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DESINTEGRACION RADIACTIVA Higiene Industrial III

5 DE JUNIO DE 2017 Elizabeth Moreno Iván Cerda Jaime Osorio Daniel Gajardo

Indice

Indice ..................................................................................................................................... 2 Introducción .......................................................................................................................... 3 Objetivos ................................................................................................................................ 4 Marco Teórico ....................................................................................................................... 6 Desarrollo .............................................................................................................................. 8 Discusiones y comentarios ................................................................................................. 10 Usos y beneficios ................................................................................................................. 10 Medidas preventivas ........................................................................................................... 11 Conclusión ........................................................................................................................... 12

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Introducción En el presente trabajo daremos a conocer que es la “desintegración radiactiva”, llamada también “radiaciones”. En que consta este fenómeno de la naturaleza: causas, características, tipos de desintegración, comportamiento, resultados y consecuencias que resultan de esta. Definir conceptos relacionados, para así identificar los procesos que suceden en ella.

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Objetivos Objetivo general El objetivo principal de la desintegración radiactiva es buscar una configuración estable del núcleo del átomo, mediante la liberación o emisión de ciertas tipos de partículas, la cual se produce un indeterminado número de veces.

Objetivos específicos Cada una de estos tipos de emisión se clasifica según su tipo, origen, grado de ionización y penetración:

- Desintegración alfa (α): Desintegración de tipo corpuscular. Generalmente se compone de 2 protones y dos neutrones, conocido también como un “Núcleo de Helio”. Esta se origina debido a que en el núcleo del átomo, la cantidad de neutrones y protones es desigual, por lo que debe deshacerse de una cierta cantidad de protones y neutrones para lograr la estabilidad (igualar la cantidad de protones y neutrones en el núcleo). Su carga eléctrica es positiva, ya que no contiene electrones. Aunque su poder de ionización es alto, su poder de penetración es bajo, ya que no puede atravesar una hoja de papel. Hace disminuir el número másico en 4 unidades y el número atómico en 2 unidades, al elemento del cual se desprende. Es representada como: 𝐴 𝑍𝑋

→

𝐴−4 𝑍−2𝑌

+ 𝐻𝑒 2

- Desintegración beta (β): Son flujos de electrones o “positrones”, resultantes de la desintegración de estas mismas partículas desde el núcleo. Se produce cuando, para lograr la estabilidad en el núcleo del átomo, (en cuanto a la relación de neutrones y protones) un neutrón se transforma en protón o viceversa. Al igual que la desintegración alfa, su emisión también es de tipo corpuscular. Es más penetrante que las partículas alfa, aunque su poder de ionización no es lo elevado como estas. Como resultado de esta trasformación, se emiten dos tipos de “partículas beta”:

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

Beta menos (β–): Cuando un neutrón se transforma en un protón, libera un electrón, más una partícula sin carga y con una masa mínima llamada “antineutrino”. Su ecuación es: 𝐴 𝑍𝑋



→

𝐴 𝑍+1𝑌

+ 𝛽 − +− 𝑉𝑒

Beta más (β+): Cuando un protón se pasa a neutrón, libera una partícula llamada “positrón” (no debe confundirse con un protón), más una partícula sin carga y con una masa mínima llamada “neutrino”. La ecuación para representar este decaimiento es: 𝐴 𝑍𝑋

→

𝐴 𝑍−1𝑌

+ 𝛽 + + 𝑉𝑒

Cabe mencionar que, debido a la conversión de un protón en un neutrón o viceversa, no cambia la masa del núcleo (o número másico), sino que su número atómico aumenta o disminuye en una unidad, dependiendo del tipo de emisión beta. Debido a su poder de penetración, para poder detener el paso de este tipo de partículas ya no basta con sólo una hoja de papel. Es necesario un elemento de mayor espesor, como una lámina de aluminio.

