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Radiación Alfa Beta y Gamma

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.

Capacidad de Penetración. Radiación alfa y beta. StudySmarter.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?

La radiación alfa se compone de núcleos de helio que han sido expulsados del núcleo de átomos pesados inestables, debido a interacciones electromagnéticas y fuertes.

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.

Radiación alfa y beta Partícula alfa StudySmarterFig. 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:

¿Cuáles son algunas aplicaciones de la radiación alfa?

Las fuentes que emiten partículas alfa tienen una gran variedad de usos, hoy en día, debido a las propiedades únicas de estas partículas. A continuación, algunos ejemplos de sus posibles aplicaciones:

Las partículas alfa se utilizan en los detectores de humo. La emisión de partículas alfa genera una corriente permanente que es medida por el dispositivo. El dispositivo deja de medir la corriente cuando las partículas de humo bloquean el flujo de corriente (de partículas alfa), lo que hace saltar la alarma.

Las partículas alfa también pueden utilizarse en termoelectricidad radio isotópica. Se trata de sistemas que utilizan fuentes radiactivas de larga vida media para producir energía eléctrica. La desintegración crea energía térmica y calienta un material que produce corriente cuando su temperatura aumenta.

Hoy en día, algunos científicos están experimentando con partículas alfa para comprobar si las fuentes de radiación alfa pueden introducirse en el cuerpo humano y dirigirse hacia los tumores para inhibir su crecimiento.

¿Qué es la radiación beta?

La radiación beta está formada por partículas beta, que son electrones o positrones que se expulsan del núcleo durante las desintegraciones 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.

Cuando se emite un electrón, el proceso se denomina desintegración beta negativa. Se produce por la desintegración de un neutrón en un protón (que permanece en el núcleo), un electrón y un antineutrino. Como resultado, el número de protones aumenta en uno y el número de nucleones no cambia.

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

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.

Cuando se emite un positrón, el proceso se denomina desintegración beta más. Esta se produce por la desintegración de un protón en un neutrón (que permanece en el núcleo), un positrón y un neutrino. Como resultado, el número de protones disminuye en uno y el número de nucleones no cambia.

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

Aquí, 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:

Aunque el estudio de los neutrinos y antineutrinos está fuera del alcance de este artículo, mencionaremos que estos procesos que estamos estudiando están sujetos a ciertas leyes de conservación que conducen al descubrimiento de estas partículas.

Por ejemplo, en el caso de la desintegración beta-menos, pasamos de un neutrón (carga eléctrica cero) a un protón (carga eléctrica +1) y a un electrón (carga eléctrica -1). La suma de estas cargas lleva de nuevo a cero, que era la carga con la que empezamos. Esto es una consecuencia de la ley de conservación de la carga. Los neutrinos y antineutrinos cumplen un papel similar con otras cantidades físicas.

La razón por la que nos centramos en los electrones y no en los neutrinos es que los electrones son mucho más pesados que los neutrinos y su emisión tiene efectos importantes y propiedades especiales.

Desintegración beta-menos Radiación alfa y beta StudySmarterFig. 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.

Las partículas beta positivas (positrones) se utilizan en las tomografías. Las máquinas de tomografía por emisión de positrones emplean rastreadores radiactivos introducidos en los pacientes para obtener imágenes del flujo sanguíneo y otros procesos metabólicos. Los médicos usan distintos tipos de rastreadores para observar diferentes procesos biológicos.

Los rastreadores beta también se emplean para investigar la cantidad de fertilizante que llega a diferentes partes de las plantas. Esto se logra al inyectar una pequeña cantidad de fósforo radio isotópico en la solución de fertilizante.

Las partículas beta se emplean para controlar el grosor de las láminas metálicas y del papel en industria e investigación. El número de partículas beta que llegan a un detector situado al otro lado depende del grosor de la lámina producida (cuanto más gruesa es la lámina, menos partículas llegan al detector).

¿Qué es la radiación gamma?

La radiación gamma es una forma de radiación electromagnética de alta energía (alta frecuencia/longitud de onda corta).

