 
En 1870, el físico Maxwell desarrolló la teoría de las ondas electromagnéticas, en la 
que las propiedades físicas de la luz encuentran un marco coherente. Según esta 
PROTÓN
MASA ~ 1,007 u.m.a.
1,673 ∙ 10 -27 kg.
CARGA ELÉCTRICA POSITIVA
NEUTRÓN
CARGA ELÉCTRICA NEUTRA
ELECTRÓN
CARGA ELÉCTRICA NEGATIVA
MASA ~ 1,008 u.m.a.
1,675 ∙ 10 -27 kg.
MASA ~ 1/1836 u.m.a.
9,11 ∙ 10 -31 kg.
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teoría, la radiación electromagnética es una modalidad de propagación de energía sin 
el soporte de un medio material. La radiación electromagnética puede ser considerada 
como una doble onda, formada por dos campos, eléctrico y magnético, cuyos planos 
de propagación son perpendiculares. Los campos eléctrico y magnético se engendran 
secuencialmente por inducción. Figura 4. 
 
Figura 4. Ondas electromagnéticas 
La velocidad de propagación en el vacío de tales ondas, c, es una constante 
fundamental, cuyo valor es aproximadamente: 
c = 3 x 108 m/s 
El carácter ondulatorio de la radiación electromagnética es necesario para explicar una 
serie de fenómenos, tales como difracción, interferencia, refracción y polarización. Sin 
embargo, la descripción puramente ondulatoria, resulta del todo insuficiente para 
explicar los fenómenos de interacción de la radiación con la materia, tales como el 
efecto fotoeléctrico, y en general todos los procesos de absorción y emisión de energía 
de átomos o núcleos. 
Estos fenómenos fueron correctamente interpretados por Planck y Einstein a 
principios del siglo XX. Para ello, hubo de admitirse que las ondas electromagnéticas 
están constituidas por minúsculos paquetes de energía, llamados fotones o cuantos de 
radiación. El fotón puede ser considerado como un "corpúsculo" de energía sin 
soporte material, equivalente a una energía cinética: 
c h
 = h = E
·
· 
 
donde h, es otra constante universal, llamada constante de Planck, cuyo valor es 
 
h = 6,626 · 10-34 J · s = 4,136 · 10-15 eV · s 
 
y
Z
X
O
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En esta imagen corpuscular de la radiación electromagnética, la masa en reposo del 
fotón es nula; en cambio, en movimiento, los fotones tienen una masa igual a: 
c 
h
 = 
c
 h
 = 
c
E
 = m
22 ·
·
 
La intensidad de emisión de la radiación electromagnética depende del número de 
fotones por unidad de superficie en el punto de medida. En cambio, la energía es 
proporcional a la frecuencia de la radiación. 
La representación de la radiación electromagnética como onda o como corpúsculo, 
constituye dos aspectos complementarios de una misma realidad, que se manifiesta en 
una u otra forma según el tipo de fenómenos que se consideren. La luz se comporta 
como si fuera una onda en fenómenos de refracción, difracción, interferencia, etc. En 
cambio en procesos de intercambio de energía con átomos y núcleos, actúa como si 
fuera un corpúsculo. 
Estudiando esta naturaleza dual, Luis de Broglie propuso en 1924, que esta propiedad 
era extensible a la totalidad de la materia. De acuerdo con esta hipótesis, hoy bien 
comprobada experimentalmente, todas las partículas deben exhibir comportamiento 
ondulatorio en condiciones adecuadas. 
Las ondas electromagnéticas conocidas se extienden sobre una amplia gama de 
longitudes de onda, que comprenden desde las ondas radioeléctricas más largas, del 
orden del km hasta la radiación gamma más dura, que llega hasta el femtometro (10-15 
m). 
En la Figura 5 puede observarse por ejemplo que la luz visible cubre una porción 
sumamente reducida del espectro electromagnético, desde los 780 nm para la luz roja, 
hasta los 380 nm del violeta. Los límites de separación entre las distintas zonas, no 
presentan valores nítidos y existe siempre un cierto margen de solapamiento. 
 
