Probablemente hayas escuchado a la gente hablar sobre la radiación tanto en la ficción como en la vida real. Por ejemplo, cuando el Enterprise se acerca a una estrella en "Star Trek, "un miembro de la tripulación podría advertir sobre un aumento en los niveles de radiación. En el libro de Tom Clancy" The Hunt for Red October, "un submarino ruso sufre un accidente en un reactor nuclear con una fuga de radiación que obliga a la tripulación a abandonar el barco. En Three Mile Island y Chernobyl, Las centrales nucleares liberan sustancias radiactivas a la atmósfera durante accidentes nucleares. Y a raíz del terremoto y tsunami de marzo de 2011 que azotaron Japón, una crisis nuclear generó temores sobre la radiación y preguntas sobre la seguridad de la energía nuclear.
La radiación nuclear puede ser extremadamente beneficiosa y extremadamente peligrosa. Solo depende de cómo lo uses. Máquinas de rayos X, Algunos tipos de equipos de esterilización y plantas de energía nuclear utilizan radiación nuclear, pero también lo hacen las armas nucleares. Materiales nucleares (es decir, sustancias que emiten radiación nuclear) son bastante comunes y se han introducido en nuestro vocabulario normal de muchas formas diferentes. Probablemente haya escuchado (y usado) muchos de los siguientes términos:
Todos estos términos están relacionados por el hecho de que todos tienen algo que ver con elementos nucleares, ya sea natural o artificial. Pero, ¿qué es exactamente la radiación? ¿Por qué es tan peligroso? En este articulo, Examinaremos la radiación nuclear para que pueda comprender exactamente qué es y cómo afecta su vida a diario.
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En esta figura, las partículas amarillas son electrones orbitales, las partículas azules son neutrones y las partículas rojas son protones. Comencemos por el principio y entendamos de dónde viene la palabra "nuclear" en "radiación nuclear". Aquí hay algo con lo que ya debería sentirse cómodo:Todo está hecho de átomos . Los átomos se unen en moléculas . Entonces, una molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno unidos en una sola unidad. Porque aprendemos sobre átomos y moléculas en la escuela primaria, los entendemos y nos sentimos cómodos con ellos. En naturaleza, cualquier átomo que encuentres será uno de los 92 tipos de átomos, también conocido como elementos . Entonces, cada sustancia en la Tierra - metal, plástica, cabello, ropa, sale de, vidrio:se compone de combinaciones de los 92 átomos que se encuentran en la naturaleza. La tabla periódica de elementos que ves en la clase de química es una lista de los elementos que se encuentran en la naturaleza más una serie de elementos creados por el hombre.
Dentro de cada átomo hay tres partículas subatómicas :protones, neutrones y electrones. Los protones y neutrones se unen para formar el núcleo del átomo, mientras que los electrones rodean y orbitan el núcleo. Los protones y los electrones tienen cargas opuestas y, por lo tanto, se atraen entre sí (los electrones son negativos y los protones son positivos, y las cargas opuestas se atraen), y en la mayoría de los casos, el número de electrones y protones es el mismo para un átomo (lo que hace que el átomo sea neutral). Los neutrones son neutros. Su propósito en el núcleo es unir protones. Debido a que todos los protones tienen la misma carga y, naturalmente, se repelerían entre sí, los neutrones actúan como "pegamento" para mantener los protones firmemente juntos en el núcleo.
El número de protones en el núcleo determina el comportamiento de un átomo. Por ejemplo, si combina 13 protones con 14 neutrones para crear un núcleo y luego hace girar 13 electrones alrededor de ese núcleo, lo que tienes es un átomo de aluminio. Si agrupa millones de átomos de aluminio, obtiene una sustancia que es aluminio:puede formar latas de aluminio, papel de aluminio y revestimiento de aluminio. Todo el aluminio que encuentras en la naturaleza se llama aluminio-27. El "27" es el número de masa atómica - la suma del número de neutrones y protones en el núcleo. Si toma un átomo de aluminio y lo pone en una botella y regresa en varios millones de años, seguirá siendo un átomo de aluminio. Por lo tanto, el aluminio-27 se denomina estable átomo. Hasta hace unos 100 años, se pensaba que todos los átomos eran estables así.
