Desintegració α
La desintegració
Pot ser considerada com l'emissió espontània de nuclis d'heli a partir de nuclis d'àtoms més pesants, mitjançant un procediment de fissió nuclear espontània. Aquest fenomen es representa amb la següent equació:
Amb l'urani 238, per exemple:
La primera equació no està equilibrada elèctricament. Però, en la majoria dels casos el nucli resultant perd ràpidament dos electrons en favor de la partícula alfa i es converteix en un àtom de (4He), elèctricament neutre.
Per aquesta raó, en la majoria dels casos, quan existeix un mineral d'alt contingut d'un o més elements radioactius, als seus voltants, per la via de decaïment alfa, es formen bosses de 4He.
Tot l'heli existent en la Terra s'origina mitjançant desintegració alfa d'elements radioactius. A causa d'això sol trobar-se en dipòsits minerals rics en urani o en tori. Així mateix s'obté com a subproducte en pous d'extracció de gas natural.
L'espectre propi de la desintegració és discret: en un estudi espectroscòpic poden observar-se pics en energies identificables amb les pròpies del procés de decaïment.
El rang d'energies als quals els nuclis emeten les partícules, , pot circumscriure's a 2 MeV 9 MeV (megavolts electrònics o megaelectronvolts).
Història
[modifica]El 1898 el científic britànic Ernest Rutherford (1871-1937), quan treballava a Universitat McGill de Mont-real (Quebec), utilitzà un electròmetre per mesurar un corrent elèctric creat per la radiació que Antoine Henri Becquerel (1852–1908) havia descobert feia dos anys a una sal d'urani. Estengué una capa uniforme d'una sal d’urani i urani metàl·lic damunt una placa A de zinc, i els raigs emesos ionitzaven el gas entre aquesta placa A i una altra B. La quantitat d’ionització la mesurava pel “corrent de saturació” rebut a B quan la diferència de potencial entre A i B és prou gran per treure tots els ions a les plaques abans que poguessin recombinar-se. Després, Rutherford procedí a cobrir l’urani amb làmines d’alumini de diversos gruixos i a mesurar el corrent mitjançant l'electròmetre. Becquerel ja havia conclòs, el 30 de març de 1896, que la radiació d'urani consistia en raigs absorbits de manera desigual, és a dir, que la radiació d'urani estava formada per dues o més parts diferenciades. Però amb la seva tècnica de plaques fotogràfiques, no pogué anar més lluny. Rutherford trobà que hi havia almenys dos "raigs" diferents emesos per l'urani i els anomenà
L'energia de les partícules
El 1928 el físic rus George Gamow (1904–1968)[4] i, independentment, el físic anglès Ronald W. Gurney (1898–1953) i l'estatunidenc Edward Condon (1902–1974)[5] resolgueren el problema de l'emissió de partícules
Teoria de quàntica de Gamow
[modifica]El nucli atòmic és aproximadament esfèric amb un diàmetre de l'ordre del femtòmetre (1 fm = 10–15 m) i la seva estructura és el resultat de dos tipus d'interaccions: la nuclear forta i l'electromagnètica. A causa de la força nuclear, els protons s'enllacen amb els neutrons i aquests entre ells. La força nuclear forta és molt intensa, però té molt poc abast. D'aquesta manera es formen configuracions de protons i neutrons o agregats dintre del nucli. Cada tipus d'agregat és més o menys estable depenent del tipus i quantitat de nucleons que contingui. La partícula alfa, de «massa» , és un dels més estables i, per tant, pot existir com a tal dins del nucli pesant. Les partícules alfa resultants de la desintegració tenen una energia cinètica típica de l'ordre de 5 MeV (el que és ≈0,13% de l'energia total) i a una velocitat de 15 000 km/s.
Si és energèticament possible que dins d'un nucli atòmic (nucli pare) dos neutrons i dos protons formin una partícula
- és la càrrega elèctrica de la partícula
α , essent la càrrega elemental.
- és la càrrega elèctrica del nucli després de la desintegració (nucli fill), que és responsable de la força de Coulomb.
L'energia de la partícula
La probabilitat que la partícula
Característiques
[modifica]A la natura hom troba radionúclids primordials perquè els seus períodes de semidesintegració són comparables amb l'edat de la Terra (~ 4,54 × 10⁹ anys). Els més importants són urani 238, urani 235, tori 232, potassi 40 i rubidi 87.[8]
Els isòtops de l'urani i del tori encapçalen llargues sèries radioactives de radioisòtops descendents que hi són presents també a la natura. La desintegració
L'any 1911[9] el físic alemany Hans Geiger (1882–1945) i l'anglès John M. Nuttall (1890–1958) descobriren que per als emissors
on:
- és el nombre atòmic.
