Energía de desintegración

Cambio de energía de un núcleo después de la desintegración radiactiva

La energía de desintegración es el cambio de energía de un núcleo que ha sufrido una desintegración radiactiva . La desintegración radiactiva es el proceso en el que un núcleo atómico inestable pierde energía emitiendo partículas ionizantes y radiación . Esta desintegración, o pérdida de energía, da como resultado que un átomo de un tipo (llamado nucleido padre ) se transforme en un átomo de un tipo diferente (llamado nucleido hijo ).

Cálculo de la descomposición

La diferencia de energía de los reactivos a menudo se escribe como Q :

${\displaystyle Q=\left({\text{Kinetic energy}}\right)_{\text{after}}-\left({\text{Kinetic energy}}\right)_{\text{before}},}$

${\displaystyle Q=\left({\text{Rest mass}}\right)_{\text{before}}c^{2}-\left({\text{Rest mass}}\right)_{\text{after}}c^{2}.}$^[1]

La energía de desintegración se expresa generalmente en unidades de energía MeV (millones de electronvoltios ) o keV (miles de electronvoltios):

${\displaystyle Q{\text{ [MeV]}}=-931.5\Delta M{\text{ [Da]}},~~({\text{where }}\Delta M=\Sigma M_{\text{products}}-\Sigma M_{\text{reactants}}).}$^[2]

Los tipos de desintegración radiactiva incluyen:

• luz de gama
• desintegración beta (la energía de desintegración se divide entre el electrón emitido y el neutrino que se emite al mismo tiempo)
• desintegración alfa

La energía de desintegración es la diferencia de masa Δm entre el átomo padre y el átomo hijo y las partículas. Es igual a la energía de radiación E. Si A es la actividad radiactiva , es decir, el número de átomos que se transforman por tiempo, M la masa molar, entonces la potencia de radiación P es:

${\displaystyle P=\Delta {m}\left({\frac {A}{M}}\right).}$

o

${\displaystyle P=E\left({\frac {A}{M}}\right).}$

o

${\displaystyle P=QA.}$

Ejemplo: ⁶⁰ Co se desintegra en ⁶⁰ Ni. La diferencia de masa Δm es 0,003 u . La energía radiada es aproximadamente 2,8 MeV. El peso molar es 59,93. La vida media T de 5,27 años corresponde a la actividad A = N [ ln(2) / T ] , donde N es el número de átomos por mol y T es la vida media. Teniendo en cuenta las unidades, la potencia de radiación para ⁶⁰ Co es 17,9 W/g   

Potencia de radiación en W/g para varios isótopos:

⁶⁰ Co: 17,9

²³⁸ Pu: 0,57

¹³⁷ Cs: 0,6

²⁴¹ Soy: 0.1

²¹⁰ Po: 140 (T = 136  días)

⁹⁰ Sr: 0,9

²²⁶ Ra: 0,02

Para su uso en generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG), es deseable una alta energía de desintegración combinada con una vida media prolongada. Para reducir el costo y el peso del blindaje contra la radiación , se prefieren fuentes que no emitan una fuerte radiación gamma . Esta tabla da una indicación de por qué, a pesar de su enorme costo,²³⁸
El Pu, con su vida media de aproximadamente ochenta años y sus bajas emisiones gamma, se ha convertido en el nucleido RTG preferido.90Sr tiene un peor desempeño que²³⁸
En casi todas las medidas, el Pu tiene una vida útil más corta, es un emisor beta en lugar de un emisor alfa fácilmente protegido y libera una radiación gamma significativa cuando su nucleido hijo⁹⁰
El Y se desintegra, pero como es unproducto de fisión nuclear de alto rendimiento y fácil de extraer químicamente de otros productos de fisión, los RTG basados ​​en titanato de estroncio se utilizaron ampliamente en lugares remotos durante gran parte del siglo XX. El cobalto-60, si bien se utiliza ampliamente para fines como la irradiación de alimentos, no es un isótopo RTG viable, ya que la mayor parte de su energía de desintegración se libera por rayos gamma, lo que requiere un blindaje sustancial. Además, su vida media de cinco años es demasiado corta para muchas aplicaciones.

Véase también

• Valor Q (ciencia nuclear)

Referencias

1. "Decaimiento alfa" (PDF) . Soton . Archivado (PDF) del original el 8 de mayo de 2016 . Consultado el 31 de marzo de 2021 .
2. Choppin, Gregory R. (2002). Radioquímica y química nuclear. Gregory R. Choppin, Jan-Olov Liljenzin, Jan Rydberg (3.ª ed.). Woburn, MA: Butterworth-Heinemann. pág. 62. ISBN 978-0-08-051566-3.OCLC 182729523  .

• Radiactividad Radionucleidos Radiación por Joseph Magill y Jean Galy, Springer Verlag, 2005