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.

Radación alfa y beta Radiación gamma StudySmarterFig. 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.

Los rayos gamma se utilizan para detectar fugas en tuberías. Al igual que las tomografías (en las que también se pueden usar fuentes emisoras de rayos gamma), los rastreadores radio isotópicos (isótopos radiactivos) se utilizan para cartografiar las fugas y las zonas dañadas de las tuberías, al detectar la radiación.

Los microorganismos, al igual que otros seres vivos, son susceptibles a la radiación, por esto se usa como proceso de esterilización. Esto sirve como medio eficaz para limpiar los equipos médicos.

Como forma de radiación electromagnética, los rayos gamma pueden concentrarse en haces capaces de aniquilar las células cancerosas. Este procedimiento se conoce como radiocirugía.

La radiación gamma también es útil para cambiar el aspecto visual de las piedras preciosas, para la observación astrofísica (que permite observar fuentes y zonas del espacio con respecto a la intensidad de la radiación gamma) y para el control de espesor en piezas y láminas (de manera similar a la radiación beta).

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.

Fig. 5: Maria Skłodowska-Curie

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.

Consulta nuestra explicación sobre la Dispersión de Rutherford.

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.

Los tubos Geiger pueden utilizarse para determinar la penetración de los tipos de radiación y la absorción de los materiales no radiactivos. Esto se puede hacer colocando varios materiales de distinta anchura entre una fuente radiactiva y un contador Geiger. Los tubos Geiger-Müller son los detectores utilizados en un contador Geiger, el dispositivo habitual utilizado en zonas radiactivas y centrales nucleares para determinar la intensidad de la radiación.

Las cámaras de niebla son dispositivos llenos de aire frío sobresaturado que pueden rastrear las trayectorias de las partículas alfa y beta de una fuente radiactiva. Las huellas son el resultado de la interacción de la radiación ionizante con el material de la cámara de nubes, que deja un rastro de ionización. Las partículas beta dejan tras de sí remolinos de estelas desordenadas y las partículas alfa dejan estelas relativamente lineales y ordenadas.

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.

Radiación alfa y beta - Puntos clave

  • Las radiaciones alfa y beta son formas de radiación constituidas por partículas.
  • La radiación gamma está constituida por fotones. Es una forma de radiación electromagnética.
  • Las radiaciones alfa, beta y gamma tienen diferente capacidad de penetración y ionización.
  • La radiación nuclear tiene diferentes aplicaciones. Estas van desde las aplicaciones médicas hasta los procesos de fabricación industriales.
  • Marie Skłodowska (también conocida como Marie Curie), científica polaca y doblemente galardonada con el premio Nobel, estudió la radiación tras el descubrimiento de la radiación espontánea por parte de Becquerel. Otros científicos contribuyeron a los descubrimientos en este campo.
  • Las radiaciones nucleares pueden ser peligrosas según su tipo e intensidad. Sus efectos van desde daños al ADN y quemaduras, hasta inducir el crecimiento de tumores.

References

  1. Fig. 1: Alpha and beta particles (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Alfa_beta_gamma_neutron_radiation_M1.svg) by Tosaka, Licensed by CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en)
  2. Fig. 2: Alpha decay (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Alpha_Decay.svg) by Inductiveload (https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Inductiveload) Public Domain (https://creativecommons.org/share-your-work/public-domain/cc0/)
  3. Fig. 3: A diagram showing beta-minus decay (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Beta-minus_Decay.svg) by Inductiveload (https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Inductiveload) Public Domain (https://creativecommons.org/share-your-work/public-domain/cc0/)
  4. Fig. 4: A diagram showing a nucleus decaying by emission of a gamma ray (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gamma_Decay.svg) by Inductiveload (https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Inductiveload) Public Domain (https://creativecommons.org/share-your-work/public-domain/cc0/)
  5. Fig. 5: Maria Skłodowska-Curie (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Maria_Sk%C5%82odowska-Curie_1903.jpg) Unknown author, Public Domain (https://creativecommons.org/share-your-work/public-domain/cc0/)

Preguntas frecuentes sobre Radiación Alfa Beta y Gamma

La radiación alfa es la emisión de núcleos de helio por parte de muestras radiactivas. La radiación beta es la emisión de electrones y positrones por parte de muestras radiactivas. La radiación gamma es la emisión de fotones energéticos por parte de muestras radiactivas.