 
Telefonía
móvil
N
O
I
O
N
I
Z
A
N
T
E
S
I
O
N
I
Z
A
N
T
E
S
Rayos
Rayos X
UHF
Onda media
TV FM
Nombre de la
 radiación
Energía
 eV
Frecuencia
 Hz
Longitud de
 onda m.
10
- 14
10
- 12
10
- 10
10
- 8
10
- 6
10
2
10
0
10
- 2
10
4
10
- 4
10
10
10
10
10
10
10
10
- 10
10
10
- 8
10
8
10
10
- 6
10
6
10
10
2
10
- 2
10
4
10
- 4
1 1 Micrón, 
1 Metro, m
1 kilómetro, 
km
Onda larga
Onda corta
Infrarrojo
Ultravioleta
Visible
1 Centímetro, cm
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Figura 5. Espectro de la radiación electromagnética 
 
6.- RADIACTIVIDAD 
La mayoría de los elementos que se encuentran en la naturaleza poseen núcleos 
estables cuya estructura no varía con el tiempo a no ser que artificialmente se les 
someta al bombardeo de otras partículas nucleares. Los elementos naturales, desde el 
Hidrógeno (H) de número atómico Z = 1 hasta el Plomo (Pb) de número atómico Z = 82 
están compuestos por uno o varios isótopos con núcleos estables, a excepción del 
Tecnecio (Tc) y el Prometio (Pm). 
Los elementos naturales con Z superior al del Plomo hasta llegar al Uranio (U) tienen 
núcleos más o menos inestables que tienden, a lo largo del tiempo y con mayor o 
menor rapidez, a modificar su composición mediante la emisión espontánea de 
algunas de las partículas que los constituyen. 
A este fenómeno de transformación nuclear espontánea se le llama radiactividad, y a 
los átomos que así se comportan, radionucleidos. 
El ritmo o rapidez de transformación espontánea es característico de cada 
radionucleido y viene expresado por la llamada constante de desintegración. 
La estabilidad o inestabilidad de los núcleos depende únicamente de la estructura del 
núcleo, siendo independiente de factores externos a éste como pudieran ser la 
temperatura, la presión o el estado químico. Está muy relacionada con la energía de 
enlace por nucleón dela especie nuclear en cuestión; cuanto mayor sea ésta, mayor 
será la estabilidad. 
Los procesos radiactivos tienen por escenario el núcleo atómico. A pesar de las fuerzas 
nucleares que mantienen la cohesión de los núcleos, éstos no son inmutables. Muchos 
núcleos son inestables y alteran su composición espontáneamente mediante la 
emisión de partículas; este proceso implica una desintegración nuclear. Cuando un 
núcleo inestable experimenta un proceso de desintegración radiactiva, se transforma 
en otro núcleo que posee o que conducirá a una configuración más estable. En los 
procesos radiactivos en los que se emiten partículas cargadas (radiactividad alfa y 
radiactividad beta), el núcleo residual pertenece a una especie nuclear distinta de la 
del núcleo original. En los procesos en que tan sólo se emite radiación 
electromagnética (radiactividad gamma) el núcleo residual pertenece a la misma 
especie nuclear que el originario. 
La mayor parte de los radionucleidos encontrados en la corteza terrestre tienen un 
elevado número másico A y pertenecen a alguna de las tres familias radiactivas 
naturales, encabezadas por el Torio-232, el Uranio-238 y el Uranio-235. Existen otros 
radionucleidos en la naturaleza, como el Potasio-40 (40K), debido a su largo periodo de 
desintegración o porque son producidos por interacción de los rayos cósmicos, 
provenientes del espacio exterior con núcleos de la atmósfera terrestre, por ejemplo el 
Tritio (3H) y el Carbono-14 (14C). 
Se pueden deducir las leyes que rigen el decremento de una substancia radiactiva sin 
conocer en detalle los mecanismos de interacción de los nucleones. Las suposiciones 
básicas son: 
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 La probabilidad de desintegración de un núcleo radiactivo por unidad de 
tiempo, λ, es igual para todos los átomos de la misma especie. 
 La probabilidad de desintegración, no depende del tiempo transcurrido, 
dependiendo en cambio del intervalo de tiempo de observación. 
Si en un tiempo t = 0 existe un número N0 de átomos radiactivos, el número de átomos 
que sobreviven transcurrido un tiempo t, resulta ser: 
teNN ·0 · 
Cada radionucleido queda caracterizado por el valor de λ, llamada constante de 
desintegración, cuyas dimensiones son la inversa de las del tiempo (s-1), y que 
representa la probabilidad de que un determinado núcleo se desintegre en la unidad 
de tiempo, subsiguiente a un instante inicial de elección arbitrario. La constante de 
desintegración es independiente de variables externas al núcleo y es invariable a lo 
largo del tiempo 
En lugar de λ, se suele utilizar otra constante relacionada, llamada período de 
semidesintegración T que se define como el intervalo de tiempo requerido para que el 
número inicial de átomos radiactivos de una muestra se reduzca a la mitad, es decir: 
2 
 = T 
ln
 
