¿Qué tienen en común una máquina de chicles y un material radiactivo? La respuesta es estadística. Aunque las matemáticas que se ocupan de estos dos procesos pueden ser diferentes, la idea general es la misma. Si una máquina de chicles dispensará un chicle específico y si un átomo específico en un material radiactivo sufrirá espontáneamente una desintegración radiactiva, son preguntas que están determinadas por la probabilidad.
Símbolo de seguridad del laboratorio del área de radiación.
Cálculos de desintegración radiactiva
Cuando nos ocupamos de la desintegración nuclear matemáticamente, lo que más nos interesa es observar el número de átomos de un determinado material que se desintegrarán durante un período de tiempo determinado. Estos cálculos no revelarán qué átomos específicos de un material se desintegrarán espontáneamente, sino cuántos se desintegrarán. Volviendo a la analogía de la máquina de chicles, esto sería como calcular cuántos chicles quedan en una máquina de chicles después de una cierta cantidad de tiempo, en lugar de prestar atención a si se dispensará un chicle en particular. Las ecuaciones que se muestran a continuación se utilizan para obtener dicha información. Una cosa clave para recordar es que la unidad de tiempo y la unidad de vida media deben ser la misma (ambas son segundos, ambas en minutos, ambas en horas, etc.).
Predecir el tipo de desintegración radiactiva
Ilustración de un átomo que representa la ubicación de partículas subatómicas.
Es posible determinar qué tipo de desintegración sufrirá un material radiactivo en particular observando algunas tendencias generales. Para la desintegración beta (β) , esta información se aclara al observar la proporción de neutrones (N) a protones (Z) en un isótopo. Para elementos con un número atómico menor que 20, una relación N / Z de 1 indica que un isótopo es estable. Los isótopos con una relación N / Z superior a 1, que corresponde a un número excesivo de neutrones, sufrirán desintegración beta. Para elementos con un número atómico mayor, los núcleos estables ocurren en proporciones N / Z por encima de 1 y hasta 1,5. La desintegración alfa (α) es algo más fácil de predecir. Los elementos pesados, que son elementos con números atómicos superiores a 83, son inestables y es más probable que experimenten desintegración alfa.La desintegración gamma (γ) es un poco diferente, ya que no hace que un isótopo cambie su número atómico o su masa. La desintegración gamma es solo un método para liberar el exceso de energía. La desintegración gamma ocurre cuando un núcleo está en un estado excitado (esto se correlaciona con las ubicaciones de los protones y neutrones en el núcleo) y necesita liberar energía para estabilizarse. Puede ocurrir junto con otro tipo de descomposición o como un proceso independiente que ocurre después de que ha ocurrido otro tipo de descomposición.
Este gráfico muestra el tipo de desintegración que sufrirán determinados isótopos. Beta menos corresponde a la desintegración beta regular. La línea del gráfico corresponde a una pendiente (relación N / Z) de 1.
Resumen de la lección
Hay muchas predicciones que se pueden hacer sobre la desintegración radiactiva. Esto incluye determinar la cantidad de material radiactivo que se desintegrará con el tiempo y qué tipo de desintegración sufrirán los isótopos particulares. Las predicciones cuantitativas se determinan matemáticamente y las predicciones del tipo de desintegración se determinan observando las características de un isótopo. La desintegración espontánea de un átomo específico es un proceso estadístico. En general, es más común preformar cálculos relacionados con la desintegración de un material radiactivo en su conjunto. Las ecuaciones enumeradas anteriormente se utilizan para calcular cuántos átomos en un material radiactivo se desintegrarán durante un período de tiempo particular. En términos de tipos de desintegración, la desintegración beta se predice al observar la relación neutrón / protón de un isótopo.
