Radiactividad

Cuando oímos la palabra radiactividad, tendemos a pensar en incidentes catastróficos como la lluvia radiactiva de Chernóbil. Sin embargo, la misma radiactividad a la que en ocasiones tememos, se utiliza con éxito en medicina, el mundo académico, la industria y la generación de electricidad.

¿Qué es la radiactividad?

Un átomo es estable si las fuerzas que afectan al núcleo están balanceadas. Tú y la mayoría de lo que ves a tu alrededor está formado por átomos estables. Si no fuera así, tus átomos de carbono se desintegrarían en átomos de otro elemento y no existirías. Pero si la mayoría de las cosas están formadas por átomos estables ¿por qué estudiamos a la radiactividad? Para contestar esta pregunta es necesario estudiar por qué se produce la radiactividad.

¿Por qué se produce la radiactividad?

Dentro del núcleo del átomo, algunos protones tienen carga positiva, mientras que los neutrones no tienen carga (son neutros). Los protones deberían repelerse electrostáticamente, pero existe una fuerza nuclear fuerte que mantiene los nucleones (protones y neutrones) en sus posiciones. El papel de los neutrones está en contribuir a esta fuerza, mientras bloquean la repulsión electrostática de los protones. La fuerza fuerte tiene un alcance muy corto y depende de la proporción de protones y neutrones dentro del núcleo.

Un desequilibrio de protones y neutrones, por tanto, afecta a esta fuerza nuclear. Para ser más precisos, si el número de neutrones traspasa ciertos umbrales, el elemento se vuelve inestable porque los átomos tienden a expulsar el exceso de energía para recuperar la estabilidad. A este elemento inestable también se le conoce como elemento radiactivo.

Isótopos radiactivos

El carbono-12 es un elemento estable con seis protones y seis neutrones. Sin embargo, el carbono-14, con ocho neutrones y seis protones, es un isótopo inestable o radiactivo. Los isótopos se forman cuando el número de protones de un átomo es el mismo que el de otro átomo, pero el número de neutrones varía.

Dado que es el número de protones lo que determina el elemento, se suelen llamar isótopos de un elemento al conjunto de isótopos. Con nuestra noción de inestabilidad como desequilibrio de neutrones y protones, podemos definir los isótopos inestables así:

Al igual que el cuerpo se deshace de la materia de desecho, los isótopos emiten partículas con energía para restablecer el equilibrio en su interior. Sin embargo, durante esta emisión de energía los isótopos formarán, generalmente, un nuevo núcleo.

Ejemplos de isótopos radiactivos

Los isótopos radiactivos juegan un papel muy importante en diversas situaciones de nuestra vida. Sus aplicaciones están presentes en la medicina, la geología, la biología y en muchas otras áreas de la ciencia. ¡Veamos algunos ejemplos!

Tipos de radiactividad

Los isótopos inestables emiten tres tipos de partículas o energía, lo que significa que un núcleo inestable de un elemento radiactivo libera tres tipos de radiactividad.

Radiación alfa (α)

Una partícula alfa se compone de un núcleo de helio, el cual contiene dos protones y dos neutrones. Las partículas alfa son algo pesadas y sólo viajan unos pocos centímetros. Esta no es una radiación muy dañina, ya que puede detenerse fácilmente con una hoja de papel o plástico.

Radiación beta (β)

El núcleo de un elemento pesado emite un electrón o un positrón —partícula que tiene la misma masa y características que un electrón y una carga numérica igual, pero positiva—, como resultado de una conversión en la que los neutrones se vuelven protones (o viceversa).

Las partículas beta tienen más energía que la radiación alfa y recorren distancias más largas que las partículas alfa. Las partículas beta pueden ser retenidas por una fina lámina de metal o por ropa de protección.

Radiación gamma (γ)

La radiación gamma es, sin duda, la más peligrosa. Tras la emisión de partículas alfa y beta, si el núcleo está todavía en un estado energético elevado y debe volver a un estado energético más bajo y estable, se liberan rayos gamma —una forma de radiación electromagnética de alta energía— .

Un núcleo puede sufrir estos procesos de forma espontánea. Pero, ¿cuánto tiempo tarda el elemento inestable en alcanzar la estabilidad? La respuesta puede variar en función de los distintos elementos, ya que puede tardar segundos, semanas, meses, años, siglos… La velocidad de desintegración está determinada por la vida media de la sustancia radiactiva.

Una vida media larga puede ser dañina por el peligro que suponen los elementos radiactivos. Por eso, hay que tener cuidado a la hora de almacenar o eliminar los residuos nucleares, porque pueden tener una vida media muy larga. En esos casos, si la radiación se libera en el aire, la tierra o el agua, se pueden producir daños importantes en el medio ambiente.

¿Todos los isótopos decaen a la misma velocidad?

No todos los isótopos decaen a la misma velocidad. La mayoría de los isótopos son estables.

Para los elementos que decaen, la desintegración radiactiva es un proceso muy aleatorio. Por tanto, es difícil predecir qué núcleos se desintegrarán y cuándo lo harán. Sin embargo, si se toma un número muy grande de núcleos, su comportamiento puede revelar un cierto patrón, ya que la tasa de desintegración de un isótopo determinado durante un periodo específico es constante. Esto significa que durante ese periodo, un número predecible de núcleos se desintegrarán.

La tasa de desintegración se mide mediante la constante de desintegración (λ), que estima de forma aproximada el número de núcleos que se desintegran por unidad de tiempo. Un valor mayor de λ indica una tasa de desintegración más rápida. Por ejemplo, cuando la constante de desintegración es dos veces mayor, la tasa de desintegración por segundo es dos veces mayor.

Mira la siguiente fórmula:

$Actividad=\lambda ·Númerodenúcleos$

¿La radiación es perjudicial?

Las radiaciones ionizantes y nucleares han sido catalogadas como perjudiciales para todos los seres vivos. Dependiendo de la dosis y energía, algunas pueden ser incluso mortales. Sin embargo, los niveles bajos de radiación no son peligrosos. Ejemplos de ello son la radiación que emite tu teléfono cuando recibes una llamada, la luz que rebota en tu piel y la radiación que calienta tu comida en un microondas.

Esto se explica por qué la mayoría de la radiación a la que nos vemos expuestos cada día es radiación natural, cuya baja intensidad no causa daños. En general, solo los procesos de desintegración pueden generar niveles de energía perjudiciales, algunos de los cuales usamos los humanos como herramientas.

Mientras que la exposición ilimitada a muestras de material radiactivo en cantidades letales puede causar mutaciones genéticas y cáncer, este material también puede tener un buen uso. Se pueden utilizar cantidades controladas del mismo material para curar el cáncer, esterilizar material quirúrgico o monitorear partes del cuerpo humano.

Problemas de los residuos radiactivos

Estos residuos requieren protección, ya que pueden contaminar gravemente al ambiente, a las personas, objetos, o a los animales que se encuentren en contacto con el material. Un exceso de radiación ionizante provoca cambios estructurales en las células que tienen como consecuencia un daño permanente e irreparable.

Para evitar estos problemas se requiere aislar estos residuos empleando barreras que reduzcan la cantidad de exposición al material.