Física Experimental IV Curso 2014 Clase 11 Página 1 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas...

Física Experimental IVCurso 2014

Clase 11 Página 1

Departamento de Física

Fac. Ciencias Exactas - UNLP

Series de desintegración naturales


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Series radiactivas

Un grupo de radioisótopos genéticamente relacionados en el cual cada isótopo sucesivo es formado como resultado de la desintegración alfa o beta de un isótopo precedente.Cada serie radiactiva tiene un isótopo padre, que es el que tiene la mayor vida media.

Las series radiactivas terminan en un isótopo estable.

Si un núcleo emite una partícula alfa su número atómico y su masa cambian. Si un núcleo emite una partícula beta su número másico no cambia.

Luego, en cada serie radiactiva, el número másico de los miembros difiere en múltiplos de cuatro o no cambia.

Así podemos distinguir las series radiactivas según el resto de dividir por cuatro el número másico de uno de los miembros sea cero, 1, 2 ó 3. Así, las los números másicos de los elementos de las series pueden ser dados por la fórmula general 4n, donde n es un número entero, ó 4n+1, 4n+2 ó 4n +3.



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Las series radiactivas son usualmente nombradas de acuerdo a al isótopo padre:

Asi se habla de la serie del Torio, del Neptunio, del Uranio (238U) y del actino (235U)

Debe quedar claro que cada isótopo radiactivo pertenece solo a una serie específica.

Las series del Torio, del 235U y del 238U existen en la naturaleza. La razón para esto es que

las vidas medias del 232Th (1.41 × 1010 años), 235U (7.13 × 108 años) y 238U (4.51 × 109 años)

son comparables a la edad de la tierra (varios miles de millones de años ) y que estos isótopos

aún no han desaparecido. Estas series naturales terminan en los isótopos estables del Pb:

208Pb, 207Pb y 206Pb.

La vida media del 237Np es 2.14 × 106 años. Esta serie no es encontrada en la naturaleza. Los isótopos de esta serie fueron obtenidos artificialmente en la década del 40 y del 50. La serie del 237Np termina en el isótopo estable 209Bi.



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Cada serie radiactiva incluye tanto isótopos de larga vida como de corta.

Si un isótopo pertenece a una serie radiactiva natural debe estar presente en la naturaleza aun si su vida media es muy corta. Esto esta relacionado al establecimiento, con el tiempo, del equilibrio secular en la serie. El tiempo necesario para llegar a ese equilibrio es del orden de 10 veces el tiempo de vida más largo de algún miembro de la serie.

En el equilibrio secular la razón de formación de un isótopo es igual a la razón de su desintegración. Así, el contenido del isótopo permanece virtualmente sin cambiar durante cientos de años. Su presencia decrece en forma indetectable con la desaparición del padre de la serie.



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PbTh 20882

23290

n4


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TlNp 20581

23793

14 n 14 n


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PbU 20682

23892

24 n

PbU 20682

23892


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34 n PbU 20782

23592

PbTh 20882

23290 n4

TlNp 20581

23793 14 n

PbU 20682

23892 24 n

¿En estos procesos, cuántas partículas y cuántas son emitidas?

¿Hay una fórmula general?


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34 n PbU 20782

23592

PbTh 20882

23290 n4

TlNp 20581

23793 14 n

PbU 20682

23892 24 n

¿Hay una fórmula general?

¿En estos procesos, cuántas partículas y cuántas son emitidas?

ZNn

An

2

4


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Realizando un experimento similar al de Becquerel, es posible reproducir a nivel doméstico, la demostración de la existencia de la radiactividad natural de algunos elementos químicos como el potasio y el torio.

El potasioEl potasio es el elemento químico cuyo símbolo es K y su número atómico esZ=19. Es un metal alcalino de color blanco plateado que se oxida rápidamente en el aire y se lo considera un elemento esencial, es decir, su consumo es imprescindible para preservar la vida. El potasio constituye el 2,4% en peso de la corteza terrestre, siendo el séptimo elemento en abundancia. Se lo encuentra en muchos alimentos como la banana, las carnes, la leche y la berenjena.


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La hipertensión arterial y el potasio

Un número significativo de personas sufren de hipertensión arterial, o sea quenormalmente tienen valores altos de presión sanguínea. La hipertensión arterial se asocia a tasas de morbilidad y mortalidad considerablemente elevadas y es consideradacomo uno de los problemas más importantes de salud pública ya que afecta cerca de1.000 millones de personas a nivel mundial.Se recomienda a estos enfermos evitar en las comidas el uso de la sal común de mesa(Cloruro de Sodio – NaCl) ya que la misma produce retención de agua a nivel celular.Pero es factible sustituirla por una sal dietética especial en la cual se sustituye el sodiopor el potasio.


