Desintegración Alfa

La desintegración alfa es una forma de desintegración radiactiva donde un núcleo atómico emite una partícula alfa y se transforma en un núcleo con 4 unidades menos de número másico y dos unidades menos de número atómico.

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Puede ser considerada como la emisión espontánea de núcleos de helio (en adelante partículas α) ${}^4_2\hbox{He}^{2+}$ a partir de núcleos de átomos más pesados, mediante un procedimiento de fisión nuclear espontánea. Este fenómeno se representa con la siguiente ecuación:

${}^{A}_{Z}\hbox{X}\;\to\;{}^{A-4}_{Z-2}\hbox{Y}\;+\;{}^4_2\hbox{He}^{2+}\;\to\;^{A-4}_{Z-2}\hbox{Y}\;+\;\alpha$ .

Con el uranio, por ejemplo:

${}^2{}^{38}_{92}\hbox{U}\;\to\;{}^2{}^{34}_{90}\hbox{Th}\;+\;{}^4_2\hbox{He}^{2+}$

Puede parecer que la primera ecuación no esté equilibrada eléctricamente pero, en realidad, el núcleo resultante después del proceso rápidamente pierde dos electrones en favor de la partícula alfa formando un átomo de helio neutro.

Hoy día se sabe que el núcleo atómico es un objeto aproximadamente esférico cuyo diámetro es del orden del fermi y su estructura es el resultado de dos tipos de interacciones: la nuclear fuerte y la electromagnética. Debido a la fuerza nuclear, los protones se enlazan con los neutrones y ambos entre sí.

La fuerza nuclear fuerte es muy intensa, pero tiene muy poco alcance. De esta forma se forman configuraciones de protones y neutrones o agregados dentro del núcleo. Cada tipo de agregado es más o menos estable dependiendo del tipo y cantidad de nucleones que contenga. La partícula $α$ , de "masa" $m c 2 = 3727,378 M e V$ , es uno de los más estables y, por tanto, puede existir como tal dentro del núcleo pesado. Las partículas alfa resultantes de la desintegración tienen una energía cinética típica del orden de 5 MeV (lo que es ≈0.13% de la energía total) y a una velocidad de 15,000 km/s.

Se puede imaginar el fenómeno como una partícula alfa atrapada en un pozo de potencial generado por el resto de nucleones del átomo, siendo dominante el potencial coulombiano más allá del radio del átomo. Clásicamente, si la energía E de la partícula alfa fuese superior a la energía potencial V(r) de la barrera de potencial, siendo r el radio nuclear, ésta escaparía. Pero, normalmente, la partícula no podría escapar del átomo ya que debería superar la barrera coulombiana y se limitaría a rebotar dentro del núcleo.

La explicación del fenómeno fue la confirmación del efecto túnel predicho por la mecánica cuántica y planteado por George Gamow.

Debido a que todo el helio que se encuentra en la Tierra se produce mediante desintegración alfa, éste suele encontrarse en depósitos minerales ricos en uranio o torio, extrayéndose como subproducto en los pozos de extracción de gas natural.

Toxicidad

Al ser relativamente pesadas y cargadas positivamente, las partículas alfa tienen un recorrido libre medio muy corto y a perder rápidamente su energía cinética a poca distancia de la fuente. Esto tiene como consecuencia que se deposite una gran cantidad de energía (del orden del MeV) en una zona pequeña, lo que aumenta el riesgo de daño celular en caso de contaminación interna. En general, la radiación alfa externa no es peligrosa porque las partículas son absorbidas en unos pocos centímetros de aire, o por la delgada capa de piel muerta de una persona. Tocar una fuente alfa no suele ser dañino, pero su ingestión, inhalación o introducción en el cuerpo puede serlo, dependiendo de la cantidad incorporada al organismo.

La principal fuente natural de radiación alfa que nos afecta en la corteza terrestre es el Radón, un gas radiactivo que se encuentra en el suelo, el agua, el aire y las rocas.^[1] Al inhalar este gas, algunos de sus productos de desintegración quedan atrapados en los pulmones. Estos productos a su vez siguen desintegrándose, emitiendo partículas alfa que pueden dañar las células pulmonares.^[2]

Probablemente la muerte de Marie Curie a los 66 años por leucemia fue causada por una exposición prolonganda a altas dosis de radiación ionizante. Curie trabajó frecuentemente con Radio, que decae en Radon,^[3] desintegrándose este a su vez en otros elementos radiactivos que emiten rayos beta y gamma.

Se sabe que para el asesinato del disidente ruso Alexander Litvinenko en el 2006 se utilizó ²¹⁰Po, que es un radioisótopo emisor alfa.

Bibliografía

Eisberg, Robert Resnick, Robert (1991), Física cuántica: Átomos, moléculas, sólidos, núcleos y partículas, México D.F.: Limusa. 968-18-0419-8.

Antonio Ferrer Soria, Física nuclear y de partículas, Universidad de Valencia.

Referencias

↑ ANS : Public Information : Resources : Radiation Dose Chart
↑ EPA Radiation Information: Radon. October 6 2006,[1], Accessed Dec. 6 2006
↑ Health Physics Society, "Did Marie Curie die of a radiation overexposure?" [2]

Categoría: Radiactividad

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