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Radionúclido

Un radionúclido ( nucleido radiactivo , radioisótopo o isótopo radiactivo ) es un nucleido que tiene un exceso de neutrones o protones , lo que le da un exceso de energía nuclear y lo vuelve inestable. Este exceso de energía se puede utilizar de una de tres maneras: emitido desde el núcleo como radiación gamma ; transferido a uno de sus electrones para liberarlo como un electrón de conversión ; o utilizado para crear y emitir una nueva partícula ( partícula alfa o partícula beta ) desde el núcleo. Durante esos procesos, se dice que el radionúclido sufre desintegración radiactiva . [1] Estas emisiones se consideran radiación ionizante porque son lo suficientemente energéticas como para liberar un electrón de otro átomo. La desintegración radiactiva puede producir un nucleido estable o, a veces, producirá un nuevo radionúclido inestable que puede sufrir una desintegración adicional. La desintegración radiactiva es un proceso aleatorio a nivel de átomos individuales: es imposible predecir cuándo se desintegrará un átomo en particular. [2] [3] [4] [5] Sin embargo, para un conjunto de átomos de un único nucleido, la tasa de desintegración y, por tanto, la vida media ( t 1/2 ) para ese conjunto, se pueden calcular a partir de sus constantes de desintegración medidas . El rango de las vidas medias de los átomos radiactivos no tiene límites conocidos y abarca un rango de tiempo de más de 55 órdenes de magnitud.

Los radionucleidos se producen de forma natural o artificial en reactores nucleares , ciclotrones , aceleradores de partículas o generadores de radionucleidos . Hay unos 730 radionucleidos con vidas medias superiores a 60 minutos (véase la lista de nucleidos ). Treinta y dos de ellos son radionucleidos primordiales que se crearon antes de que se formara la Tierra. Al menos otros 60 radionucleidos son detectables en la naturaleza, ya sea como descendientes de radionucleidos primordiales o como radionucleidos producidos a través de la producción natural en la Tierra por la radiación cósmica. Más de 2400 radionucleidos tienen vidas medias inferiores a 60 minutos. La mayoría de ellos solo se producen artificialmente y tienen vidas medias muy cortas. A modo de comparación, hay unos 251 nucleidos estables .

Todos los elementos químicos pueden existir como radionucleidos. Incluso el elemento más ligero, el hidrógeno , tiene un radionucleido bien conocido, el tritio . Los elementos más pesados ​​que el plomo , y los elementos tecnecio y prometio , existen únicamente como radionucleidos.

La exposición no planificada a los radionucleidos generalmente tiene un efecto nocivo sobre los organismos vivos, incluidos los humanos, aunque se producen niveles bajos de exposición de forma natural sin causar daño. El grado de daño dependerá de la naturaleza y la extensión de la radiación producida, la cantidad y la naturaleza de la exposición (contacto cercano, inhalación o ingestión) y las propiedades bioquímicas del elemento; siendo el aumento del riesgo de cáncer la consecuencia más habitual. Sin embargo, los radionucleidos con propiedades adecuadas se utilizan en medicina nuclear tanto para el diagnóstico como para el tratamiento. Un trazador de imágenes elaborado con radionucleidos se denomina trazador radiactivo . Un fármaco farmacéutico elaborado con radionucleidos se denomina radiofármaco .

Origen

Natural

En la Tierra, los radionucleidos naturales se dividen en tres categorías: radionucleidos primordiales, radionucleidos secundarios y radionucleidos cosmogénicos .

Muchos de estos radionucleidos existen sólo en cantidades traza en la naturaleza, incluidos todos los nucleidos cosmogénicos. Los radionucleidos secundarios se producen en proporción a sus vidas medias, por lo que los de vida corta serán muy raros. Por ejemplo, el polonio se puede encontrar en minerales de uranio en alrededor de 0,1 mg por tonelada métrica (1 parte en 10 10 ). [7] [8] Otros radionucleidos pueden aparecer en la naturaleza en cantidades prácticamente indetectables como resultado de eventos raros como la fisión espontánea o interacciones poco comunes con rayos cósmicos.