No hay que confundir el concepto ya definido de período (T), con el de vida media (τ). 
De hecho, en una masa de átomos radiactivos y debido al carácter estadístico de la 
desintegración, unos átomos se desintegran en un tiempo muy corto mientras otros 
viven un intervalo temporal muy grande. La vida media τ se calcula a partir del número 
de átomos desintegrados en el intervalo comprendido entre t y t + dt: 
dt N = dN ·· 
 
resultando: 
1
 = dt e t =dt e N t 
N
1
 = Nd t 
N
1
 = t -
0
t -
0
000
······· ··
0
 
 
7.- RADIACIONES IONIZANTES 
7.1. Radiación alfa 
La desintegración alfa consiste en la emisión espontánea de partículas, constituidas 
por la unión de dos protones y dos neutrones fuertemente ligados, iguales a los 
núcleos de Helio-4 llamadas partículas alfa. En los procesos de desintegración alfa, el 
número atómico Z disminuye en dos unidades, y su número másico se reduce en 
cuatro unidades. El proceso puede simbolizarse en la forma, 
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He+ Y X 
A
Z
A
Z
4
2
4
2 
tal como se representa esquemáticamente en la Figura 6. El núcleo descendiente 
corresponde a un elemento químico distinto, situado dos lugares hacia atrás en la 
Tabla Periódica, respecto al núcleo precursor que se desintegra. 
 
 
Figura 6. Representación gráfica de la desintegración alfa. 
 
