Radiactividad y desintegración

a) La radiactividad es la emisión espontánea de partículas o radiación por núcleos inestables, que así se transforman en otros más estables. Hay tres tipos:

Desintegración alfa ($\alpha$). El núcleo emite una partícula $\alpha$, que es un núcleo de helio, $^{4}_{2}\text{He}$ (dos protones y dos neutrones). Es típica de núcleos pesados ($A > 200$). El núcleo hijo tiene 4 unidades menos de número másico y 2 menos de número atómico:$$^{A}_{Z}\text{X}\ \longrightarrow\ ^{A-4}_{Z-2}\text{Y} + {}^{4}_{2}\text{He}$$Las partículas $\alpha$ son muy ionizantes pero poco penetrantes: las detiene una hoja de papel.

Desintegración beta menos ($\beta^-$). En núcleos con exceso de neutrones, un neutrón se transforma en un protón, un electrón y un antineutrino, $n \to p + e^- + \bar\nu_e$. El electrón (partícula $\beta^-$) sale del núcleo. El número másico no cambia y el atómico aumenta en 1:$$^{A}_{Z}\text{X}\ \longrightarrow\ ^{A}_{Z+1}\text{Y} + {}^{\ 0}_{-1}e + \bar\nu_e$$(Existe también la $\beta^+$, en núcleos con exceso de protones: un protón da un neutrón, un positrón y un neutrino, y $Z$ disminuye en 1.) Las partículas $\beta$ son más penetrantes que las $\alpha$: las detiene una lámina de aluminio de pocos milímetros.

Emisión gamma ($\gamma$). Un núcleo que ha quedado excitado (normalmente tras una emisión $\alpha$ o $\beta$) pasa a un estado de menor energía emitiendo un fotón de muy alta energía. No cambian ni $A$ ni $Z$:$$^{A}_{Z}\text{X}^{*}\ \longrightarrow\ ^{A}_{Z}\text{X} + \gamma$$Es la radiación más penetrante (hacen falta varios centímetros de plomo u hormigón) y la menos ionizante.

En todas se conservan la carga (suma de los $Z$) y el número de nucleones (suma de los $A$).

b) Aplicamos las leyes de Soddy paso a paso.

Emisión de una partícula $\alpha$: $A$ baja en 4 y $Z$ en 2.$$^{238}_{\ 92}\text{U}\ \longrightarrow\ ^{234}_{\ 90}\text{Th} + {}^{4}_{2}\text{He}$$Primera emisión $\beta^-$: $A$ no cambia y $Z$ sube en 1.$$^{234}_{\ 90}\text{Th}\ \longrightarrow\ ^{234}_{\ 91}\text{Pa} + {}^{\ 0}_{-1}e + \bar\nu_e$$Segunda emisión $\beta^-$:$$^{234}_{\ 91}\text{Pa}\ \longrightarrow\ ^{234}_{\ 92}\text{U} + {}^{\ 0}_{-1}e + \bar\nu_e$$En conjunto: $A = 238 - 4 = 234$ y $Z = 92 - 2 + 2 = 92$. El núcleo final tiene el mismo número atómico que el inicial, así que es otro isótopo del uranio, el uranio-234 (con 4 neutrones menos).