Fisión nuclear

Los radionucleidos se producen como resultado inevitable de la fisión nuclear y las explosiones termonucleares . El proceso de fisión nuclear crea una amplia gama de productos de fisión , la mayoría de los cuales son radionucleidos. Se pueden crear más radionucleidos a partir de la irradiación del combustible nuclear (creando una gama de actínidos ) y de las estructuras circundantes, lo que produce productos de activación . Esta compleja mezcla de radionucleidos con diferentes químicas y radiactividad hace que la manipulación de los residuos nucleares y el tratamiento de la lluvia radiactiva sean particularmente problemáticos. [ cita requerida ]

Sintético

El nucleido artificial americio-241 que emite partículas alfa se inserta en una cámara de niebla para su visualización

Los radionucleidos sintéticos se sintetizan deliberadamente utilizando reactores nucleares , aceleradores de partículas o generadores de radionucleidos: [9]

Usos

Los radionucleidos se utilizan de dos maneras principales: ya sea por su radiación únicamente ( irradiación , baterías nucleares ) o por la combinación de propiedades químicas y su radiación (trazadores, productos biofarmacéuticos).

Ejemplos

En la siguiente tabla se enumeran las propiedades de radionucleidos seleccionados, ilustrando la variedad de propiedades y usos.

Clave: Z  =  número atómico ; N  =  número de neutrones ; DM = modo de desintegración; DE = energía de desintegración; EC =  captura de electrones

Detectores de humo domésticos

Contenedor de americio-241 en un detector de humo.
Cápsula de americio-241 que se encuentra en un detector de humo. El círculo de metal más oscuro en el centro es americio-241; la carcasa que lo rodea es de aluminio.

Los radionucleidos están presentes en muchos hogares, ya que se utilizan dentro de los detectores de humo domésticos más comunes . El radionucleido utilizado es el americio-241 , que se crea bombardeando plutonio con neutrones en un reactor nuclear. Se desintegra emitiendo partículas alfa y radiación gamma para convertirse en neptunio-237 . Los detectores de humo utilizan una cantidad muy pequeña de 241 Am (aproximadamente 0,29 microgramos por detector de humo) en forma de dióxido de americio . El 241 Am se utiliza porque emite partículas alfa que ionizan el aire en la cámara de ionización del detector . Se aplica un pequeño voltaje eléctrico al aire ionizado que da lugar a una pequeña corriente eléctrica. En presencia de humo, algunos de los iones se neutralizan, disminuyendo así la corriente, lo que activa la alarma del detector. [14] [15]

Impactos sobre los organismos

Los radionucleidos que llegan al medio ambiente pueden causar efectos nocivos como la contaminación radiactiva . También pueden causar daños si se utilizan en exceso durante el tratamiento o si se exponen de otras formas a los seres vivos, por envenenamiento por radiación . El daño potencial a la salud por la exposición a los radionucleidos depende de varios factores y "puede dañar las funciones de los tejidos y órganos sanos. La exposición a la radiación puede producir efectos que van desde enrojecimiento de la piel y pérdida de cabello hasta quemaduras por radiación y síndrome de radiación aguda . La exposición prolongada puede provocar daños en las células y, a su vez, provocar cáncer. Los signos de células cancerosas pueden no aparecer hasta años, o incluso décadas, después de la exposición". [16]

Tabla resumen de clases de nucleidos, estables y radiactivos

A continuación se presenta una tabla resumen de la lista de 989 nucleidos con vidas medias superiores a una hora. En total, 251 nucleidos nunca se han desintegrado y se consideran clásicamente estables. De ellos, se cree que 90 son absolutamente estables, salvo en lo que respecta a la desintegración de protones (que nunca se ha observado), mientras que el resto son " estables desde el punto de vista de la observación " y, en teoría, pueden sufrir desintegración radiactiva con vidas medias extremadamente largas.

Los radionucleidos tabulados restantes tienen vidas medias mayores de 1 hora y están bien caracterizados (ver la lista de nucleidos para una tabulación completa). Incluyen 30 nucleidos con vidas medias medidas mayores que la edad estimada del universo (13.8 mil millones de años [17] ), y otros cuatro nucleidos con vidas medias lo suficientemente largas (> 100 millones de años) como para ser nucleidos primordiales radiactivos , y pueden detectarse en la Tierra, habiendo sobrevivido de su presencia en el polvo interestelar desde antes de la formación del Sistema Solar , hace unos 4.6 mil millones de años. Otros 60+ nucleidos de vida corta pueden detectarse de forma natural como hijos de nucleidos de vida más larga o productos de rayos cósmicos. Los nucleidos conocidos restantes se conocen únicamente por transmutación nuclear artificial .

Las cifras no son exactas y pueden cambiar ligeramente en el futuro, ya que se observa que los "nucleidos estables" son radiactivos con vidas medias muy largas.

Esta es una tabla resumen [18] para los 989 nucleidos con vidas medias mayores a una hora (incluidos aquellos que son estables), que figuran en la lista de nucleidos .

