La radiactividad es un proceso espontáneo por el cual los núcleos atómicos inestables pierden energía al emitir radiación. Descubierto por Henri Becquerel en 1896, ha sido un concepto fundamental en física y química, dando lugar a una variedad de aplicaciones en medicina, producción de energía e investigación científica. La radiactividad resulta de la inestabilidad dentro del núcleo de un átomo, donde las fuerzas que mantienen unido el núcleo no son lo suficientemente fuertes como para mantenerlo en su forma actual. Esta inestabilidad conduce a la emisión de radiación a medida que el núcleo busca un estado más estable.
Hay tres tipos principales de radiactividad, que se distinguen por el tipo de radiación emitida: radiación alfa ( \(\alpha\) ), beta ( \(\beta\) ) y gamma ( \(\gamma\) ). Cada tipo tiene propiedades y efectos únicos sobre la materia.
La radiación alfa consiste en partículas formadas por dos protones y dos neutrones, lo que las convierte efectivamente en núcleos de helio. Dado que las partículas alfa son relativamente pesadas y tienen una carga positiva, tienen un alcance corto y pueden detenerse con una hoja de papel o la capa exterior de la piel humana. Sin embargo, si se ingieren o se inhalan, las partículas alfa pueden causar daños importantes a los tejidos biológicos debido a su alto poder ionizante.
\(\textrm{Ejemplo:}\) La desintegración del uranio-238 ( \(^{238}U\) ) en torio-234 ( \(^{234}Th\) ). \( ^{238}U \rightarrow ^{234}Th + \alpha \)
La radiación beta se puede emitir como electrones ( \(\beta^-\) ) o positrones ( \(\beta^+\) ), que son las antipartículas de los electrones. La radiación \(\beta^-\) ocurre cuando un neutrón en el núcleo se convierte en un protón y un electrón, emitiéndose el electrón. Por el contrario, la radiación \(\beta^+\) se produce cuando un protón se transforma en un neutrón y un positrón. Las partículas beta son más ligeras que las partículas alfa y llevan una carga positiva ( \(\beta^+\) ) o negativa ( \(\beta^-\) ). Son más penetrantes que las partículas alfa, pero normalmente pueden bloquearse con unos pocos milímetros de aluminio.
\(\textrm{Ejemplo de desintegración beta menos:}\) Carbono-14 ( \(^{14}C\) ) desintegrándose a Nitrógeno-14 ( \(^{14}N\) ). \( ^{14}C \rightarrow ^{14}N + \beta^- + \bar{\nu}_e \) \(\textrm{Ejemplo de desintegración Beta Plus:}\) Carbono-11 ( \(^{11}C\) ) desintegrándose a Boro-11 ( \(^{11}B\) ). \( ^{11}C \rightarrow ^{11}B + \beta^+ + \nu_e \)
La radiación gamma está formada por fotones, que son partículas de luz sin masa. A menudo acompaña a la desintegración alfa y beta, emitida cuando el núcleo pasa de un estado de energía superior a uno inferior. Los rayos gamma son muy penetrantes y requieren materiales densos como plomo o varios centímetros de hormigón para reducir significativamente su intensidad. A pesar de no tener carga, la radiación gamma puede causar graves daños a las células y tejidos vivos debido a su alta energía y capacidad de penetración profunda.
\(\textrm{Ejemplo:}\) La transición del cobalto-60 ( \(^{60}Co\) ) a un estado de menor energía, emitiendo radiación gamma. \( ^{60}Co^* \rightarrow ^{60}Co + \gamma \)
Aunque la radiactividad puede suponer riesgos importantes para los organismos biológicos debido a su radiación ionizante, también tiene numerosas aplicaciones beneficiosas. En medicina, los isótopos radiactivos se utilizan en el diagnóstico por imágenes y en el tratamiento del cáncer. Las aplicaciones industriales incluyen pruebas de materiales, generación de energía en reactores nucleares y como trazador en investigaciones biológicas y químicas. Comprender los diferentes tipos de radiactividad y sus interacciones con la materia es fundamental para aprovechar su potencial de forma segura.
Para detectar y medir la radiactividad se necesitan varios instrumentos, como contadores Geiger-Müller, contadores de centelleo y cámaras de ionización. Estos dispositivos detectan la radiación ionizante emitida durante la desintegración radiactiva, lo que permite a los científicos estudiar las propiedades de diferentes isótopos y sus patrones de desintegración.
La radiactividad, con sus formas alfa, beta y gamma, es un fenómeno fundamental en el mundo natural. Si bien plantea riesgos debido a sus efectos ionizantes en los tejidos biológicos, comprender y controlar la radiactividad ha dado lugar a avances significativos en la medicina, la energía y la ciencia. El estudio de la radiactividad no sólo ayuda a comprender el mundo atómico y subatómico sino que también proporciona herramientas para mejorar la salud humana y las capacidades tecnológicas de la sociedad.
