Desintegración Radiactiva y Fuentes de Radiaciones
Se exploran los mecanismos de desintegración radiactiva, sus leyes matemáticas y las diversas fuentes de radiación.
Leyes de Desintegración Radioactiva
Estabilidad Nuclear
Balance entre fuerzas nucleares y eléctricas de repulsión dentro del núcleo.
Naturaleza Probabilística
Imposibilidad de predecir desintegraciones individuales.
No sabemos cuando un núcleo se desintegrará, pero sí que sabemos que cuando haya pasado un cierto tiempo, estadísticamente se habrán desintegrado un número determinado de ellos.
Ley Exponencial
La radiactividad se fundamenta en la búsqueda de estabilidad energética de los núcleos atómicos. Este fenómeno ocurre con una probabilidad característica para cada isótopo. La ecuación describe matemáticamente este comportamiento, donde λ representa la constante de desintegración específica para cada especie nuclear, medida en desintegraciones por unidad de tiempo.
Actividad Radiactiva
La actividad de una muestra radiactiva, expresada como A = λN, representa la velocidad a la que desaparecen los núcleos radiactivos. Se mide en Bequerelios (Bq), donde 1 Bq equivale a una desintegración por segundo. En aplicaciones prácticas se utiliza frecuentemente el Curio (Ci), con una relación de 1 Ci = 3,7·10¹⁰ Bq o 1 mCi = 37 MBq.
La actividad sigue la misma ley exponencial que el número de núcleos:
Desintegración Alfa (α)
Núcleo Inestable
Z > 82
Emisión de Núcleo de Helio
partícula α (2 protones + 2 neutrones)
Núcleo Transformado
Elemento nuevo: Z-2, A-4
La desintegración alfa consiste en la emisión de un núcleo de helio (²⁴He), compuesto por dos protones y dos neutrones. Este proceso se representa mediante la ecuación
y sólo ocurre en elementos con número atómico Z > 82. Aunque las aplicaciones médicas de estos emisores son limitadas, el Radio-223 se utiliza en ciertos tratamientos oncológicos.
Desintegración Beta Negativa (β⁻)
Conversión del Neutrón
n → p⁺ + e⁻ + ν̄
Emisión de Electrón y antineutrino
Electrón y antineutrino salen del núcleo
Nuevo Elemento
La desintegración beta negativa ocurre en núcleos con exceso de neutrones. En este proceso, un neutrón se convierte en un protón dentro del núcleo, emitiendo un electrón (partícula β⁻) y un antineutrino. Estos emisores tienen amplia aplicación tanto en Medicina Nuclear para diagnóstico como en Radioterapia para tratamientos oncológicos.
Desintegración Beta Positiva (β⁺)
1
Conversión del Protón
p⁺ → n + e⁺ + ν
Emisión de Positrón y neutrino
Positrón y neutrino salen del núcleo
Aniquilación
e⁺ + e⁻ → 2γ (511 keV)
La desintegración beta positiva se produce en núcleos con exceso de protones. En este proceso, un protón se transforma en un neutrón, emitiendo un positrón (e⁺) y un neutrino. La ecuación nuclear es:
Este tipo de emisores tiene gran importancia en Medicina Nuclear, especialmente en técnicas de imagen como la Tomografía por Emisión de Positrones (PET), donde se aprovecha la aniquilación del positrón con un electrón para generar dos fotones de 511 keV.
Captura Electrónica
Captura de Electrón Orbital
Electrón de la corteza atómica es capturado por el núcleo
Nuevo Elemento
2
2
Emisión de Neutrino
Se emite un neutrino durante el proceso
Emisión de Rayos X
Reorganización electrónica produce rayos X característicos
La captura electrónica es una alternativa a la desintegración beta positiva en núcleos con exceso de protones. Un protón del núcleo captura un electrón de la corteza atómica, transformándose en un neutrón y emitiendo un neutrino: p⁺ + e⁻ → n + ν. Este proceso produce vacantes en las capas electrónicas que al llenarse generan rayos X característicos, lo que hace a estos emisores útiles en aplicaciones de Medicina Nuclear para diagnóstico por imagen.
Desintegración Gamma (γ)
Estado Nuclear Excitado
Núcleo en nivel energético superior al fundamental
Emisión de Fotón Gamma
Liberación de energía sin cambio en Z ni en A
Emisiones en Cascada
Posibilidad de múltiples transiciones entre niveles energéticos
La desintegración gamma consiste en la emisión de fotones de alta energía (rayos γ) cuando un núcleo en estado excitado pasa a un nivel energético inferior. Este proceso se representa como:
Al ser el fotón una partícula sin masa ni carga, no hay cambio en el número atómico (Z) ni en el número másico (A). Frecuentemente, estas emisiones ocurren en cascada entre distintos estados excitados o tras una desintegración alfa o beta que deja al núcleo hijo en un estado excitado.
Aplicaciones y Recursos de Cálculo
Calculadoras de Decaimiento
Herramientas online para calcular tasas de desintegración, vida media y otros parámetros radiactivos. Recursos disponibles en RadProCalculator.
Calculadoras de Vida Media
Aplicaciones para determinar períodos de semidesintegración y estimar la actividad residual. Accesibles en RadProCalculator HalfLife.
Base de Datos de Radioisótopos
Repositorio completo de información sobre radioisótopos y sus propiedades. Consulta la Sociedad Española de Protección Radiológica.
Atenuación de las RI.
Por Pedro Ruiz Manzano (HCU Lozano Blesa) y Mª Cristina Vázquez Cimorra (CPA Salduie)