La emisión de partículas alfa se debe a la inestabilidad derivada de la repulsión 
eléctrica entre los protones del núcleo cuyo efecto resulta especialmente importante 
en los núcleos pesados, ya que mientras la fuerza eléctrica repulsiva crece con Z·(Z-1), 
la fuerza nuclear que mantiene la estructura de los nucleones crece sólo, en primera 
aproximación, con el número másico, A. 
Al sufrir un radionucleido una desintegración alfa, el núcleo residual queda con Z-2 
protones y Z electrones, formándose así un ión negativo, que tenderá a expulsar dos 
electrones para alcanzar la neutralidad eléctrica. Por otra parte, la partícula alfa 
captará dos electrones para convertirse en un átomo neutro de 4He. Por consiguiente, 
todo ocurre como si los dos electrones sobrantes del núcleo residual fueran captados 
por la partícula alfa, por lo cual, la energía de desintegración vale en este caso, 
cHe)] ( M- 2)- Z , M(A Z) ,[M(A = Q
244 
donde M(A,Z) representa a la masa del átomo precursor, M(A-4,Z-2) la del átomo 
descendiente, y M(4He) la masa de un átomo de 4He. 
La desintegración alfa es un proceso típico de núcleos pesados: en efecto la condición 
Q >0 sólo la cumplen nucleidos con A > 140, siendo imposible para núcleos más 
ligeros. 
Las energías de las partículas alfa emitidas por radionucleidos naturales, se extienden 
Partícula
alfa
Núcleo con dos
protones y dos
neutrones menos
Núcleo
Z
Z - 2
A A - 4 4
 X --> Y + He
Z Z - 2 2
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desde 1.8 MeV para el 144Nd, hasta 8,785 MeV para el 212Po. La velocidad que alcanzan 
estas partículas es elevada, por ejemplo una partícula alfa de 5 MeV se mueve con 
velocidad de unos 15.000 km/s. 
Las energía de las partículas alfa emitidas forman un espectro discreto formado por 
una o varias energías de emisión. La aparición de varias líneas o energías en el espectro 
alfa de algunos radionucleidos (tal como se muestra en la Figura 6 para el 212Bi) se 
debe a que un núcleo sólo puede existir en un cierto número de niveles energéticos. 
En condiciones normales, estará siempre en el fundamental o de energía más baja, sin 
embargo, al producirse una excitación nuclear tras la desintegración alfa, pueden 
alcanzarse durante un cierto tiempo (generalmente muy corto, unos 10-14 - 10-15 s) 
niveles energéticos excitados, siendo de esperar que este exceso de energía por 
encima de la del nivel fundamental, sea liberado mediante un proceso de emisión de 
energía que se verá mas adelante denominado emisión gamma. 
 
7.2. Desintegración Beta 
La desintegración beta, al igual que la alfa, es un proceso seguido por nucleidos 
inestables. Sin embargo, a diferencia de lo que sucede en la desintegración alfa, en la 
beta solamente varía el número atómico, Z, manteniéndose invariable el número 
másico, A, por lo que el núcleo descendiente es un isóbaro del núcleo precursor. 
 
 
Figura 7. Diagrama de desintegración del 212Bismuto. 
 
Desintegración beta negativa 
Este proceso consiste en la emisión espontánea de electrones, llamados en este caso 
partículas beta negativas, que emergen a velocidades muy próximas a la de la luz. 
La energía de emisión de las partículas beta forma un espectro continuo hasta una 
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energía máxima o límite superior que depende del radionucleido estudiado (tal como 
se ilustra en la Figura 8 para el espectro betadel 210Bi). 
 
 
 
Figura 8. Espectro beta del Bi-210. 
La explicación del espectro continuo en la emisión beta, tanto positiva como negativa 
fue dada por Fermi, que se basó en la suposición de que en la desintegración beta se 
emite, además del electrón, una nueva partícula llamada neutrino, carente de carga y 
masa. 
Según la teoría del neutrino, cada proceso de desintegración beta va acompañado de 
la liberación de la energía de desintegración, prácticamente equivalente a la máxima 
del espectro beta, que se distribuye entre la partícula beta, el neutrino, y el núcleo de 
retroceso. Por ello, la energía de desintegración se reparte prácticamente y de forma 
aleatoria entre el electrón y el neutrino, de forma que si la energía de la partícula beta 
tiende a cero, el neutrino se lleva prácticamente toda la energía, mientras que si la 
partícula beta lleva la energía máxima, el neutrino emerge con energía tendiendo a 
cero. El resto del espectro es por tanto la expresión continua de los posibles repartos 
de energía entre ambas partículas, comprendida entre los casos límites citados. 
Según Fermi, dado que se ha probado teórica y experimentalmente la inexistencia de 
electrones en el núcleo, la transformación nuclear que se produce es la conversión de 
un neutrón en un protón, un electrón y un antineutrino o sea simbólicamente 
 + e + p n
-+
 
