“Decaimiento radiactivo” (B)

Propósito:

Encontrar la vida media para un modelo de decaimiento radiactivo.

Introducción.

La radiactividad se define como la desintegración espontánea del núcleo de uno o más átomos. Este fenómeno fue descubierto en 1896 por Henry Becquerel, se refiere casi por completo a los elementos más pesados de la tabla periódica. Todos los elementos con número atómico mayor a 83 son radiactivos. Cada elemento radiactivo se desintegra con cierta rapidez.

La vida media (T½)o periodo de desintegración de un material radiactivo es el tiempo necesario que debe transcurrir para que se desintegre la mitad de átomos activos de cierta cantidad dada. Por ejemplo, si un isótopo tiene un periodo de desintegración de 5 horas y si inicialmente tenemos 10 Kg de él, después de 5 horas quedarán sin decaer 5 Kg, después de 10 horas quedarán 2.5 Kg, después de 15 horas quedarán 1.25 Kg y así sucesivamente.

La T½ de una sustancia radiactiva está relacionada con su rapidez de desintegración, entre más corta sea la vida media de un elemento, mayor será su rapidez de desintegración y más radiactivo es el elemento.

El siguiente, es un ejemplo de desintegración radiactiva:

Ra Rn + He

Núcleo Núcleo Partícula

“padre” “hijo” “”

Material:

Una bolsa con 100 dados.

Procedimiento experimental.

Análisis.

1. ¿Influye en el experimento el número fatídico escogido?

No, puesto que es un proceso de azar.

2. Después de la misma tirada, ¿El número de dados vivos es el mismo para todos los equipos?

No, aunque sí es parecido.

3. ¿Puede predecirse el número de dados vivos en cada tirada?

No.

4. Si comparamos la gráfica experimental con las gráficas que vienen en los libros, ¿Cómo son éstas?

Muy parecidas.

5. ¿Cuál es la vida media en el modelo experimental?

4 tiradas.

6. ¿En el modelo trabajado en el laboratorio, ¿cómo está representada la masa crítica?

Por el número de dados vivos.

7. El decaimiento radiactivo, al igual el juego de dados es un proceso de azar, ¿Qué nombre se Le da a este tipo de procesos en física?

Se conocen como procesos probabilísticos o aleatorios.

8. Una vez conocida la vida media en el modelo, ¿ Podría predecirse el número de dados vivos en la tirada número 16? ¿Cuál es?

Si, entre 4 y 6.

9. Si hubieras usado 300 dados en lugar de 100, ¿la vida media sería la misma?

No.

Investigación.

1. Cámara de niebla

La cámara de niebla está formada por un recipiente con un diámetro de varios centímetros, o mayor, con una ventana de vidrio en un lado y un pistón móvil en el otro. Cuando se baja el pistón, el gas se expande rápidamente y su temperatura disminuye. Las partículas nucleares o atómicas cargadas producen iones, y dejan tras de sí una traza de partículas ionizadas, y, con el vapor de agua, se hacen visibles.

Como las trayectorias de las partículas eléctricamente cargadas son desviadas por un campo magnético y su desviación depende de la energía de la partícula, las cámaras de niebla se sitúan frecuentemente en el interior de un campo magnético.

Fig. 1. Huellas de partículas  vistas en una cámara de niebla.

Cámara de burbujas

Tiene un funcionamiento similar a la cámara de niebla: se mantiene un líquido bajo presión a una temperatura algo inferior a su punto de ebullición. La presión se reduce justo de que las partículas subatómicas atraviesen la cámara; las partículas de alta energía perturban al líquido y se forman minúsculas burbujas. Si se toma una fotografía justo después de que las partículas hayan atravesado la cámara, las burbujas permiten visualizar las trayectorias de las partículas.

Fig. 2. Fotografía de las trayectorias de partículas radiactivas en una cámara de burbujas.

Contador Geiger

Está formado por un tubo lleno de gas a baja presión. Un circuito eléctrico mantiene un campo eléctrico intenso entre las paredes del tubo y un alambre fino situado en el centro del mismo. Cuando las partículas radiactivas colisionan con el gas del tubo, los ionizan y generan electrones libres, que crean un pulso eléctrico que se amplifica y cuenta electrónicamente.

Contador de centelleo

El contador de centelleo se basa en la ionización producida por partículas cargadas que se desplazan a gran velocidad en determinados sólidos y líquidos transparentes, conocidos como materiales centelleantes. Esto, aunado a un foto multiplicador, el cual cuenta los centelleos electrónicamente.

Como material de centelleo se emplean diferentes sustancias orgánicas e inorgánicas, como plástico, sulfuro de cinc, yoduro de sodio o antraceno. En numerosos campos de la investigación actual, el contador de centelleo resulta superior a todos los demás dispositivos de detección.

2. Los isótopos radiactivos o radioisótopos tienen varios usos:

Algunos isótopos se emplean para analizar materiales rastreando elementos presentes en cantidades muy pequeñas. La técnica utilizada se llama análisis de activación. Se irradia una muestra con proyectiles nucleares (normalmente neutrones) para convertir núclidos estables en núclidos radiactivos, que luego se miden con detectores de radiación nuclear. Por ejemplo, el sodio de una muestra puede ser detectado irradiando la muestra con neutrones, y convirtiendo así parte de los núcleos estables ðNa en núcleos radiactivos ðNa; a continuación se mide la cantidad de estos últimos contando las partículas ð y los rayos γ emitidos.

Los isótopos también son útiles en la radiología, una rama de la medicina. Esta bombardea isótopos radiactivos, y éstos liberan rayos X, los cuales, los huesos la absorben, y, con ayuda de una placa fotográfica, los isótopos no absorbidos son captados por medio de ésta, así como trazadores radiactivos y medios de contraste.

Otra importante función es en el fechamiento de restos fósiles y restos minerales. Esta técnica consiste en someter a la muestra a un bombardeo de isótopos radiactivos

3. El isótopo radiactivo que se usa para saber la antigüedad de los organismos vivos es el Carbono14. Todos los organismos vivos, durante sus vidas, absorben este isótopo, y cuando mueren, éste isótopo va decayendo, así que, determinando la cantidad de C14 restante, se puede determinar la antigüedad del fósil.

4. Los Isótopos que se usan en la datación de rocas son:

Método del potasio-argón

Se aprovecha la desintegración del potasio radiactivo a argón para la datación de rocas. En éste método se aprovecha la abundancia de K en micas, feldespatos y hornablendas Los geólogos pueden datar muchas muestras con este sistema debido a la abundancia del potasio en micas, feldespatos y hornablendas. El derrame de argón es problemático si la roca ha sido expuesta a temperaturas superiores a 125 °C; en tal caso, la edad calculada será la del último calentamiento y no la de la formación original.

Método del rubidio-estroncio

Este método se basa en la desintegración beta de rubidio 87 a estroncio 87. Se suele usar para verificar fechas calculadas con potasio-argón, debido a que el estroncio derivado no se difunde tras un calentamiento suave como hace el argón.

5. Vida media del Torio 234.

Bibliografía.

White, H Física, descriptiva quinta reimpresión. México. Editorial Reverte, 1964 pp. 384 - 387

Enciclopedia de las ciencias. Ciencias físicas I octava edición, 1988 México Editorial Cumbre pp. 262 - 268

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