Por Kevin Beck
Actualizado el 30 de agosto de 2022
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La radiactividad es un fenómeno fundamental en la física nuclear, que describe la transformación espontánea de los núcleos atómicos que libera partículas o radiación electromagnética. Si bien la palabra a menudo evoca imágenes de accidentes nucleares, es un proceso físico bien definido que sustenta la investigación científica, el diagnóstico médico y la datación arqueológica.
En esencia, la radiactividad se refiere a la desintegración de un radionúclido, un núcleo inestable que libera energía mientras busca una configuración más estable. Esta desintegración se rige por estrictas leyes matemáticas, pero da como resultado una pérdida gradual de masa y la producción de isótopos hijos, de acuerdo con la ley de conservación de la masa.
El equilibrio entre la fuerza nuclear fuerte (el pegamento que une protones y neutrones) y la repulsión electrostática entre protones determina si un núcleo permanecerá intacto o se desintegrará. Cuando la “batalla” interna se inclina a favor de la repulsión, el núcleo sufre una reorganización espontánea y emite radiación.
Se observan tres modos de decaimiento principales:
La desintegración de un radionúclido sigue una ley exponencial caracterizada por la constante de desintegración λ (lambda). La constante de desintegración está directamente relacionada con la vida media t½ del isótopo:
La relación fundamental entre el número de núcleos restantes N y la cantidad inicial N0 después del tiempo t es:
N =N0 e -λt
Reorganizando la constante de desintegración se obtiene λ = ln 2 / t½ ≈ 0,693 / t½ . Por lo tanto, conocer λ o t½ permite el cálculo del otro.
La vida media suele ser contradictoria porque el proceso de descomposición no es lineal; sigue una tendencia exponencial. Por ejemplo, una sustancia con una vida media de 48 horas reducirá su cantidad a la mitad cada dos días, independientemente de su masa inicial. Esta propiedad hace que la vida media sea una poderosa herramienta para datar materiales:midiendo la fracción restante de un radionúclido, los científicos pueden estimar el tiempo transcurrido desde que se produjo el isótopo.
La actividad es una propiedad estadística de un gran conjunto de núcleos. Si bien la desintegración de un solo átomo es probabilística, una muestra macroscópica produce una tasa de desintegración mensurable que puede cuantificarse con detectores. A medida que disminuye el número de núcleos, la actividad disminuye exponencialmente, siguiendo la misma ley de desintegración.
La datación por carbono-14 (¹⁴C) es una aplicación específica de la datación por radioisótopos. Los organismos vivos intercambian continuamente carbono con su entorno, manteniendo una proporción constante de ¹⁴C/¹²C. Cuando un organismo muere, este intercambio se detiene y el ¹⁴C comienza a descomponerse con una vida media de 5730 años.
Ejemplo:si una muestra muestra una relación ¹⁴C/¹²C de 0,88 en relación con un estándar moderno, la edad se puede calcular de la siguiente manera:
Por lo tanto, el objeto tendría aproximadamente 10.600 años, y la cifra exacta se redondeará en función de las incertidumbres del laboratorio.
Para análisis más complejos, como determinar la edad de fósiles antiguos, se emplean radionucleidos con vidas medias más largas. El potasio-40 (⁴⁰K), por ejemplo, tiene una vida media de aproximadamente 1.270 millones de años, lo que lo hace adecuado para datar formaciones geológicas.
Nuestra herramienta en línea le permite experimentar con una amplia gama de radionucleidos, ingresando cantidades iniciales y tiempos de desintegración para observar cómo evoluciona la actividad y las fracciones restantes. Este recurso es invaluable tanto para estudiantes, investigadores y educadores.