Lista de radionucleidos disponibles comercialmente

Esta lista incluye isótopos comunes, la mayoría de los cuales están disponibles en cantidades muy pequeñas para el público en general en la mayoría de los países. Otros que no son de acceso público se comercializan en los campos industrial, médico y científico y están sujetos a regulación gubernamental.

Sólo emisión gamma

Solo emisión beta

Solo emisión alfa

Múltiples emisores de radiación

Véase también

Notas

  1. ^ Petrucci, RH; Harwood, WS; Herring, FG (2002). Química general (8.ª ed.). Prentice-Hall. págs. 1025-26. ISBN 0-13-014329-4.
  2. ^ "Decadencia y vida media" . Consultado el 14 de diciembre de 2009 .
  3. ^ Stabin, Michael G. (2007). "3". En Stabin, Michael G (ed.). Protección radiológica y dosimetría: una introducción a la física de la salud (manuscrito enviado). Springer . doi :10.1007/978-0-387-49983-3. ISBN 978-0387499826.
  4. ^ Best, Lara; Rodrigues, George; Velker, Vikram (2013). "1.3". Introducción y revisión de la oncología radioterápica . Demos Medical Publishing . ISBN 978-1620700044.
  5. ^ Loveland, W.; Morrissey, D.; Seaborg, GT (2006). Química nuclear moderna . Wiley-Interscience. p. 57. Bibcode :2005mnc..book.....L. ISBN 978-0-471-11532-8.
  6. ^ Eisenbud, Merril; Gesell, Thomas F (25 de febrero de 1997). Radiactividad ambiental: de fuentes naturales, industriales y militares. Elsevier. pág. 134. ISBN 9780122351549.
  7. ^ Bagnall, KW (1962). "La química del polonio". Advances in Inorganic Chemistry and Radiochemistry 4. Nueva York: Academic Press. págs. 197–226. doi:10.1016/S0065-2792(08)60268-X. ISBN 0-12-023604-4 . Consultado el 14 de junio de 2012, pág. 746. 
  8. ^ Bagnall, KW (1962). "La química del polonio". Avances en química inorgánica y radioquímica 4. Nueva York: Academic Press., pág. 198
  9. ^ "Radioisótopos". www.iaea.org . 2016-07-15 . Consultado el 2023-06-25 .
  10. ^ Ingvar, David H. [en sueco] ; Lassen, Niels A. (1961). "Determinación cuantitativa del flujo sanguíneo cerebral regional en el hombre". The Lancet . 278 (7206): 806–807. doi :10.1016/s0140-6736(61)91092-3.
  11. ^ Ingvar, David H. [en sueco] ; Franzén, Göran (1974). "Distribución de la actividad cerebral en la esquizofrenia crónica". The Lancet . 304 (7895): 1484–1486. ​​doi :10.1016/s0140-6736(74)90221-9. PMID  4140398.
  12. ^ Lassen, Niels A. ; Ingvar, David H. [en sueco] ; Skinhøj, Erik [en danés] (octubre de 1978). "Función cerebral y flujo sanguíneo". Scientific American . 239 (4): 62–71. Bibcode :1978SciAm.239d..62L. doi :10.1038/scientificamerican1078-62. PMID  705327.
  13. ^ Severijns, Nathal; Beck, Marcus; Naviliat-Cuncic, Oscar (2006). "Pruebas del modelo electrodébil estándar en la desintegración beta nuclear". Reseñas de Física Moderna . 78 (3): 991–1040. arXiv : nucl-ex/0605029 . Código Bibliográfico :2006RvMP...78..991S. doi :10.1103/RevModPhys.78.991. S2CID  18494258.
  14. ^ "Detectores de humo y americio". world-nuclear.org . Archivado desde el original el 12 de noviembre de 2010.
  15. ^ Oficina de Protección Radiológica – Hoja informativa sobre Am 241 – Departamento de Salud del Estado de Washington Archivado el 18 de marzo de 2011 en Wayback Machine
  16. ^ "Radiaciones ionizantes, efectos sobre la salud y medidas de protección". Organización Mundial de la Salud. Noviembre de 2012. Consultado el 27 de enero de 2014 .
  17. ^ "Detectives cósmicos". Agencia Espacial Europea (ESA). 2 de abril de 2013. Consultado el 15 de abril de 2013 .
  18. ^ Los datos de la tabla se obtienen contando los miembros de la lista; consulte WP:CALC . Las referencias a los datos de la lista se dan a continuación en la sección de referencias de la lista de nucleidos.

Referencias

Lectura adicional

Enlaces externos