El esquema de desintegración de una sustancia radiactiva es una presentación gráfica de todas las transiciones que ocurren en una desintegración y de sus relaciones. A continuación se muestran ejemplos.
Es útil pensar en el esquema de desintegración colocado en un sistema de coordenadas, donde el eje vertical es la energía, que aumenta de abajo hacia arriba, y el eje horizontal es el número de protones, que aumenta de izquierda a derecha. Las flechas indican las partículas emitidas. Para los rayos gamma (flechas verticales), se dan las energías gamma; para la desintegración beta (flecha oblicua), la energía beta máxima.
Estas relaciones pueden ser bastante complicadas; Aquí se muestra un caso simple: el esquema de desintegración del isótopo radiactivo de cobalto cobalto -60 . [1] El 60 Co se desintegra emitiendo un electrón ( desintegración beta ) con una vida media de 5,272 años en un estado excitado de 60 Ni, que luego desintegra muy rápidamente al estado fundamental de 60 Ni, a través de dos desintegraciones gamma.
Todos los esquemas de desintegración conocidos se pueden encontrar en la Tabla de Isótopos ., [2] [3]
El níquel está a la derecha del cobalto, ya que su número de protones (28) es uno mayor que el del cobalto (27). En la desintegración beta, el número de protones aumenta en uno. Para una desintegración de positrones y también para una desintegración alfa (ver más abajo), la flecha oblicua iría de derecha a izquierda ya que en estos casos el número de protones disminuye.
Dado que la energía se conserva y las partículas emitidas se llevan la energía, las flechas sólo pueden ir hacia abajo (verticalmente o en ángulo) en un esquema de desintegración.
Aquí se muestra un esquema algo más complicado: la desintegración del nucleido 198 Au [4] que puede producirse irradiando oro natural en un reactor nuclear . 198 Au se desintegra mediante desintegración beta a uno de dos estados excitados o al estado fundamental del isótopo de mercurio 198 Hg. En la figura, el mercurio está a la derecha del oro, ya que el número atómico del oro es 79, el del mercurio es 80. Los estados excitados decaen después de tiempos muy cortos (2,5 y 23 ps, respectivamente; 1 picosegundo es una millonésima de una millonésima de segundo) al estado fundamental.
Mientras que los estados nucleares excitados suelen tener una vida muy corta y decaen casi inmediatamente después de una desintegración beta (ver arriba), el estado excitado del isótopo de tecnecio que se muestra aquí a la derecha tiene una vida comparativamente larga. Por eso se le llama " metastable " (de ahí la "m" en 99m Tc [5] ). Se desintegra al estado fundamental mediante desintegración gamma con una vida media de 6 horas.
Aquí, a la izquierda, tenemos ahora una desintegración alfa . Se trata de la desintegración del elemento polonio [6] descubierto por Marie Curie , de número másico 210. El isótopo 210 Po es el penúltimo miembro de la serie de desintegración uranio-radio ; se descompone en un isótopo estable de plomo con una vida media de 138 días. En casi todos los casos, la desintegración se produce mediante la emisión de una partícula alfa de 5,305 MeV . Sólo en un caso de 100.000 aparece una partícula alfa de menor energía; en este caso, la desintegración conduce a un nivel excitado de 206 Pb, que luego desintegra al estado fundamental mediante radiación gamma.
Los rayos alfa, beta y gamma sólo pueden emitirse si se cumplen las leyes de conservación (energía, momento angular, paridad). Esto conduce a las llamadas reglas de selección .
Las aplicaciones de la desintegración gamma se pueden encontrar en Multipolaridad de la radiación gamma . Para analizar dicha regla en un caso particular, es necesario conocer el momento angular y la paridad para cada estado. La figura muestra nuevamente el esquema de desintegración del 60 Co, con espines y paridades dadas para cada estado.