El neutrino, ( ), y su antipartícula, el antineutrino, )( , son partículas eléctricamente 
neutras, de masa en reposo nula, que se mueven a la velocidad de la luz. Por ello, los 
neutrinos pueden atravesar sin interaccionar grandes espesores de materia. 
Puesto que en la desintegración beta negativa un neutrón se transforma en protón, el 
núcleo descendiente tendrá el mismo número másico que el precursor, pero su 
número atómico será una unidad mayor. En consecuencia el proceso puede 
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4
Energía cinética de las partículas beta, T(MeV)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
N
ú
m
e
ro
 r
e
la
ti
v
o
 d
e
 p
a
rt
íc
u
la
s
 b
e
ta
, 
N
(T
)
Límite 
superior
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representarse por 
 
 + +Y X 
-A
Z
A
Z 1 
 
 
Figura 9. Representación gráfica de una desintegración beta negativa. 
 
El proceso se representa esquemáticamente en la Figura 9. El núcleo precursor se 
convierte en ión positivo con Z + 1 protones en el núcleo y Z electrones en su corteza, 
que tenderá a captar un electrón externo para convertirse en átomo neutro. Todo 
ocurre pues como si el electrón expulsado por el núcleo, quedara ligado a la corteza en 
el átomo descendiente, en consecuencia la energía de desintegración será: 
c1)] + Z , M(A Z) ,[M(A = Q
2
 
donde M(A,Z) representa la masa atómica del radionucleido precursor, y M(A,Z+1) la 
masa del átomo descendiente. 
Son emisores beta negativos típicos aquellos radionucleidos con un número alto de 
neutrones. La emisión beta negativa tiene por consecuencia reducir el valor del 
cociente N/Z con lo que el nucleido descendiente se encuentra más próximo a la zona 
de estabilidad, o la alcanza en la transición. 
Partícula
(Electrón) 
Núcleo con un
neutrón menos
y un protrón mas
(Z + 1)
Antineutrino 
( )
Núcleo
(Z)
-
n p + 0 +
- -
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Desintegración beta positiva 
Esta modalidad de desintegración consiste en la emisión de positrones por ciertos 
radionucleidos. El positrón, la antipartícula del electrón, tiene una masa igual a la del 
electrón pero su carga eléctrica es positiva, aunque con valor absoluto igual al del 
electrón (una unidad elemental de carga). 
No existen positrones libres en el interior de los núcleos atómicos. El proceso 
elemental que tiene lugar en estos casos es la conversión de un protón en un neutrón, 
un positrón, y un neutrino, según el esquema, 
 + e + n p
+
 
En consecuencia, en el proceso de desintegración beta positiva, el núcleo descendiente 
tiene el mismo número másico que el precursor, en cambio el número atómico 
disminuye en una unidad según el esquema global, 
 + + X 
+A
Z
A
Z 1 
por lo cual el núcleo descendiente corresponde al elemento químico que precede en 
un lugar al precursor en la Tabla Periódica. Los radionucleidos emisores beta positivos 
corresponden a núcleos con un alto número de protones. 
En el proceso de desintegración beta positiva, tal como se esquematiza en la Figura 10, 
el nucleido descendiente queda con una carga nuclear Z-1, pero con Z electrones. Se 
forma pues un ión negativo, del que espontáneamente se desprende un electrón 
cortical. De esta forma la energía de desintegración se expresa en la forma, 
c] m2 ) Z , M(A Z) ,[M(A = Q
2
0+ 1 
donde M(A,Z) es la masa del átomo precursor, M(A,Z-1) la del descendiente, y m0 la 
masa en reposo del electrón. 
 
