Radiación Alfa Beta y Gamma

Las radiaciones alfa y beta son tipos de radiación de partículas, mientras que la radiación gamma es un tipo de radiación electromagnética. Las radiaciones de partículas alfa y beta se producen por la desintegración de algunas partículas de un átomo, mientras que la radiación gamma se produce por la emisión de energía electromagnética. Las radiaciones alfa y beta están formadas por protones/neutrones y electrones, respectivamente. En el caso de la radiación gamma, los componentes básicos emitidos son fotones.

Fig. 1: esquema de la capacidad de penetración de los distintos tipos de radiación. En primer lugar, una partícula alfa siendo detenida por una hoja de papel; después, una partícula beta, por una lamina de metal. Las partículas alfa necesitan un blindaje más grueso.

¿Qué es la radiación alfa?

Las partículas alfa están formadas por dos protones y dos neutrones y tienen un alcance de hasta unos pocos centímetros en el aire. El proceso en el que se producen las partículas alfa se denomina desintegración alfa.

Estas partículas pueden ser absorbidas por las láminas metálicas o papel higiénico; pero, a pesar de ello, son altamente ionizantes —es decir, tienen energía suficiente para interactuar con los electrones y desprenderlos de los átomos—. Entre los tres tipos de radiación, la radiación alfa no solo es la menos penetrante (con el menor alcance), sino que también es la forma de radiación más ionizante.

Fig. 2: partícula alfa.

Desintegración alfa

Durante la desintegración alfa, el número de nucleones —que se denota por la letra A (suma del número de protones y neutrones, también llamado número de masa)— disminuye en cuatro. Asimismo, el número de protones — que se denota por la letra Z (también conocido como número atómico)— disminuye en dos.

Esta es la forma general de una ecuación de desintegración alfa. También, muestra cómo se representan las partículas alfa en la notación atómica:

${}_Z{}^{A}X\to {}_{Z-2}{}^{A-4}Y+{}_2{}^4\alpha$

¿Cuáles son algunas aplicaciones de la radiación alfa?

¿Qué es la radiación beta?

Las partículas beta son relativamente ionizantes, en comparación con los fotones gamma, pero no tan ionizantes como las partículas alfa. Las partículas beta también son moderadamente penetrantes y pueden atravesar el papel y las láminas metálicas muy finas. Sin embargo, las partículas beta no pueden atravesar unos pocos milímetros de aluminio.

En la desintegración beta se puede producir un electrón o un positrón (partícula idéntica al electrón, excepto por una carga positiva). La partícula emitida permite clasificar la radiación en dos tipos: desintegración beta negativa y desintegración beta positiva.

A continuación, puedes encontrar las ecuaciones para la desintegración de un neutrón mediante una desintegración beta negativa:

$n^0\to p^{+}+e^{-}+\overline{\nu }$

${}_Z{}^{A}X\to {}_{Z+1}{}^{A}Y+e^{-}+\overline{\nu }$

Aquí no es un neutrón, p⁺ es un protón, e^- es un electrón y 𝜈 (con barra) es un antineutrino. El cambio en los números atómicos y de masa del elemento X al elemento Y señala el hecho de que tendremos un elemento diferente después del proceso de desintegración, porque el número atómico (de protones) ha aumentado.

A continuación, puedes encontrar las ecuaciones para la desintegración de un protón, mediante una desintegración beta positiva:

$p^{+}\to n^0+e^{+}+\nu$

${}_Z{}^{A}X\to {}_{Z-1}{}^{A}Y+e^{+}+\nu$

Aquí, $nº$es un neutrón, p⁺ es un protón, e⁺ es un positrón y ν es un antineutrino.

El cambio en los números atómicos y de masa del elemento X se explica por esta desintegración y la letra Y señala el hecho de que ahora tenemos un elemento diferente, porque el número atómico ha disminuido.

