La radiactividad es el proceso mediante el cual los núcleos atómicos inestables liberan partículas subatómicas energéticas o radiación electromagnética (EMR). Este fenómeno puede hacer que un elemento se convierta en otro y es en parte responsable del calor del núcleo de la Tierra. La radiactividad tiene una amplia gama de usos, incluida la energía nuclear, en medicina y en la datación de muestras orgánicas y geológicas. También es potencialmente peligroso, ya que las partículas de alta energía y la radiación pueden dañar y matar células y alterar el ADN, causando cáncer.
Desintegración radioactiva
Se dice que los núcleos atómicos inestables se desintegran, lo que significa que pierden algo de su masa o energía para alcanzar un estado más estable y de menor energía. Este proceso se ve con mayor frecuencia en los elementos más pesados, como el uranio. Ninguno de los elementos más pesados que el plomo tiene isótopos estables, pero los elementos más ligeros también pueden existir en formas inestables y radiactivas, como el carbono 14. Se cree que el calor de la desintegración de los elementos radiactivos mantiene la altísima temperatura del núcleo de la Tierra, manteniéndolo en estado líquido, que es esencial para el mantenimiento del campo magnético que protege al planeta de la radiación dañina.
La desintegración radiactiva es un proceso aleatorio, lo que significa que es físicamente imposible predecir si un núcleo atómico determinado se desintegrará y emitirá radiación en un momento dado. En cambio, se cuantifica por la vida media, que es el período de tiempo que tarda la mitad de una muestra determinada de núcleos en descomponerse. La vida media se aplica a una muestra de cualquier tamaño, desde una cantidad microscópica hasta todos los átomos de ese tipo en el universo. Los diferentes isótopos radiactivos varían ampliamente en sus vidas medias, que van desde unos pocos segundos, en el caso del astato-218, a miles de millones de años para el uranio-238.
Tipos de caries
Para ser estable, un núcleo no puede ser demasiado pesado y necesita tener el equilibrio adecuado de protones y neutrones. Un núcleo pesado, uno que tiene una gran cantidad de protones y neutrones, tarde o temprano perderá algo de peso o masa al emitir una partícula alfa, que consta de dos protones y dos neutrones unidos. Estas partículas tienen una carga eléctrica positiva y, en comparación con otras partículas que pueden emitirse, son pesadas y de movimiento lento. La desintegración alfa en un elemento hace que se convierta en un elemento más ligero.
La desintegración beta ocurre cuando un núcleo tiene demasiados neutrones para su cantidad de protones. En este proceso, un neutrón, que es eléctricamente neutro, se transforma espontáneamente en un protón cargado positivamente al emitir un electrón cargado negativamente. Estos electrones de alta energía se conocen como rayos beta o partículas beta. Dado que esto aumenta el número de protones en el núcleo, significa que el átomo cambia a un elemento diferente con más protones.
El proceso inverso puede ocurrir cuando hay demasiados protones, en comparación con los neutrones. En otras palabras, un protón se convierte en neutrón al emitir un positrón, que es la antipartícula cargada positivamente del electrón. Esto a veces se denomina desintegración beta positiva y hace que el átomo se convierta en un elemento con menos protones. Ambos tipos de desintegración beta producen partículas cargadas eléctricamente que son muy ligeras y rápidas.
Aunque estas transformaciones liberan energía en forma de masa, también pueden dejar el núcleo restante en un estado «excitado», donde tiene más de la cantidad mínima de energía. Por lo tanto, perderá esta energía adicional al emitir un rayo gamma, una forma de radiación electromagnética de muy alta frecuencia. Los rayos gamma no tienen peso y viajan a la velocidad de la luz.
Algunos núcleos pesados pueden, en lugar de emitir partículas alfa, separarse, liberando mucha energía, un proceso conocido como fisión nuclear. Puede ocurrir espontáneamente en algunos isótopos de elementos pesados, como el uranio-235. El proceso también libera neutrones. Además de ocurrir espontáneamente, la fisión puede ser provocada por un núcleo pesado que absorbe un neutrón. Si se junta suficiente material fisionable, puede tener lugar una reacción en cadena donde los neutrones producidos por la fisión hacen que otros núcleos se dividan, liberando más neutrones, etc.