 
Figura 10. Representación gráfica de la desintegración beta positiva. 
Núcleo con un
neutrón mas
y un protón menos
(Z - 1)
Núcleo
(Z)
+
Partícula 
(positrón)
Neutrino
( )
p n + + 0
+
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En los procesos de desintegración beta positiva, los positrones emitidos se combinan 
con electrones del entorno dando lugar al proceso llamado aniquilación de positrones, 
en el que la totalidad de la masa de ambas partículas se convierte en energía, en forma 
de dos fotones de igual energía, 511 keV, que se propagan en la misma dirección pero 
en sentido opuesto. Este tipo de radiación electromagnética, es denominada por su 
origen, radiación de aniquilación. 
Captura electrónica (CE) 
Los electrones de la corteza atómica en el curso de su movimiento, se aproximan en 
ocasiones al núcleo, y según la mecánica ondulatoria, incluso pueden penetrar en su 
interior. La mayor probabilidad de que esto suceda, corresponderá a los electrones de 
órbitas más próximas al núcleo, o sea los electrones K y en menor proporción, a los 
electrones L. 
En las condiciones citadas, y especialmente en átomos ricos en protones, estos 
electrones pueden ser capturados por el núcleo, y entonces tiene lugar el proceso 
 + n e + p
-+
 
donde el electrón capturado se asocia a un protón, formándose un neutrón y un 
neutrino. 
La CE es un proceso competitivo con la desintegración β+, en algunos casos el núcleo 
padre puede transmutarse alternativamente mediante CE o β+. En total paralelismo 
con los de desintegración beta positiva, el núcleo descendiente tendrá el mismo 
número de nucleones que el originario, pero su número atómico disminuye en una 
unidad, por lo que el proceso total puede representarse por 
 + Y e + X 
A
Z
-A
Z 1 
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7.3. Radiación gamma 
La emisión de radiación gamma es un proceso mediante el cual, un núcleo que se 
encuentra en uno de sus niveles excitados pasa a otro de menor energía mediante 
emisión de radiación electromagnética. La energía de los fotones de la radiación 
gamma, se encuentra en los casos más habituales, entre el keV y el MeV, en orden de 
magnitud. 
Al igual que los átomos, los núcleos no pueden existir en cualquier estado energético, 
sino en niveles energéticos definidos. El nivel de energía más bajo recibe el nombre de 
fundamental. Los correspondientes a energías más elevadas, reciben el nombre de 
niveles excitados. 
Un núcleo que se encuentre en un nivel excitado suele simbolizarse añadiendo un 
asterisco a su símbolo: así, el 236U* hace referencia al núcleo 236U en uno de sus niveles 
excitados. En términos generales, los núcleos descendientes originados tras 
desintegraciones radiactivas, o los núcleos residuales en una reacción nuclear, suelen 
quedaren un nivel excitado. 
El espectro energético de un radionucleido emisor gamma es discreto, formado por 
una o varias líneas monoenergéticas, cuyas energías e intensidades son específicas de 
cada radionucleido. Esta propiedad tiene una gran importancia, en especial en el 
campo tecnológico, ya que permite tanto el análisis isotópico cualitativo 
(determinación de los radionucleidos en una mezcla compleja), como el cuantitativo 
(medida de las actividades de los radionucleidos presentes). 
 
7.4. Rayos X 
La emisión gamma (debida a transiciones nucleares entre niveles excitados) no es el 
único proceso que produce radiación electromagnética. Las transiciones de electrones 
entre distintos niveles de energía en la corteza atómica y el frenado de partículas 
cargadas (por ejemplo, electrones) también dan lugar a la emisión de radiación 
electromagnética muy energética denominada rayos X. Esta denominación viene 
ligada al mecanismo de producción, ya que los fotones emitidos no poseen ninguna 
característica que permita discernir su origen. 
Los rayos X originados por transiciones atómicas causadas por una vacante electrónica 
en una capa profunda dan lugar a un espectro de emisión discreto y propio de cada 
especie atómica que constituye el espectro de rayos X característico. Si se produce, 
por ejemplo, una vacante en el nivel de energía K ésta podría ser completada con 
electrones de capas superiores (L, M, N), como se esquematiza en la Figura 11, 
emitiéndose los rayos X de la serie K que se designan usualmente por K , K , etc. Si la 
vacante de la capa K se ha rellenado con un electrón de la capa L, o se ha producido la 
ionización directamente en la capa mencionada, podrá ser ocupada la vacante en la 
capa L por electrones de las capas M, N, etc. y se emitirán entonces rayos X de la serie 
L (L , L , L , etc.). 
 
