ENERGIA NUCLEAR

Trabajo Práctico de Energía Nuclear.

Qué son los Radioisótopos

Muchas veces se habla abreviadamente de "isótopos", para referirse a los "isótopos radioactivos" o "radioisótopos". Son isótopos ("padre") que se desintegran espontáneamente transmutándose en otro elemento ("hija"). Por ejemplo, el radón-222 es la hija del radio-226.

Algunos de los radioisótopos no-naturales (que se elaboran artificialmente), se producen deliberadamente en aceleradores de partículas y reactores. Otros, son subproductos de reacciones nucleares en aceleradores, en reactores nucleares o en bombas atómicas.

El símbolo que se muestra, indica la presencia real o potencial de radiación, que puede constituir un riesgo para la salud si no se usan adecuadamente, y si no se toman las precausiones correspondientes.

Este símbolo se puede encontrar en diferentes sitios. En cualquier caso, las precausiones incluyen, como mínimo, no hacer nada sin autorización. Por ejemplo, no entrar a través de una puerta que tenga este símbolo, ni acceder a zonas restringidas, no tocar, ni desarmar, ni dañar ni encender un equipo donde se vea este símbolo, no tocar ni abrir ni arrojar a la basura nada que posea este símbolo, ni entrar en un vehículo señalado con él, ... sin la autorización correspondiente.

2-PARA QUÉ SIRVEN

En metrología, para definir el segundo y el mol se utilizan dos isótopos estables:

133Cs (Z= 55; N = 78; 100%) y 12C (Z = N = 6; 98.90%):

Segundo (s): duración de 9 192 631 770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del isótopo cesio-133.

Mol (mol): cantidad de substancia de un sistema el cual contiene tantas unidades elementales (partículas, átomos, moléculas, etc.) como átomos hay en 0.012 kg del isótopo carbono-12.

Los radioisótopos de un elemento poseen la misma distribución de electrones orbitales (fuera del núcleo), por lo tanto, tienen en general la misma afinidad química y forman los mismos enlaces que los isótopos estables. Esto hace que puedan prepararse substancias con ínfimos porcentajes radioactivos, no peligrosos pero suficientemente activos como para poder detectar su presencia en un dado organismo. De este modo, los radioisótopos que se utilizan como "trazadores", sirven en agronomía para el estudio de fertilizantes, donde muestran qué parte de la planta absorbe más o menos de un elemento presente en un fertilizante, o en medicina, donde muestran la absorción de un medicamento o el funcionamiento de un órgano.

Una aplicación diferente de los radioisótopos en medicina, es la radioterapia, donde sirven para destruir células cancerígenas, sensibles a la radiación. También se usan en radioinmunoanálisis y en radiodiagnóstico.

Para preservar alimentos envasados y para esterilizar objetos, las bacterias se pueden eliminar con alta temperatura. Sin embargo, muchos alimentos se alteran al calentarse, y algunos envases plásticos se destruyen. Por lo tanto los radioisótopos también son útiles como bactericidas "fríos" en la industria alimenticia, y para esterilizar objetos (como jeringas plásticas) sin calor.

Para realizar algunos análisis químicos con muchísima sensibilidad, se utiliza la técnica denominada fluorescencia por rayos X (XRF). Este método consiste en aplicar rayos X a una muestra bajo estudio, y medir la cantidad de fluorescencia de los elementos químicos buscados. Los rayos X excitan los átomos de los elementos presentes en la muestra, y éstos se desexcitan emitiendo una radiación visible o ultravioleta (fluorescencia). Los analizadores XRF pueden ser de dos tipos: tener como fuente un tubo de rayos catódicos, o tener un radioisótopo siendo equipos menos frágiles y más pequeños. Los átomos de esta fuente, se transmutan en otro elemento, cuyos átomos se desexcitan emitiendo rayos X. Un ejemplo en la industria de la madera es la XRF para determinar la concentración de cobre, cromo y arsénico utilizados para la conservación de "postes" en suelos húmedos. Un ejemplo en medicina forense es la búsqueda de ínfimas cantidades de veneno. Para estas aplicaciones se utilizan isótopos como el americio-241, curio-244, hierro-55 y cadmio-109.

También sirven como ionizadores del aire, en los detectores de humo de las alarmas contra incendios. El isótopo más común para esta aplicación es el americio-241.

También se aplican como "datadores", para estimar el tiempo transcurrido desde la muerte de un organismo, y por lo tanto la antiguedad de los objetos encontrados a su lado. Dependiendo del período a determinar, el tiempo se mide mejor con un isótopo que con otro. Uno muy útil para períodos arqueológicos es el carbono-14.

En astronáutica se utilizan generadores termoeléctricos con radioisótopos (RTG), como fuentes de energía de naves interplanetarias, como en las misiones Pioneer 10 y 11, Voyager 1 y 2, Galileo, Ulysses, Cassini y Vikings. También se utilizan en embarcaciones militares ("submarinos atómicos").

3-DE QUÉ ESTÁ HECHO

Los radioisótopos consisten en átomos que se desintegran o "decaen" en uno o más de los siguientes 4 tipos de decaimientos, que se clasifican como sigue:

(A) decaimiento beta, que puede ser de uno de estos 3 tipos:

(a1) decaimiento "beta -" o emisión de un electrón,

(a2) decaimiento "beta +" o emisión de un positrón, y

(a3) captura electrónica.

(B) desintegración alfa

Detallando, en general,

(a1) Si un núcleo tiene demasiados neutrones, algún neutrón (n) puede transmutarse dentro del núcleo en un protón (p), emitiendo (expulsando fuera del núcleo) un electrón (e-) y un antineutrino (antipartícula del neutrino, normalmente no observada). La reacción de la "desintegración beta -" se escribe

n ---> p + e- + antineutrino

Es el caso de la desintegración "beta -" o emisión de electrón del cobalto 60 (Z = 27), que se transmuta en níquel 60 (Z = 28):

60Co ---> 60Ni + e- + antineutrino

(a2) Si un núcleo tiene demasiados protones, algún protón puede transmutarse en un neutrón, expulsando fuera del núcleo un positrón (e+) (antipartícula del electrón) y un neutrino (normalmente no observado). Análogamente, la reacción de la "desintegración beta +"

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