La radiación alfa es la menos penetrante, pero la más ionizante. La radiación beta tiene una penetración y capacidad de ionización medias y la radiación gamma es poco ionizante, pero altamente penetrante. Al ser la más penetrante, es la más peligrosa, ya que la exposición elevada puede causar destrucción de estructuras celulares, del ADN, etc.

La radiación beta se produce como consecuencia de algunos procesos de desintegración nuclear en los que neutrones se convierten en protones (o viceversa) y se ha de emitir una partícula cargada para compensar la diferencia de carga

La radiación alfa es un tipo de radiación nuclear formada por núcleos de helio (dos protones y dos neutrones). Es un tipo de radiación altamente ionizante pero poco penetrante y se puede frenar con papel no muy grueso, por ejemplo.

Los rayos alfa se utilizan, por ejemplo, en los detectores de humo. El humo es un medio que evita, en cierta medida, la propagación de la radiación alfa, ya que es una radiación poco penetrante. Al tener el detector una forma de comparar la transmisión de la radiación alfa en circunstancias normales con la transmisión en presencia de humo, se puede detectar la presencia del mismo y activar una alarma.

Cuestionario final de Radiación Alfa Beta y Gamma

Pregunta

¿Cuáles son los constituyentes básicos de la radiación alfa?

Mostrar respuesta

Answer

Dos neutrones y dos protones.

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Pregunta

¿Cuáles son los constituyentes básicos de la radiación beta?

Mostrar respuesta

Answer

Un electrón o un positrón.

Show question

Pregunta

¿Cuáles son los dos tipos de desintegración beta?

Mostrar respuesta

Answer

Desintegración beta más y beta menos.

Show question

Pregunta

¿Quién descibrió los rayos X?

Mostrar respuesta

Answer

Henri Becquerel.

Show question

Pregunta

¿Qué descubrió Paul Villard?

Mostrar respuesta

Answer

La radiación gamma.

Show question

Pregunta

¿Cuál es el efecto de radiación ionizante en las células?

Mostrar respuesta

Answer

Rompe enlaces químicos y afecta a estructuras como el ADN.

Show question

Pregunta

¿Cuáles son los constituyentes básicos de la radiación gamma?

Mostrar respuesta

Answer

Fotones de alta energía.

Show question

Pregunta

¿Cuál de las siguientes opciones es correcta?:

Mostrar respuesta

Answer

Las radiaciones alfa y beta son radiaciones de partícula y la radiación gamma es radiación ondulatoria.

Show question

Pregunta

Elige la respuesta correcta:

Mostrar respuesta

Answer

Hay leyes de conservación asociadas a los procesos de desintegración.

Show question

Pregunta

Elige la respuesta correcta:

Mostrar respuesta

Answer

Cuanto menos ionizante es un tipo de radiación, mayor es su capacidad de penetración.

Show question

Pregunta

Elige la respuesta correcta:

Mostrar respuesta

Answer

Nos encontramos en constante exposición a radiación no dañina.

Show question

Pregunta

¿Cómo se llaman los detectores de radiactividad usados en centrales nucleares?

Mostrar respuesta

Answer

Detectores Geiger.

Show question

Pregunta

¿Se usa la radiactividad para intentar erradicar tumores?

Mostrar respuesta

Answer

Sí.

Show question

Pregunta

¿Qué daños puede causar la radiación gamma?

Mostrar respuesta

Answer

Quemaduras, debido a la alta energía de los fotones.

Show question

Pregunta

¿Quién fue el principal descubridor de la radiactividad?

Mostrar respuesta

Answer

Marie Curie.

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