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Figura 11. Representación de posibles transiciones entre las capas de un átomo. 
 
Según la Electrodinámica Clásica, una partícula cargada experimenta un frenado 
brusco al pasar junto a un núcleo, lo que conduce a la emisión de un fotón a expensas 
de la energía de la partícula incidente. Dicha radiación emitida recibe el nombre de 
radiación de frenado o Bremsstrahlung. Tiene por tanto un espectro continuo que se 
extiende desde una energía nula, hasta una energía máxima igual a la máxima de las 
partículas cargadas. Esta radiación de frenado constituye el espectro de rayos X de 
frenado. 
Este mecanismo de pérdida energética tiene gran importancia en el caso de electrones 
de alta energía, y en este caso la energía de la radiación de frenado se extiende en la 
banda espectral correspondiente a los rayos X. 
Para producir artificialmente rayos X (es decir, radiación electromagnética de alta 
energía) se generan mediante los llamados tubos de rayos X, cuyo principio de 
funcionamiento se muestra en la Figura 12. 
Un tubo de rayos X está constituido por una ampolla de vidrio en la que se ha realizado 
un vacío elevado, y que va provista de dos electrodos: un cátodo formado por un 
filamento metálico y un ánodo o anticátodo formado normalmente por un metal 
pesado como el Wolframio. Al circular una corriente por el filamento del cátodo, éste 
se pone incandescente y por efecto termoiónico emite electrones, los cuales son 
acelerados hacía el anticátodo mediante una diferencia de potencial elevada (entre 50 
kV y 250 kV como valores típicos). 
 
K
L
M
N
O
KKKK
L L L
M M
N
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Figura 12. Mecanismo de producción de rayos X. 
De esta forma, si por ejemplo la tensión de aceleración es de 50 kV, los electrones 
alcanzan al llegar al ánodo una energía de 50 keV, y experimentan colisiones con los 
átomos del metal que forma el anticátodo. En estos choques se producen dos tipos de 
efectos: en primer lugar se arrancan electrones de niveles atómicos profundos, lo que 
conduce a la emisión del espectro de rayos X característicos. En segundo lugar, la 
acción de frenado de los electrones en sus colisiones, da lugar a la emisión del 
espectro de los rayos X de frenado. 
Por esta razón, el espectro de rayos X emitidos resulta de la superposición de un 
espectro continuo correspondiente a la radiación de frenado y un espectro discreto 
formado por la radiación X característica (ver Figura 13). 
La energía de los rayos X depende de la energía cinética alcanzada por los electrones al 
llegar al ánodo. En cambio, la intensidad depende de la corriente catódica, que se 
puede variar regulando la tensión de caldeo del filamento, o el tiempo de disparo. 
 
 
Figura 13. Espectro energético de rayos X. 
 
