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Radiactividad, es una palabra que nos transmite misterio y miedo, en este artículo vamos a desvelar sus secretos y en paralelo los descubrimientos de la familia Curie, que fueron los pioneros en esta materia y con sus sucesivos descubrimientos han estado presentes en todas las etapas de su desarrollo. Por esta contribución, han sido galardonados con cinco Permios Nobel, en dos generaciones: Marie Curie. Física. 1903; Pierre Curie. Física. 1903; Marie Curie. Química. 1911; Irene Curie. Química. 1935; Frederic Juliot Química.1935.
Radiactividad, fue el nombre que dio Henri Becquerel en 1896, al fenómeno desconocido hasta el momento, mediante el cual la pechblenda, (mineral del que se extraía el uranio), impresionaba placas fotográficas en ausencia de luz.
En diciembre de 1897, Marie Curie comenzó su tesis doctoral en La Sorbona de París, sobre dos descubrimientos que acababan de aparecer: los rayos X y la radiactividad.
En junio de 1898, Marie en colaboración con su marido Pierre Curie, consiguieron aislar de la pechcblenda 0,1 gr de un nuevo elemento químico, en forma de cloruro, que presentaba mayor radiactividad que el uranio, al que denominaron Polonio, en honor a la patria de Marie.
En diciembre de 1898 el matrimonio Curie, dio a conocer el descubrimiento de otro nuevo elemento químico, que tenía 900 veces más radiactividad que el uranio, le denominaron Radio.
En 1903, se les concedió a Pierre y Marie Curie el Premio Nobel de Física, por sus trabajos sobre la radiactividad, compartido con Henri Becquerel.
¿QUE ES LA RADIACTIVIDAD?
La radiactividad es un fenómeno, que tiene lugar en algunos elementos químicos, llamados elementos radiactivos, cuyos núcleos atómicos no estables se descomponen de forma natural y espontanea, para convertirse en otros núcleos más estables, liberando partículas α y β y radiación γ.
Tipos de partículas y radiación emitidos en un proceso radiactivo Imagen. Wikimedia Commons. libre Alfa beta gamma radiation.png
Partículas α. Son núcleos de átomos de He (helio), es decir átomos de He que han perdido sus dos electrones: 4He2+. Su masa es elevada y tienen bajo poder de penetración. Pueden ser retenidos por una hoja de papel o la piel humana.
Partículas b. Son “chorros” de electrones originados en el proceso de desintegración nuclear. Esta radiación es de menor masa que las partículas α, y es más penetrante, puede atravesar una hoja de papel, pero la retiene una hoja de papel de aluminio.
Rayos gamma γ. Son radiaciones muy penetrantes, se les puede denominar fotones de alta energía.
Los elementos radiactivos, emiten radiactividad durante periodos de tiempo extraordinariamente altos. Para evaluar estos tiempos, se utiliza el término “periodo de semi desintegración”, que se define como el tiempo que tardan en dismutarse, la mitad de los átomos de un compuesto radiactivo. Algunos valores:
238U (uranio 238): 4.458 millones de años. Si, has leído bien.
14C (carbono 14): 5.760 años
210Po (polonio 210): 138,39 días
131I (iodo 131): 8,02 días
RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
Algunos elementos químicos no radiactivos, al ser “bombardedeados” con partículas de alta energía, radiación α o protones, pueden desintegrarse para dar otros elementos distintos, de menor masa y emitir radiactividad.
La radiactividad artificial, fue descubierta, en 1934 por Irene Curie y Fréderic Joliot, al bombardear una lámina de aluminio con partículas alfa, se dieron cuenta de que se formaba un isótopo radiactivo del fósforo y posteriormente silicio.
27Al + α —–> 31P —–> 30P + γ + 0n —–> 30Si +ß
Mediante la radiactividad artificial, se puede transformar un elemento químico en otro distinto, este descubrimiento permite cumplir “el sueño del alquimista”, convertir cualquier elemento químico en oro, aunque “sigue siendo un sueño” porque económicamente no es rentable.