- Desintegración Gamma (γ): Se produce cuando el núcleo del átomo se encuentra en un estado de excitación, debido a la interacción que tienen las partículas en su interior o a estímulos externos. Este proceso genera una gran cantidad de energía, lo cual produce la inestabilidad del átomo, y que para poder estabilizarse lo hace por medio de la emisión de estas partículas en forma de fotones. A diferencia de las partículas alfa y beta, este tipo de desintegración no es de tipo corpuscular, sino que es de tipo electromagnética. Tampoco contiene masa ni carga electrónica (es más bien neutra), por lo que el átomo no pierde su identidad (mantiene sus propiedades como tal). Este tipo de desintegración resulta la más peligrosa, ya que su poder de penetración es mayor a la de las partículas alfa y beta, y por el hecho de contener bastante energía ionizante. Se necesita un elemento de alta densidad, como el plomo o el hormigón, que también sean de grosores considerables para poder frenar estas partículas. Se utiliza la siguiente ecuación: 𝐴 ∗ 𝐴 𝑋 → 𝑍𝑋 + 𝑒 − 𝑍 5

Marco Teórico Los núcleos no decaen todos al mismo tiempo y de una vez, sino que lo hacen de una manera aleatoria, dependiendo del tipo de elemento, su composición y estado en el que se encuentre. Cada elemento con núcleo inestable emite partículas y genera otro elemento. Estos también decaen cada uno en otros con características distintas, y así se mantienen hasta lograr su propia estabilidad. Como puede suceder dentro de algunos segundos, otros pueden permanecer miles de años emitiendo partículas hasta conseguir la estabilidad. No se puede decir cuando decaerá un núcleo inestable, pero si se puede calcular la cantidad de estos en una muestra, durante un periodo de tiempo determinado.

Explicación del fenómeno

La desintegración alfa sucede de la siguiente manera: 𝑝+𝑛 𝑝𝐸1

→

𝑝+𝑛−4 𝑝−2𝐸2

+ 42𝐻𝑒

El elemento inicial (E1), donde p es el número atómico (cantidad de protones) y p+n es el número másico (suma de protones y neutrones) emite esta desintegración alfa, la cual está compuesta por 2 protones y 2 neutrones que se liberan desde el núcleo. El resultado es un segundo elemento (E2), cuyo número másico se redujo en 4 unidades (p+n-4) y su número atómico en 2 (p-2), más un átomo de helio ( 42𝐻𝑒). Este último formado por los 2 protones y 2 neutrones que se desprendieron del elemento inicial.

Ejemplo de desintegración beta-: 𝑝+𝑛 𝑝𝐸1

→

𝑝+𝑛 𝑝+1𝐸2

+ −10𝑒

En el núcleo del elemento E1, un neutrón se transforma en protón, lo que produce que un electrón ( −10𝑒) sea emitido. Es representado con número másico de 0 (debido a que su masa respecto al protón es de 1*10-1836) y numero atómico de -1 (al ser de carga negativa). En este caso, se obtiene un elemento E2, con número atómico aumentado en una unidad (al obtener un neutrón), pero con el numero másico intacto (p+n), ya que a pesar de perder un neutrón se ganó un protón (p+1+n-1).

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Desintegración beta+: 𝑝+𝑛 𝑝𝐸1

→

𝑝+𝑛 𝑝−1𝐸2

+ +10𝑒

Es un caso similar al ejemplo anterior, solo que en este caso el protón se transforma en neutrón, y emite una partícula llamada “positrón” ( +10𝑒). Su número atómico disminuye en una unidad (p-1), pero su número másico se mantiene intacto, ya que pierde un protón pero gana un neutrón (p-1+n+1). Explicación desintegración Gamma: 𝐴 ∗ 𝐴 𝐸1 → 𝑍𝐸 + 𝑒 − 𝑍 El símbolo *del elemento E1 indica que es un átomo “meta estable”. Esto quiere decir que se encuentra en estado de excitación. Cuando esto sucede, este elemento libera un rayo gamma en forma de fotón (e-), pero no pierde su identidad. Esto quiere decir que no se transforma en otro elemento ni cambia su número atómico o másico. Solo libera energía para poder estabilizarse debido al estado en que se encuentra.

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Desarrollo Aquí vamos a detallar como sucede la desintegración radiactiva y los productos que se obtienen:

Series de desintegración radiactiva:

