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Isótopos radiactivos

Representación artística de un átomo

Eduardo Mirón López
@EduardoMironLpz


Mientras escribía el artículo sobre Marie Curie tuve un momento para reflexionar sobre lo desconocidos que son los materiales radioactivos para el público en general. La imagen que tenemos de ellos es normalmente la de un pequeño artefacto brillante, irradiando una energía maligna que produce cánceres y guardando en su interior un arma de destrucción masiva apenas contenida. Lo cierto es que suelen ser unas piezas de metal poco lustroso que fácilmente se confundirían con chatarra a simple vista.

Lo primero que hay que entender es que los materiales radioactivos están formados por isótopos radioactivos. Un isótopo no es más que las distintas formas en que puede encontrarse un átomo de un elemento químico. Cada elemento químico se define por cuántos protones contiene su núcleo, pero el número de neutrones puede variar y por ello existen los isótopos. Existen 118 elementos químicos, pero en la naturaleza se han encontrado 339 isótopos.

Cadena de desintegración del uranio-235En algunos casos, un isótopo es inestable. La combinación de protones y neutrones conlleva una energía nuclear excesiva y eso nunca acaba bien. El átomo inestable buscará volverse estable y eso se consigue pasando a un estado de menor energía, cosa que logra emitiendo radiación. La radiación es simplemente la transferencia de energía mediante ondas o partículas. Puede distinguirse radiación no ionizante e ionizante. La diferencia es la energía transmitida, que si supera los 10 eV hace que pasemos al caso ionizante. Por encima de este umbral la radiación tienen energía suficiente para ionizar otros átomos (quien lo diría…) y romper enlaces químicos. Para los curiosos, eV (electrón-voltio) es una unidad de energía común y bastante pequeña (la energía cinética de un mosquito volando es del orden del billón de eV).

Un átomo inestable libera su exceso de energía de forma aleatoria y no es posible predecir cuándo va a hacerlo. Pero cuando se trata de una gran cantidad de estos átomos (y muchos átomos ocupan muy poco) podemos hablar de lo que se conoce como periodo de semidesintegración, que se define como el tiempo que pasa hasta que la mitad de los átomos radioactivos dejan de serlo porque han liberado su exceso de energía. Los periodos de semidesintegración pueden ir de miles de millones de años a  fracciones de segundo.

De aquellos 339 isótopos la teoría dice que sólo 90 son estables, pero en realidad 288 de ellos están presentes en nuestro planeta desde su formación pues sus periodos de semidesintegración son mayores que la edad del sistema solar o son estables. Por tanto sólo 51 isótopos naturales son de facto radioactivos. Posteriormente se han sintetizado en laboratorio más isótopos radioactivos, siendo los menos aquellos con periodos de semidesintegración mayores de una hora (556 de más de 3000). Algunos datos sobre radioisótopos conocidos: el uranio-235 es natural y periodo de semidesintegración es de más de 700 millones de años, mientras que el plutonio-239 es artificial y su periodo de semidesintegración supera los 24000 años.

Pieza de plutonio-239

¿Qué ocurre con isótopo cuando libera energía en forma de radiación? Aparte de volverse algo más estable pueden pasar varias cosas dependiendo de cómo es esa radiación. Puede ser que siga siendo el mismo isótopo con menos energía (radiación gamma, conversión interna), convertirse en otro isótopo del mismo elemento (emisión de neutrón) o convertirse en otro elemento (radiación alfa, radiación beta, fisión). En cualquier caso, un isótopo radioactivo seguirá liberando energía en forma de radiación de algún tipo mientras no sea estable. Al final terminará convirtiéndose en uno de esos 288 isótopos que son observablemente estables. El camino que sigue se conoce como cadena de desintegración. El uranio-235 termina convirtiéndose en plomo-206, liberando 51.7 MeV en un proceso que puede llevar millones de años.

Pero como decía al principio, los isótopos radioactivos no se usan exclusivamente para fabricar bombas. La inmensa mayoría no tienen aplicaciones reales porque sus periodos de semidesintegración son demasiados pequeños, pero los que la tienen se usan por ejemplo en la industria para inspeccionar soldaduras o en medicina para tratar algunos tipos de cáncer. Además hay que tener en cuenta que la radiación está presente en la naturaleza, siendo peligrosa sólo en el caso de que la potencia emitida sea muy alta y eso sólo se da en caso de presentarse una gran concentración de radioisótopos.

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