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La radiactividad natural del potasioSe conocen 17 isótopos del potasio y sólo 3 son naturales (K-39, K-40, K-41).Entre ellos, el principal por su abundancia relativa es el K-40, que es radiactivo y se transforma con una vida media de 1.250 millones de años en argón-40 y calcio-40. La desintegración radiactiva del K-40 en Ar-40 se emplea como método para la datación de rocas, a partir de la hipótesis de que éstas no contenían argón cuando se formaron, y que el formado posteriormente no escapó de ellas, sino que fue retenido. De este modo, el argón que se encuentra presente en la roca, se supone debe provenir completa y exclusivamente de la desintegración del potasio original.


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El torio

El torio (Th) es el elemento químico de número atómico Z=90. Se trata de unelemento de la serie de los actínidos que se encuentra en estado natural en los minerales como la monazita, torita y torianita. El mismo tiene importantes aplicaciones en la fabricación de piezas para motores, y en el futuro posee un gran potencial ante la posibilidad de utilizarlo como parte del ciclo del combustible nuclear. Sólo a título informativo, se puede afirmar que existe más energía en el interior de los núcleos de los átomos del torio de la corteza terrestre que en todo elpetróleo, carbón y uranio existentes en el planeta.Este elemento pertenece a la familia de las sustancias radiactivas naturales, loque significa que su núcleo es inestable y que en un lapso más o menos largo se transforma en otros elementos.


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El farol tipo “Sol de noche” y el torioEn los campamentos o excursionesde pesca, frecuentemente se encuentranestos dispositivos utilizados para la iluminación en lugares en los cuales no hay suministro de electricidad por red. Su principal característica consiste en que posee una manta luminosa, conocida comúnmente como “camisa”, que brilla poniéndose incandescente sin quemarse. Esto se debe a que en su construcción se utiliza el torio, que es un metal radiactivo natural de alto punto de fusión.


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EXPERIMENTOS DE LABORATORIO:¿Cómo se puede comprobar que el torio o el potasio son naturalmente radiactivos?Se puede demostrar la existencia de la radiactividad procedente del torio o delpotasio a través de un sencillo experimento, en el cual todos los materiales pueden ser obtenidos fácilmente.


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Materiales necesarios- Sal dietética para hipertensos o una manta (“camisa”) de farol tipo Sol de Noche.- Tres placas radiográficas de uso odontológico.- Objetos metálicos (llave, moneda o clips).

-Procedimiento de trabajo

1)En un lugar en el cual puedan permaneceren reposo y en condiciones estables de humedad y temperatura durante un período de aproximadamente 30 días, se coloca una capa de algunos milímetros de espesor de sal dietética o la camisa del farol. Sobre ello se disponen objetos metálicos como los mencionados radiográficas.2)Transcurrido el tiempo de exposición, se retiran las placas radiográficas y se revelan3) Colocando las placas sobre un fondo blanco en contraluz, se observarán las imágenes formadas por la radiación que incidió sobre las placas. Las zonas claras representarán los objetos metálicos, ya que los mismos actuaron como blindaje, evitando el paso de la radiación.


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0 200 400 600 800 1000 1200 14000

200

400

600

800

1000

1200

1400

E(keV)

Espectro de una fuente de 22Na obtenido con un detector de Ge hiperpuro


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Espectro de una fuente de 22Na obtenido con el detector INa(Tl)

0 1000 20000

600

1200


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Carnotita

Formula química : K2(UO2)2V2O8•3(H2O)

Composición: Peso molecular = 902.18 gm

Potasio 8.67 % K 10.44 % K2O

Uranio 52.77 % U 59.86 % UO2

Vanadio 11.29 % V 20.16 % V2O5

Hidrógeno 0.67 % H 5.99 % H2O

Oxígeno 26.60 % O



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0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 18000

20

40

60

80

100

120

140

160

Cu

en

tas

Energía (keV)

Espectro de Carnotita


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0 500 1000 1500 20000

5000

10000

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20000

25000

cu

enta

s

energía (keV)

Espectro de camisas de farol de noche.


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0 200 400 600 800 10000

10000

20000

30000

Cuenta

s

E(keV)

Espectro gama de Uranio natural obtenido con detector de Germanio hiperpuro


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0 200 400 600 800 1000 1200 14000

200

400

Cuen

tas

E(keV)

Espectro gama del fondodel laboratorio GISDRAMA*

•Grupo de Investigación y Servicios de Radioactividad en Medio Ambiente FCE-UNLP, IFLP-CONICET


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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 380,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

FW

HM

[keV

]

E1/2 [keV1/2]



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12

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