Por el descubrimiento de La radiactividad artificial, Irene Curie y Fréderic Joliot, recibieron el Premio Nobel de Química en 1935.
FISIÓN NUCLEAR
Al “bombardear”, con neutrones (0n) un elemento químico estable, de masa atómica elevada, su núcleo se puede inestabilizar y fragmentarse en dos núcleos de menor masa dando lugar a uno o varios elementos químicos distintos, liberando una enorme cantidad de energía y generando varios neutrones. Estos neutrones, sirven a su vez como “proyectiles” para bombardear a átomos próximos, que se fisionarán originando, nuevos fragmentos, más neutrones y gran cantidad de energía. Esto es lo que se conoce como reacción en cadena, que de no ser controlada tiene efecto explosivo.
Mediante fisión nuclear, se ha conseguido obtener más de cuatrocientos isótopos radiactivos nuevos.
La energía liberada por gramo de uranio 235, es: 8,2 x 107 kJ. Equivalente a la combustión de 3 toneladas de carbón.
CENTRALTERMO NUCLEAR
Una central termo nuclear, es una instalación, en la que se transforma la energía producida en un proceso de fisión nuclear controlada (energía nuclear), en energía eléctrica. Consta de varias partes:
Núcleo del reactor nuclear, es donde está ubicado el combustible (material fisonable) y donde tiene lugar el proceso de fisión controlada. Los combustibles nucleares más frecuentes son 235U (uranio 235) y 239Pu (plutonio 239).
Una vez que se inicia la reacción en cadena, es necesario tener bajo control la cantidad de neutrones liberados en la reacción, para esto se utilizan “barras de control”, construidas con materiales que tienen alta capacidad para absorber neutrones.
Además de estrictas especificaciones técnicas, el reactor, debe tener un blindaje de alta eficacia, para absorber los altísimos niveles de radiactividad que se emite en el proceso y evitar su trasmisión al exterior.
Circuito primario de agua, rodea al material fisionable, absorbe la energía libreada en la reacción nuclear y se convierte en vapor a alta presión.
Circuito secundario de agua, mediante intercambiadores de calor se trasfiere la energía del circuito primario, que es altamente radiactivo, a este circuito de vapor de alta presión no radiactivo.
Turbinas, el vapor del circuito secundario mueve unas turbinas, que están conectadas con alternadores que transforman la energía mecánica en energía eléctrica, de media tensión y alta intensidad.
Una vez más aparece la familia Curie, el matrimonio Joliot e Irene Curie, junto con otros científicos crearon el primer reactor nuclear francés, en 1948.
Esquema de funcionamiento de una central termonuclear Imagen de Partes de una central nuclear
FUSIÓN NUCLEAR
La fusión nuclear es una reacción, en la que se produce la unión de dos átomos de baja masa molecular, para dar lugar a otro átomo más pesado.
2H (deuterio) + 3H (tritio) —–> 4He + 0n + 17,59 MeV
La masa del átomo resultante, es ligeramente inferior a la suma de los átomos iniciales, esta diferencia de masa se transforma en una enorme cantidad de energía, que se cuantifica mediante la ecuación E = mc2.
* velocidad de la luz (c = 3 × 108 m/s)
Las reacciones de fusión, pueden liberar hasta 10 millones de veces más de energía, que las reacciones de combustión de cualquier otro combustible conocido en la actualidad.
La energía del Sol, se produce mediante fusión y en su interior se alcanzan temperaturas del orden de 15 millones grados kelvin.
El proceso de fusión, sería una fuente inagotable de energía, pero como siempre la naturaleza nos pone las cosas muy difíciles. Para conseguir las condiciones en que se produce la fusión, es necesario entre otras cosas, confinar los átomos (plasma) a fusionar a temperaturas del orden de 100 millones de grados centígrados.
La investigación para construir un prototipo de fusión, seguro y económicamente rentable, está avanzando rápidamente y esperemos que pronto pueda ser una realidad.