Muchos átomos se presentan en diferentes formas. Por ejemplo, el cobre tiene dos formas estables:cobre-63 (que constituye alrededor del 70 por ciento de todo el cobre natural) y cobre-65 (que constituye alrededor del 30 por ciento). Las dos formas se llaman isótopos . Los átomos de ambos isótopos de cobre tienen 29 protones, pero un átomo de cobre-63 tiene 34 neutrones, mientras que un átomo de cobre-65 tiene 36 neutrones. Ambos isótopos actúan y se ven iguales, y ambos son estables.
La parte que no se entendió hasta hace unos 100 años es que ciertos elementos tienen isótopos que son radioactivo . En algunos elementos, todos los isótopos son radiactivos. El hidrógeno es un buen ejemplo de un elemento con múltiples isótopos, uno de los cuales es radiactivo. Hidrógeno normal, o hidrógeno-1, tiene un protón y no hay neutrones (porque solo hay un protón en el núcleo, no hay necesidad de los efectos vinculantes de los neutrones). Hay otro isótopo, hidrógeno-2 (también conocido como deuterio), que tiene un protón y un neutrón. El deuterio es muy raro en la naturaleza (representa aproximadamente el 0.015 por ciento de todo el hidrógeno), y aunque actúa como hidrógeno-1 (por ejemplo, se puede hacer agua con él) resulta que es lo suficientemente diferente del hidrógeno-1 en que es tóxico en altas concentraciones. El isótopo de deuterio del hidrógeno es estable. Un tercer isótopo, hidrógeno-3 (también conocido como tritio), tiene un protón y dos neutrones. Resulta que este isótopo es inestable . Es decir, si tiene un recipiente lleno de tritio y regresa en un millón de años, encontrará que todo se ha convertido en helio-3 (dos protones, un neutrón), que es estable. El proceso por el cual se convierte en helio se llama desintegración radioactiva .
Ciertos elementos son naturalmente radiactivos en todos sus isótopos. El uranio es el mejor ejemplo de tal elemento y es el elemento radiactivo natural más pesado. Hay otros ocho elementos naturalmente radiactivos:polonio, astato radón, francio radio, actinio, torio y protactinio. Todos los demás elementos artificiales más pesados que el uranio también son radiactivos.
La desintegración radiactiva es un proceso natural. Un átomo de un isótopo radiactivo se descompondrá espontáneamente en otro elemento a través de uno de tres procesos comunes:
En el proceso, Se producen cuatro tipos diferentes de rayos radiactivos:
Americio-241, un elemento radiactivo mejor conocido por su uso en detectores de humo, es un buen ejemplo de un elemento que sufre decaimiento alfa . Un átomo de americio-241 arrojará espontáneamente un partícula alfa . Una partícula alfa está formada por dos protones y dos neutrones unidos, que es el equivalente a un núcleo de helio-4. En el proceso de emisión de la partícula alfa, el átomo de americio-241 se convierte en un átomo de neptunio-237. La partícula alfa abandona la escena a gran velocidad, tal vez 10, 000 millas por segundo (16, 000 km / seg).
Si estuviera mirando un átomo de americio-241 individual, sería imposible predecir cuándo arrojaría una partícula alfa. Sin embargo, si tiene una gran colección de átomos de americio, entonces la tasa de descomposición se vuelve bastante predecible. Para americio-241, se sabe que la mitad de los átomos decaen en 458 años. Por lo tanto, 458 años es el media vida de americio-241. Cada elemento radiactivo tiene una vida media diferente, que van desde fracciones de segundo hasta millones de años, dependiendo del isótopo específico. Por ejemplo, americio-243 tiene una vida media de 7, 370 años.
El tritio (hidrógeno-3) es un buen ejemplo de un elemento que sufre desintegración beta . En desintegración beta, un neutrón en el núcleo se convierte espontáneamente en un protón, un electrón, y una tercera partícula llamada antineutrino. El núcleo expulsa el electrón y el antineutrino, mientras que el protón permanece en el núcleo. El electrón expulsado se denomina partícula beta . El núcleo pierde un neutrón y gana un protón. Por lo tanto, un átomo de hidrógeno-3 que sufre desintegración beta se convierte en un átomo de helio-3.
