Hay un fenómeno que se podría considerar como la base de mucha de la tecnología moderna, el Decaimiento por Radiactividad, un fenómeno ocasionado por una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, la Fuerza Nuclear Débil, y que ocasiona que un átomo de un elemento radiactivo o inestable, emita energía en forma de partículas Alfa, Beta o Gamma, para terminar convirtiéndose en otro átomo diferente con el tiempo.
Este fenómeno es la base de tecnologías como la medicina nuclear, la datación por carbono 14, esterilización de equipo, medidores y sensores industriales, y un largo etc. Prácticamente todo nuestro mundo moderno esta lleno de tecnología que aprovecha este fenómeno.
¿Qué es el decaimiento radiactivo?
El decaimiento radiactivo es un proceso mediante el cual el núcleo de un átomo inestable pierde energía al emitir partículas o radiación electromagnética, principalmente hablamos de elementos radiactivos, como el famosísimo Uranio o el Plutonio, que es artificial. Pero también lo pueden hacer ciertos elementos que son “variantes” de un átomo estable, estos son llamados isótopos, como el Tritio, que es un isótopo del Hidrógeno. A medida que los átomos intentan alcanzar un estado más estable, sufren transformaciones nucleares, es decir, sus partículas pueden desintegrarse en energía, cambiando en algunos casos incluso de elemento químico.
En el núcleo de un átomo, como todos sabemos, existen protones y neutrones que están unidos por la fuerza nuclear fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Sin embargo, cuando un átomo es inestable como en el caso de un isótopo, el equilibrio entre estas partículas se rompe.
Cuando hay demasiada energía interna o un desequilibrio entre protones y neutrones, el núcleo se vuelve inestable y tiende a transformarse para alcanzar una configuración más estable. Ese es el origen del decaimiento radiactivo.
Para ejemplificarlo mejor y que lo veamos como si fuera algo ordinario, imagina que estás con tu grupo de amigos en una fiesta, la energía es increíble y todos estan muy unidos disfrutando de la cerveza y la música. De repente uno de ustedes se siente aburrido, y como es el mas cansado se engenta y se va, la fuerza de atracción no es suficiente para mantenerlo en la fiesta, por lo que el grupo pierde un elemento, lo que puede ocasionar que el grupo resultante sea mas estable y más dificil de romper.
Tipos de decaimiento radiactivo
Decaimiento alfa (α)
En este caso, el núcleo emite una partícula alfa, que esta formada por 2 protones y 2 neutrones (lo que sería equivalente a un núcleo de helio). Es común en elementos muy pesados como el uranio-238, un isótopo del Uranio.
Este tipo de radiación no es para nada peligrosa, incluso tu propia piel puede detener estas partículas, incluso una hoja de papel puede.
Decaimiento beta (β)
En este caso, puede ser de dos tipos:
- Beta menos (β−): un neutrón se transforma en un protón, emitiendo un electrón y un antineutrino.
- Beta más (β+): un protón se convierte en un neutrón, emitiendo un positrón y un neutrino.
Captura electrónica
El núcleo captura un electrón de una capa interna, lo que transforma un protón en un neutrón. Este proceso también altera el número atómico.
Emisión gamma (γ)
Este es el caso más peligroso, cuando ocurre una desintegración alfa o beta, el núcleo puede quedar en un estado excitado, o sea, con mucha energía. Y como todo en la naturaleza tiende a querer ir hacia un estado mas estable, lo hace emitiendo energía en forma de rayos gamma, una radiación electromagnética de muy alta energía.
El tiempo de vida media (o semivida) es el período necesario para que la mitad de una muestra radiactiva se desintegre. Este valor es característico para cada isótopo. Por ejemplo:
- El carbono-14 (usado en la datación arqueológica) tiene una semivida de unos 5,730 años.
- El uranio-238 tiene una semivida de 4.5 mil millones de años.
Este concepto permite medir la edad de rocas, fósiles y cuerpos celestes, así como controlar la dosis de radiación en tratamientos médicos.
Justamente, estos valores de desintegración son la principal manera en que sabemos por ejemplo, la edad de la tierra, examinando muestras radiactivas de rocas antiguas. También podemos saber la edad de compuestos orgánicos que contienen carbono, con la medición del carbono-14 se puede medir de manera bastante aproximada.
Bibliografía
1. Instituciones de Seguridad y Energía Nuclear
- IAEA (Organismo Internacional de Energía Atómica): Explaining Radiation. Es la máxima autoridad global en el uso pacífico de la tecnología nuclear. Su sección sobre “Conceptos básicos” explica de forma magistral la diferencia entre radiación alfa, beta y gamma.
- CSN (Consejo de Seguridad Nuclear – España): Las radiaciones ionizantes. Ofrece una guía muy clara sobre los tipos de radiación, sus efectos biológicos y las aplicaciones industriales y médicas que mencionas en tu texto.
2. Fundamentos de Física y Decaimiento
- CERN – The Weak Force: The Weak Interaction. Como mencionamos antes, la fuerza débil es el “motor” detrás del decaimiento beta. El CERN explica aquí cómo esta interacción permite que los quarks cambien de sabor, transformando protones en neutrones.
- The Particle Adventure: Radioactive Decays. Un recurso educativo clásico, desarrollado por el Particle Data Group, que desglosa los tipos de desintegración con diagramas muy intuitivos.
3. Aplicaciones y Datación
- American Chemical Society (ACS): Radiocarbon Dating. Una mirada profunda a la historia y química detrás del Carbono-14, ideal para entender cómo la semivida nos ayuda a leer el pasado.
- NASA Science: Cosmogenic Nuclides. Si te interesa cómo el decaimiento nos ayuda a entender la edad de las estrellas y los meteoritos, la NASA tiene recursos específicos sobre nucleosíntesis y evolución estelar.