Utiliza materiales de
Los usos más conocidos de la radiactividad se encuentran quizás en las centrales nucleares y en las armas nucleares. Las primeras armas atómicas hicieron uso de una reacción en cadena descontrolada para liberar una gran cantidad de energía en forma de calor intenso, luz y radiación ionizante. Aunque las armas nucleares modernas utilizan principalmente la fusión para liberar energía, esta todavía se inicia por una reacción de fisión. Las centrales nucleares utilizan una fisión cuidadosamente controlada para producir el calor que impulsa las turbinas de vapor que generan electricidad.
En medicina, la radiactividad se puede utilizar de forma selectiva para destruir los crecimientos cancerosos. Dado que se detecta fácilmente, también se utiliza para rastrear el progreso y la absorción de fármacos por los órganos, o para comprobar que funcionan correctamente. Los isótopos radiactivos se utilizan a menudo para fechar muestras de material. Las sustancias orgánicas se pueden fechar midiendo la cantidad de carbono 14 que contienen, mientras que la edad de una muestra de roca se puede determinar comparando las cantidades de varios isótopos radiactivos presentes. Esta técnica ha permitido a los científicos medir la edad de la Tierra.
Efectos en la salud
En un contexto de salud, todas las emisiones de núcleos atómicos en descomposición, ya sean partículas o EMR, tienden a describirse como radiación y todas son potencialmente peligrosas. Estas emisiones son ionizantes en sí mismas o interactúan con la materia en el cuerpo de una manera que produce radiación ionizante. Esto significa que pueden eliminar electrones de los átomos, convirtiéndolos en iones con carga positiva. Luego, estos pueden reaccionar con otros átomos en una molécula, o en moléculas vecinas, provocando cambios químicos que pueden matar células o causar cáncer, especialmente si la radiación ha interactuado con el ADN.
El tipo de radiación que es más peligrosa para los seres humanos depende de las circunstancias en las que se encuentre. Las partículas alfa solo pueden viajar una corta distancia a través del aire y no pueden penetrar a través de la capa externa de la piel. Sin embargo, si entran en contacto con tejido vivo, son la forma más peligrosa de radiación. Esto puede suceder si se ingiere o inhala algo que emite radiación alfa.
La radiación beta puede penetrar la piel, pero es detenida por una fina capa de metal, como papel de aluminio. Los neutrones y la radiación gamma son mucho más penetrantes y se requiere un blindaje grueso para proteger la salud. Dado que la mayoría de la radiación gamma atraviesa el cuerpo, por lo general es menos probable que cause enfermedades en niveles bajos, pero sigue siendo un peligro muy grave. Si los materiales, incluido el tejido vivo, absorben neutrones, ellos mismos pueden volverse radiactivos.
La exposición a radiaciones nocivas se mide generalmente en términos de la cantidad de energía absorbida por el material expuesto, una medida que se puede aplicar a todas las formas de radiación y a todos los materiales, aunque se utiliza más comúnmente en el contexto de la salud humana. La unidad SI para la exposición es el gris, siendo un gris equivalente a un julio de energía absorbida por kilogramo de materia. En los EE. UU., Sin embargo, a menudo se usa otra unidad, el rad, que equivale a 0.01 grises.
Dado que los diferentes tipos de radiactividad se comportan de diferentes maneras, se utiliza otra medida, el sievert, para dar una mejor idea de los posibles efectos sobre la salud de una dosis determinada. Se calcula multiplicando la dosis en grises por un factor de calidad específico para el tipo particular de radiación. Por ejemplo, el factor de calidad de la radiación gamma es 1, pero el valor de las partículas alfa es 20. Por lo tanto, la exposición del tejido vivo a 0.1 grises de partículas alfa daría como resultado una dosis de 2.0 sieverts y se esperaría que tuviera veinte veces el efecto biológico como un gris de radiación gamma. Una dosis de cuatro a cinco sievert, recibida durante un período corto de tiempo, conlleva un riesgo de muerte del 50% en 30 días.