 
8.- REACCIONES NUCLEARES 
La desintegración espontánea sufrida por radionucleidos naturales, hizo que a 
RAYOS X
ALTA TENSION
CATODO ANODO
(-) (+)
 BAJA
TENSION
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principios del siglo XX se pensara en la posibilidad de convertir nucleidos estables en 
radionucleidos mediante bombardeo nuclear con partículas de alta energía. 
Rutherford en 1919 observó la primera reacción nuclear, al bombardear el nitrógeno 
con partículas alfa, y que daba lugar a la emisión de protones. La reacción citada puede 
representarse mediante una ecuación análoga a las empleadas en las reacciones 
químicas, 
H + O F He + N 11
17
8
18
9
4
2
14
7 
donde los símbolos del primer miembro representan los nucleidos que interactúan. 
Como consecuencia se genera un núcleo intermedio (núcleo compuesto) que por 
formarse en un estado excitado tiende a la emisión de partículas o radiación, 
quedando finalmente un núcleo residual. Una reacción nuclear como la anterior 
también suele escribirse de forma más abreviada como: 
O p) ,( N 1714 
en la que se escribe en primer lugar el símbolo del núcleo inicial o blanco, en un 
paréntesis el símbolo de la partícula incidente o proyectil y el de la partícula residual 
separados por una coma, y finalmente el símbolo del núcleo residual. 
A continuación se describen los distintos tipos de reacciones nucleares. 
8.1 Reacciones de dispersión 
La forma más simple de interacción nuclear, es aquella en que se verifica una colisión 
mecánica entre la partícula proyectil y el blanco, en cuyo caso no se forma el núcleo 
compuesto. La dispersión elástica se caracterizada porque en ella se cumplen los 
principios de conservación de la cantidad de movimiento y energía cinética. Se 
produce una dispersión elástica cuando la energía que el núcleo blanco recibe en la 
colisión no alcanza el primer nivel excitado; el choque se produce entonces como el 
que tiene lugar entre dos bolas perfectamente elásticas. Un ejemplo de colisión 
elástica, es la dispersión de neutrones térmicos por núcleos ligeros, como el carbono. 
Por el contrario, en la colisión inelástica se cumple el principio de conservación de la 
cantidad de movimiento, pero no el de conservación de la energía cinética, ya que una 
parte de ésta se consume en promover al núcleo colisionado a uno de sus niveles 
excitados. Un ejemplo típico es la colisión de neutrones de baja energía con núcleos 
pesados. 
8.2 Captura radiativa 
Una de las vías más utilizadas por el núcleo compuesto para disipar la energía de 
excitación, es la emisión inmediata de radiación gamma, bien en forma de un fotón 
único, o lo que suele ser más frecuente, una cascada de fotones que alcanzan el nivel 
fundamental del núcleo residual. Las reacciones de captura radiativa, del tipo por 
ejemplo, (n, ), (p, ) etc., son siempre exoenergéticas 
8.3 Emisión de partículas 
En estas reacciones, la energía de excitación se disipa mediante emisión de partículas, 
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tales como neutrones, deuterones, partículas alfa, protones, etc. La emisión de 
partículas cargadas es típica en reacciones nucleares con núcleos ligeros, ya que en los 
pesados la barrera culombiana, hace este canal de salida muy improbable. 
8.4 Fotodesintegración 
Las reacciones de fotodesintegración son aquellas en las que el proyectil es un fotón, 
del tipo por ejemplo, ( , n), ( , p). Como el fotón carece de masa en reposo, el proyectil 
sólo aporta energía cinética por lo cual, como hay emisión de partícula, éstas son 
siempre endoérgicas. 
8.5 Fisión 
En estas reacciones, al absorberse el proyectil (usualmente un neutrón) se forma un 
núcleo compuesto muy inestable y altamente excitado, lo que tiene por consecuencia 
su escisión, ordinariamente en dos fragmentos asimétricos, liberándose en el proceso 
un cierto número de neutrones. Las reacciones de fisión son altamente exoérgicas. 
8.6 Fusión 
Las reacciones de fusión tienen lugar cuando varios núcleos ligeros se unen para 
formar otro más pesado, por ejemplo, dos núcleos de deuterio para formar un núcleo 
de helio. Aunque el proceso de fusión es exoérgico, no se produce espontáneamente 
debido a la repulsión coulombiana de los núcleos ligeros que reaccionan, y la manera 
de lograrlo es calentar el gas reaccionante a muchos millones de grados, para que la 
energía media de agitación térmica alcance valores del orden de 1 keV.