El Uranio 238, numero atómico 92, decae emitiendo un núcleo de Helio (partícula alfa) y Torio 234. Esto sucede ya que el Uranio, al desintegrarse, emite esta partícula compuesta por 2 protones y 2 neutrones, lo que hace que el número másico disminuya en 4 unidades y su número atómico en 2. Esto hace que decaiga en otro elemento inestable, ubicado 2 posiciones a la izquierda en la tabla, el cual es el Torio. A su vez, este elemento se desintegra en una partícula beta-, debido a que en su núcleo un neutrón se transforma en un protón. Al “ganar” un protón y perder un neutrón, hace que su número atómico aumente en 1 unidad, pero su número másico se mantenga intacto. Esto genera un elemento ubicado 1 posición a la derecha en la tabla periódica, el Protactinio 234. Este elemento, a su vez es un emisor beta, el cual va a decaer en Uranio 234, con 142 neutrones y 92 protones (𝑛 = 𝑎 − 𝑝 → 234 − 92 = 142). Este Uranio 234, mediante emisión alfa da lugar al Torio 230, el cual también decae en Radio 226, mediante desintegración alfa. 238 234 234 234 234 4 0 92𝑈 → 2𝐻𝑒 + 90𝑇ℎ ⟹ 90𝑇ℎ → −1𝛽 + 91𝑃𝑎 ⟹ 91𝑃𝑎 → 234 234 230 230 226 0 4 4 −1𝛽 + 92𝑈 ⇒ 92𝑈 → 2𝐻𝑒 + 90𝑇ℎ ⇒ 90𝑇ℎ → 2𝐻𝑒 + 88𝑅𝑎

Esta es la demostración de la serie radiactiva denominada “serie Uranio-Radio”, la cual continúa desintegrándose en otras 5 emisiones alfa y 4 emisiones beta, hasta llegar a un isotopo no radiactivo (estable) que es el Plomo ( 206 82𝑃𝑏). En esta serie se encuentran todos los elementos ubicados entre el Uranio y el Plomo, en la tabla periódica (n88-n92). Al igual que el Radio, también existen otras series de desintegración naturales, como la del Torio 232, cuya estabilidad se consigue al llegar al Plomo 208; la serie del Actinio, que comienza en el Plutonio 239 y llega al Plomo 207; y la serie del Neptunio, que comienza en Plutonio 241, hasta llegar al Talio 205.

Desintegración Gamma: Se trata de una desintegración especial, distinta a las emisiones Alfa y Beta, puesto que su origen es distinto. No decae en otros isotopos, sino que libera energía según la forma en que se realiza el proceso dentro del átomo: 8

- Emisión de fotones Gamma: 152 66𝐷𝑦

∗→

152 66𝐷𝑦

+ 𝑄𝛿

El núcleo del Disprosio 152, se encuentra en un estado excitado (*). Este elimina el exceso de energía (Q) en forma de rayos gamma (δ), pero no altera su número atómico ni su número másico. El valor Q corresponde a la cantidad de energía emitida junto con el rayo gamma

- Conversión interna: 𝐴 𝑍𝑋

∗→ 𝐴𝑍𝑋 + 𝑒 − + 𝑄𝐶𝐼

En este caso, el núcleo excitado ( 𝐴𝑍𝑋 ∗) transfiere energía a un electrón orbital (𝑒 − ) y lo arranca de su órbita, concediéndole energía cinética (𝑄𝐶𝐼 ). Este electrón recibe el nombre de “Electrón de conversión” Acá tampoco se altera su número másico ni su número atómico. 𝐸𝐶𝐼 = 𝐸𝛾 − 𝐸𝑤 Para representar esta ecuación, la energía del “electrón de conversión” ( 𝐸𝐶𝐼 ), es igual a la energía del rayo gamma (𝐸𝛾 ), menos la energía necesaria para arrancar el electrón (𝐸𝑤 )