En fisión espontánea , un átomo en realidad se divide en lugar de arrojar una partícula alfa o beta. La palabra "fisión" significa "dividir". Un átomo pesado como el fermio-256 sufre una fisión espontánea aproximadamente el 97 por ciento de las veces cuando se desintegra, y en el proceso, se convierte en dos átomos. Por ejemplo, un átomo de fermio-256 puede convertirse en un átomo de xenón-140 y un átomo de paladio-112, y en el proceso expulsará cuatro neutrones (conocidos como "neutrones rápidos" porque son expulsados en el momento de la fisión). Estos neutrones pueden ser absorbidos por otros átomos y provocar reacciones nucleares. como la descomposición o la fisión, o pueden chocar con otros átomos, como bolas de billar, y provocan la emisión de rayos gamma.
La radiación de neutrones se puede utilizar para hacer que los átomos no radiactivos se vuelvan radiactivos; esto tiene aplicaciones prácticas en medicina nuclear. La radiación de neutrones también se produce a partir de reactores nucleares en centrales eléctricas y barcos de propulsión nuclear y en aceleradores de partículas. dispositivos utilizados para estudiar la física subatómica.
En muchos casos, un núcleo que ha sufrido una desintegración alfa, La desintegración beta o la fisión espontánea serán muy energéticas y, por lo tanto, inestables. Eliminará su energía extra como un pulso electromagnético conocido como rayo gamma . Los rayos gamma son como rayos X en el sentido de que penetran la materia, pero son más energéticos que los rayos X. Los rayos gamma están hechos de energía, no mover partículas como partículas alfa y beta.
Mientras que en el tema de varios rayos, tambien hay rayos cósmicos bombardeando la Tierra en todo momento. Los rayos cósmicos se originan en el sol y también en cosas como la explosión de estrellas. La mayoría de los rayos cósmicos (quizás el 85 por ciento) son protones que viajan cerca de la velocidad de la luz, mientras que quizás el 12 por ciento son partículas alfa que viajan muy rápidamente. Es la velocidad de las partículas, por cierto, eso les da su habilidad para penetrar la materia. Cuando golpean la atmósfera, chocan con los átomos de la atmósfera de diversas formas para formar rayos cósmicos secundarios que tienen menos energía. Estos rayos cósmicos secundarios luego chocan con otras cosas en la Tierra, incluidos los humanos. Recibimos rayos cósmicos secundarios todo el tiempo, pero no estamos heridos porque estos rayos secundarios tienen menor energía que los rayos cósmicos primarios. Los rayos cósmicos primarios son un peligro para los astronautas en el espacio exterior.
Aunque son "naturales" en el sentido de que los átomos radiactivos se desintegran naturalmente y los elementos radiactivos son parte de la naturaleza, todas las emisiones radiactivas son peligrosas para los seres vivos. Partículas alfa, partículas beta, neutrones, Los rayos gamma y los rayos cósmicos se conocen como radiación ionizante , lo que significa que cuando estos rayos interactúan con un átomo pueden desprender un electrón orbital. La pérdida de un electrón puede causar problemas, incluyendo todo, desde la muerte celular hasta mutaciones genéticas (que conducen al cáncer), en cualquier ser vivo.
Debido a que las partículas alfa son grandes, no pueden penetrar mucho en la materia. No pueden penetrar una hoja de papel, por ejemplo, así que cuando están fuera del cuerpo no tienen ningún efecto en las personas. Si come o inhala átomos que emiten partículas alfa, sin embargo, las partículas alfa pueden causar bastante daño dentro de su cuerpo.
Las partículas beta penetran un poco más profundamente, pero nuevamente solo son peligrosos si se comen o inhalan; Las partículas beta pueden detenerse con una hoja de papel de aluminio o plexiglás. Rayos gamma, como rayos X, son detenidos por plomo.
Neutrones porque les falta carga, penetrar muy profundamente, y se detienen mejor con capas extremadamente gruesas de concreto o líquidos como agua o fuel oil. Rayos gamma y neutrones, porque son tan penetrantes, puede tener efectos graves en las células de los seres humanos y otros animales. Es posible que haya escuchado en algún momento de un dispositivo nuclear llamado bomba de neutrones . La idea de esta bomba es optimizar la producción de neutrones y rayos gamma para que la bomba tenga su máximo efecto en los seres vivos.
Como hemos visto, la radiactividad es "natural, "y todos tenemos cosas como carbono 14 radiactivo. También hay una serie de elementos nucleares artificiales en el medio ambiente que son dañinos. La radiación nuclear tiene poderosos beneficios, como la energía nuclear para generar electricidad y la medicina nuclear para detectar y tratar enfermedades, así como peligros importantes.