BOMBA ATÓMICA
En la historia de la humanidad, los avances científicos han contribuido a la salvación de muchas vidas, pero también se han utilizado para destruir.
Frédéric Joliot e Irene Curie, ante el peligro de la utilización con fines bélicos, de sus investigaciones, dejaron de hacer públicos sus trabajos científicos.
En 1942 Estados Unidos, reunió a grandes científicos de la época, en el “Proyecto Manhattan”, para desarrollar la bomba atómica, como arma definitiva para ganar la segunda guerra mundial. En 1945, lanzó dos bombas atómicas sobre las ciudades japonesas de Hiroshima y Nagasaki.
La bomba atómica, basa su poder destructivo, en la enorme energía liberada en una reacción nuclear en cadena, no controlada.
Hay varios tipos de bombas atómicas, la lanzada sobre Hiroshima, fue de 235U (uranio 235). El mecanismo de funcionamiento es el siguiente: dos fragmentos de uranio, de unos 32 kg cada uno, inicialmente separados, se hacen “chocar” mediante un explosivo convencional, para alcanzar la denominada “masa crítica”, unos (64 kg), cantidad de uranio mínima necesaria para que se inicie el proceso de fisión nuclear descontrolado, que libera de forma explosiva, toda la potencia destructiva de la energía nuclear.
La potencia explosiva, de esta bomba, fue equivalente a la detonación de 16.000 toneladas de TNT(trinitrotolueno).
Se estima que, en la explosión de Hiroshima, la temperatura se elevó instantáneamente a más de un millón de grados centígrados, lo que incendió el aire circundante generando una bola de fuego de unos 256 metros de diámetro.
APLICACIONES DE LA RADIACTIVIDAD
LUCHA CONTRA EL CÁNCER
Marie Curie, desde el principio de su investigación, se interesó por las aplicaciones médicas de las sustancias radiactivas. Bajo su dirección, se inauguró el Instituto del Radio de París en 1914 y el Instituto del Radio en Varsovia en 1932, para profundizar en los asombrosos resultados terapéuticos de la aplicación del Radio en tumores cancerosos. Los descubrimientos de Marie Curie en el campo de la radioactividad sentaron las bases de una nueva rama científica, la física nuclear.
Radioterapia
La radioterapia, aprovecha el poder de las radiaciones ionizantes, producidas por elementos radiactivos para destruir tejidos malignos o tumores, sin afectar demasiado a tejidos sanos próximos. La radiación directa de tumores, se inició con la “bomba de cobalto” que irradia directamente sobre el tumor la radiación procedente de una fuente de cobalto 60. Actualmente se utilizan “aceleradores lineales”, que emiten radiación de alta energía en la zona del tumor.
Los isótopos más utilizados en radioterapia son:
32P (fósforo 32); 60Co (cobalto 60); 90Sr (estroncio 90); 125I (iodo 125);
131I (iodo 131); 198Au (oro 198); 226Ra (radio 226).
Medicina nuclear. La medicina nuclear utiliza sustancias radiactivas, que son inyectadas o ingeridas por el paciente. La radiación emitida por estos compuestos es captada por un sistema computerizado que las trasforma en imágenes muy precisas del órgano o tumor a estudiar.
Braquiterapia
Utiliza fuentes cerradas o selladas de material radiactivo, que se colocan en contacto con el tumor o se introducen en el seno del mismo.
DATACION CON CARBONO 14
Otra aplicación interesante de la radiactividad, el 14C (carbono 14), es un isótopo ligeramente radiactivo del 12C, todos los seres vivos, absorben 14C en su ciclo vital, al morir dejan de incorporar nuevo 14C y la cantidad disminuye, siguiendo la ley de la “vida media” del 14C, que es 5.730 años. La cantidad de 14C existente en el resto biológico, en el momento de su análisis, nos indica el tiempo transcurrido desde su muerte.
El descubrimiento de la radiactividad y sus aplicaciones, ha sido uno de los grandes logros de la ciencia en los últimos tiempos y se espera que siga aportando soluciones para la mejora de nuestra cantidad y calidad de vida.