En profundidad:

Fig. 3: Desintegración beta menos. Muestra un electrón (e) siendo expulsado por un átomo, después que un neutrón se convierte en un protón. También muestra un electrón y un neutrino, en la parte inferior derecha.

¿Cuáles son algunas aplicaciones de la radiación beta?

Al igual que las partículas alfa, las partículas beta tienen muchas aplicaciones. Su moderado poder de penetración y sus propiedades de ionización confieren a las partículas beta un conjunto único de aplicaciones que son algo similares a las de los rayos gamma.

Como la radiación gamma está formada por fotones sin carga, es poco ionizante. También significa que los haces de radiación gamma no son desviados por los campos magnéticos. Sin embargo, su penetración es mucho mayor que la de las radiaciones alfa y beta. Para bloquear los rayos gamma se necesita hormigón grueso o algunos centímetros de plomo.

A pesar de que la radiación gamma no contiene ninguna partícula masiva, su emisión está sujeta a ciertas leyes de conservación. Estas leyes implican que, aunque no se emitan partículas con masa, la composición del átomo cambiarán tras la emisión de los fotones que componen la radiación gamma.

Fig. 4: Radiación gamma.

¿Cuáles son algunas aplicaciones de la radiación gamma?

Dado que la radiación gamma tiene el mayor poder de penetración y el menor poder de ionización, tiene aplicaciones únicas. A continuación se enumeran algunas de ellas.

Descubrimiento de la radiactividad

La científica polaca Marie Skłodowska, también conocida como Marie Curie, estudió la radiactividad (emisión de radiación nuclear); poco después de que otro famoso científico llamado Henri Becquerel descubriera los rayos X y la radiactividad espontánea. Curie descubrió que el uranio y el torio eran radiactivos, mediante el uso de un electrómetro que reveló que el aire alrededor de las muestras radiactivas se había cargado y era conductor.

Marie Curie también acuñó el término "radiactividad", tras descubrir el polonio y el radio. Sus aportaciones en física y química la llevaron a ganar dos premios Nobel, en 1903 y 1911. Otros investigadores importantes en el campo de la radiación nuclear fueron Ernest Rutherford y Paul Villard.

La investigación de Ernest Rutherford sobre los tipos de radiación alfa, beta y gamma lo llevó a predecir que las partículas alfa son núcleos de helio, debido a su carga específica. También fue responsable de la denominación y el descubrimiento de las radiaciones alfa y beta, mientras que Paul Villard descubrió la radiación gamma.

Fuentes naturales de radiación

Las radiaciones se producen normalmente todos los días y hay muchas fuentes naturales de radiación. Algunas de estas fuentes se enumeran a continuación.

• La luz del sol.

• Rayos cósmicos: provienen del exterior del sistema solar e impactan en la atmósfera terrestre. La mayoría son detenidas en el camino a la superficie, pero parte de la radiación alcanza a llegar a la superficie terrestre.

• Rocas o suelo: Podemos encontrar otras fuentes naturales de radiación en estas superficies.

Instrumentos para medir y detectar la radiación

Existen diversas formas de investigar, medir y observar las propiedades de la radiación. Algunos dispositivos útiles para ello son los tubos Geiger y las cámaras de niebla.

Efectos de la radiación

La radiación puede romper los enlaces químicos, lo que puede provocar la destrucción del ADN. Las fuentes y los materiales radiactivos han proporcionado muchos usos, pero pueden ser muy perjudiciales si se manipulan incorrectamente. Sin embargo, hay tipos de radiación menos intensos y menos peligrosos a los que estamos expuestos cada día y que no causan ningún daño a corto plazo.

Las radiaciones de partículas pueden dañar el ADN y romper sus enlaces químicos, lo que a su vez lleva a dañar las células y alterar su funcionamiento. Esto afecta a la forma y las características de las células que se replican. Los defectos en el ADN y su replicación puede inducir el crecimiento de tumores. Por otro lado, la radiación gamma puede producir quemaduras.