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Discusiones y comentarios Peligros Todo este tipo de emisiones están clasificadas según su composición y comportamiento. Todas estas, en distinto grado, resultan perjudiciales para la salud y el medio ambiente, ya que interactúan con la materia orgánica y pueden producir diversos tipos de consecuencias. El riesgo para la salud no sólo depende de la magnitud de la radiación y de la duración de la exposición, también del tipo de tejido afectado y de su capacidad de absorción. Por ejemplo, los órganos reproductores son 50 veces más sensibles que la piel. Los efectos de la radiactividad sobre la salud son complejos, dependiendo de la cantidad de dosis absorbida por el organismo. Como no todas las radiaciones tienen la misma nocividad, se multiplica cada radiación absorbida por un coeficiente de ponderación para tener en cuenta las diferencias. Esto se llama dosis equivalente, que se mide en sieverts (Sv), ya que el becquerel, para medir la peligrosidad de un elemento, erróneamente considera idénticos los tres tipos de radiaciones (alfa, beta y gamma). Una radiación alfa o beta es relativamente poco peligrosa fuera del cuerpo. En cambio, es extremadamente peligrosa cuando se inhala. Por otro lado, las radiaciones gamma son siempre dañinas, puesto que se neutralizan con dificultad. Pueden resultar desde una simple lesión o enfermedad, a otras que pueden producir la muerte. También puede provocar algún tipo de contaminación radiactiva, y generar una emergencia local o una emergencia masiva. Debido a su peligrosidad, muchos de estos elementos deben ser manejados o almacenados en lugares fuera del alcance de la gente, y quienes los manipulan deben tomar todas las precauciones correspondientes para no quedar ocupacionalmente expuestos. Todas estas emisiones tienen un grado distinto de ionización penetración, por lo cual, y según el tipo de desintegración, deben tomarse diferentes medidas: debido a que se mantienen inestables por años, la única solución es bloquear y retener estas partículas a través de ciertos materiales. Las partículas alfa son las menos penetrantes, por lo que la contaminación externa no significa un peligro significativa, aunque es muy peligroso como contaminante interno. Las emisiones beta pueden traspasar los tejidos celulares muy fácilmente, por lo que se requiere de un material como una lámina de aluminio para poder bloquearlas. En el caso de las partículas gamma (las más penetrantes), se necesitan de espesores muy gruesos de plomo u hormigón, dado que su poder de ionización y penetración es alto. Muchos de estos elementos emisores también son enterrados bajo tierra, dentro de un cajón de hormigón o vidrio con agua.

Usos y beneficios A lo largo de la historia, ha sido de gran contribución para la ciencia, la salud y la industria en general. En la medicina se utiliza para identificar enfermedades, lesiones, y tratar tumores y otras enfermedades. En la industria se utiliza para trazar caminos, edificaciones, 10

encontrar cursos de agua, y a gran escala, se utiliza para generar energía eléctrica (por medio de la Energía Nuclear). En la ciencia se utiliza para realizar investigaciones, determinar la edad de un organismo (carbono 14), determinar la edad relativa de la tierra. Tomando como referencia este caso, un método para determinar la edad de una roca se basa en el hecho de que, en muchos minerales de uranio y torio (que se están desintegrando desde su formación), las partículas alfa han quedado atrapadas (en forma de átomos de helio) en el interior de la roca. Determinando con precisión las cantidades relativas de helio, uranio y torio que hay en la roca, puede calcularse el tiempo que llevan ocurriendo los procesos de desintegración (es decir, la edad de la roca). Otro método se basa en la determinación de la relación que existe en la roca entre las cantidades de uranio 238 y plomo 206, o de torio 232 y plomo 208 (o sea, las relaciones entre la concentración de los miembros inicial y final de las series de desintegración). Estos y otros métodos arrojan valores de la edad de la Tierra que oscilan en torno a unos 4.600 millones de años. Se han obtenido valores similares en meteoritos que han caído a la superficie terrestre y en muestras lunares traídas por el Apolo 11 en julio de 1969, lo que indica que todo el Sistema Solar tiene probablemente una edad similar a la Tierra.

Medidas preventivas En el ámbito de la salud ocupacional, además de los respectivos PPT, se deben de tomar una serie de medidas preventivas y correctivas. A todo el personal que trabaja con radiaciones, se les monitorea para poder determinar qué tan expuesto y que tanta dosis han recibido: existen varios factores a medir para determinar el estado de salud de cada trabajador: Hasta cierto punto, las radiaciones naturales (emitidas por el medio ambiente) son inofensivas. El promedio de tasa de dosis equivalente medida a nivel del mar es de 0,00012 mSv/h (0,012 mrem/h). La dosis efectiva (suma de las dosis recibidas desde el exterior del cuerpo y desde su interior) que se considera que empieza a producir efectos en el organismo de forma detectable es de 100 mSv (10 rems) en un periodo de 1 año.4 Los métodos de reducción de la dosis son: 1) reducción del tiempo de exposición, 2) aumento del blindaje y 3) aumento de la distancia a la fuente radiante. A modo de ejemplo, se muestran las tasas de dosis en la actualidad utilizadas en una central nuclear para establecer los límites de permanencia en cada zona, el personal que puede acceder a ellas y su señalización.

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Conclusión En este trabajo de investigación, pudimos aprender acerca de la “desintegración radiactiva”, desde un punto de vista científico, teórico, práctico, así como también como esta tiene relación con otros temas similares y de interés público.

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Bibliografia

- Literatura  Slideshare.com  Scribd.com

- Videos  Canal “Radiofarmacia FFYB”

 Canal “KhanAcademyEspanol”

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