Radiactividad y desintegración

En una desintegración radiactiva un núcleo inestable ${}^{A}_{Z}\text{X}$ (núcleo padre) emite radiación y se transforma en otro núcleo (hijo). En todas las ecuaciones se conservan la suma de los números másicos $A$ y la de los números atómicos $Z$.

1. Radiación alfa ($\alpha$). El núcleo emite una partícula alfa; el hijo tiene 4 unidades menos de número másico y 2 menos de número atómico (retrocede dos lugares en la tabla periódica):$${}^{A}_{Z}\text{X} \;\longrightarrow\; {}^{A-4}_{Z-2}\text{Y} + {}^{4}_{2}\text{He}$$Partícula: un núcleo de helio-4 (dos protones y dos neutrones). Carga $+2e$, masa unas 4 u (la mayor de las tres). Muy ionizante y poco penetrante: unos centímetros de aire o una hoja de papel la detienen. Ejemplo: ${}^{238}_{92}\text{U} \to {}^{234}_{90}\text{Th} + {}^{4}_{2}\text{He}$.

2. Radiación beta ($\beta$). Hay dos tipos:

• Beta menos ($\beta^-$): un neutrón del núcleo se transforma en un protón, un electrón y un antineutrino ($n \to p + e^- + \bar\nu_e$). El hijo tiene el mismo $A$ y una unidad más de $Z$ (avanza un lugar):

$${}^{A}_{Z}\text{X} \;\longrightarrow\; {}^{A}_{Z+1}\text{Y} + {}^{\;\;0}_{-1}e + \bar\nu_e$$Partícula: un electrón (carga $-e$, masa $9{,}11\cdot 10^{-31}$ kg), acompañado de un antineutrino (sin carga y de masa casi nula). Los electrones salen con velocidades próximas a la de la luz. Ionización y penetración intermedias: los detiene una lámina de aluminio de pocos milímetros. Ejemplo: ${}^{14}_{6}\text{C} \to {}^{14}_{7}\text{N} + {}^{\;\;0}_{-1}e + \bar\nu_e$.

• Beta más ($\beta^+$): un protón se transforma en un neutrón, un positrón y un neutrino ($p \to n + e^+ + \nu_e$). El hijo tiene el mismo $A$ y una unidad menos de $Z$:

$${}^{A}_{Z}\text{X} \;\longrightarrow\; {}^{A}_{Z-1}\text{Y} + {}^{0}_{1}e + \nu_e$$Partícula: un positrón, la antipartícula del electrón (misma masa, carga $+e$), y un neutrino.

3. Radiación gamma ($\gamma$). Tras una emisión alfa o beta, el núcleo hijo suele quedar en un estado excitado y pasa a su estado fundamental emitiendo un fotón de alta energía. No cambian ni $A$ ni $Z$:$${}^{A}_{Z}\text{Y}^{*} \;\longrightarrow\; {}^{A}_{Z}\text{Y} + \gamma$$Partícula: un fotón, radiación electromagnética de longitud de onda muy corta (menor que la de los rayos X) y energía del orden de los MeV. Sin carga y sin masa. Es la menos ionizante y la más penetrante: hacen falta varios centímetros de plomo o metros de hormigón para atenuarla. Es el caso del $^{60}\text{Co}$ usado en radioterapia.

Resumen del poder de penetración: $\gamma > \beta > \alpha$ (y el de ionización, al revés). En un campo eléctrico o magnético, las $\alpha$ y las $\beta$ se desvían en sentidos opuestos, y las $\gamma$ no se desvían.