- i són dues constants.[10]
L'energia cinètica de les partícules
Toxicitat
[modifica]En ser relativament pesades i carregades positivament, les partícules alfa tenen un recorregut lliure mitjà molt curt i perden ràpidament la seva energia cinètica a poca distància de la font. Això té com a conseqüència que es dipositi una gran quantitat d'energia (de l'ordre del MeV) en una zona petita, el que augmenta el risc de dany cel·lular en cas de contaminació interna. En general, la radiació alfa externa no és perillosa perquè les partícules són absorbides en uns pocs centímetres d'aire, o per la prima capa de pell morta d'una persona. Tocar una font alfa no sol ser nociu, però la seva ingestió, inhalació o introducció en el cos pot ser-ho, depenent de la quantitat incorporada a l'organisme.
La principal font natural de radiació alfa que ens afecta en l'escorça terrestre és el radó, un gas radioactiu que es troba en el sòl, l'aigua, l'aire i les roques.[12] En inhalar aquest gas, alguns dels seus productes de desintegració queden atrapats en els pulmons. Aquests productes al seu torn segueixen desintegrant-se, emetent partícules alfa que poden danyar les cèl·lules pulmonars.[13]
Probablement la mort de Marie Curie als 66 anys per leucèmia va ser causada per una exposició prolongada a altes dosis de radiació ionitzant. Curie va treballar freqüentment amb radi, que es desintegra en radó,[14] desintegrant-se aquest al seu torn en altres elements radioactius que emeten radiació beta i gamma.
A causa del fet que tot l'heli que es troba en la Terra es produeix mitjançant desintegració alfa, aquest sol trobar-se en dipòsits minerals rics en urani o tori, i s'extrau com a subproducte en els pous d'extracció de gas natural.
Referències
[modifica]- ↑ Rutherford, E. «VIII. Uranium radiation and the electrical conduction produced by it» (en anglès). The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 47, 284, 1-1899, pàg. 109–163. DOI: 10.1080/14786449908621245. ISSN: 1941-5982.
- ↑ «ChemTeam: Discovery of Alpha and Beta Radiation». [Consulta: 24 octubre 2021].
- ↑ «Radioactivity». Hyperphysics. [Consulta: 3 novembre 2021].
- ↑ 4,0 4,1 Gamow, G. «Zur Quantentheorie des Atomkernes». Zeitschrift für Physik, 51, 1928, pàg. 204.
- ↑ Gurney, Ronald W.; Condon, Edw U. «Wave Mechanics and Radioactive Disintegration» (en anglès). Nature, 122, 3073, 9-1928, pàg. 439–439. DOI: 10.1038/122439a0. ISSN: 1476-4687.
- ↑ «Theory of Alpha Decay - Quantum Tunneling | nuclear-power.com» (en anglès americà). [Consulta: 2 novembre 2021].
- ↑ 7,0 7,1 7,2 Krane, Kenneth S. Modern physics. Nova York: Wiley, 1983. ISBN 0-471-07963-4.
- ↑ 8,0 8,1 Robert N. Cherry, Jr.. «48. Radiaciones ionizantes». A: Enciclopedia de Salud y Seguridad en el Trabajo.. Tom II. Organización Internacional del Trabajo. ISBN 978-84-7434-995-5.
- ↑ Geiger, H.; Nuttall, J.M. «LVII. The ranges of the
α particles from various radioactive substances and a relation between range and period of transformation». The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 22, 130, 01-10-1911, pàg. 613–621. DOI: 10.1080/14786441008637156. ISSN: 1941-5982. - ↑ «Diccionari de física | TERMCAT». [Consulta: 4 novembre 2021].
- ↑ Masterson, Robert. Nuclear engineering fundamentals: a practical perspective. Boca Raton, FL: CRC Press, 2017. ISBN 978-1-4822-2149-7.
- ↑ «ANS : Public Information : Resources: Radiation Dose Chart». Arxivat de l'original el 2018-07-15. [Consulta: 25 octubre 2008].
- ↑ «EPA Radiation Information: Radon.». Arxivat de l'original el 2006-04-26. [Consulta: 25 octubre 2008].
- ↑ Health Physics Society, «Did Marie Curie die of a radiation overexposure?» Arxivat 2007-10-19 a Wayback Machine.
Bibliografia
[modifica]- Eisberg, Robert Resnick, Robert. Física cuántica: Átomos, moléculas, sólidos, núcleos y partículas. México D.F.: Limusa, 1994. 968-18-0419-8, 978-9681804190.
- Antonio Ferrer Soria. Física nuclear y de partículas. Universidad de Valencia, 3ª edición, febrero 2015. ISBN 978-84-370-9645-2.