¿Por qué ocurre la desintegración radiactiva? ¿Por qué es importante?

En un núcleo atómico grande, hay dos fuerzas opuestas: la repulsión electrostática que está tratando de separar los protones del núcleo y la fuerza nuclear fuerte que está pegando los protones y los neutrones en una burbuja.

Estas fuerzas fluctúan al azar. Piensa en cómo en un líquido tibio, los átomos rebotan, a veces más cerca, a veces más lejos de sus vecinos. Entonces, cualquier fuerza atractiva entre los átomos varía aleatoriamente con el tiempo. Ocasionalmente, un átomo cerca de la superficie del líquido se aleja lo suficiente de sus vecinos para liberarse de la superficie y “evaporarse”. En algunas configuraciones de materia, como el agua líquida, esto sucede con bastante frecuencia. En otras configuraciones, hierro sólido frío, básicamente no sucede; sin evaporación en absoluto.

Pienso en el núcleo atómico como una burbuja de átomos. En algunas configuraciones nucleares, la fuerza fuerte es lo suficientemente débil como para que el núcleo pueda “evaporarse” liberando una partícula alfa que se aleja violentamente a medida que la fuerza fuerte desaparece y la repulsión electrostática se sale con la suya. La partícula alfa es de 2 protones y 2 neutrones. También es un núcleo de helio. La parte que queda queda generalmente más fuertemente unida y es menos probable que se descomponga nuevamente. Esto es como evaporar agua. El agua que queda es de menor energía, por lo tanto, más fría y menos lista para evaporarse un poco más. Esa es la desintegración alfa.

También hay una tercera fuerza llamada fuerza nuclear débil que también ayuda a unir las cosas un poquito más que la que se explica solo por la fuerza fuerte. La fuerza débil hace que un neutrón sea un neutrón. Pero un neutrón puede descomponerse en un protón más un electrón más un neutrino. En algunas configuraciones nucleares donde hay muchos neutrones y no tantos protones cercanos, la fuerza débil se puede vencer aleatoriamente haciendo que un neutrón se convierta en un protón y emita un electrón (y un neutrino). El electrón se va volando en un evento llamado emisión beta. Beta = electrón. En cierto sentido, un electrón se evapora de un neutrón. Nuevamente, la parte que queda atrás, con una proporción ahora más alta de protones a neutrones, generalmente está más fuertemente unida y es menos probable que se descomponga nuevamente.

La desintegración radiactiva es importante por muchas razones, útil para muchas aplicaciones y problemática para algunas otras aplicaciones. Es útil porque los eventos son relativamente altos en energía para eventos de un solo átomo, por lo que podemos detectarlos. Esto hace que la desintegración radioactiva sea útil para fechar hallazgos arqueológicos, imágenes médicas, investigación biológica, detección de grietas, etc. sé útil. Grandes cantidades de material de descomposición rápida también emiten radiación ionizante en cantidades que pueden matar bacterias, por lo que esto es útil para esterilizar instrumentos médicos, preservar alimentos, etc. Es especialmente útil para matar células cancerosas cuando se implantan “semillas” radiactivas en / cerca de un tumor.

La desintegración radiactiva también es importante en el diseño de sistemas de energía nuclear. Aproximadamente el 10% de la energía que resulta de una fisión de metales pesados ​​se libera finalmente en la desintegración radiactiva de los fragmentos del producto de fisión. Cuando se apaga un reactor (la fisión se termina al insertar barras de control o simplemente al calentarse demasiado) la desintegración radiactiva mantiene la producción de calor en marcha inicialmente en casi el 6.5% de la potencia total. Esto cae rápidamente a ~ 1% de la potencia total, pero todavía es mucha potencia de calentamiento que debe ser disipada por el reactor “apagado”. Después del calor o la descomposición, los sistemas de eliminación de calor son una parte muy importante de cualquier sistema de generación de energía de fisión. Incluso unos pocos años después de que se apaga el reactor y se retira el combustible, hay una gran descomposición radiactiva en los productos de fisión. Este material necesita ser aislado de las personas. Esto es bastante fácil de hacer enterrando el material en material geológico estable, como pozos profundos, el lecho marino profundo, minas de sal y otros lugares a los que la gente básicamente nunca va. O simplemente puede mantenerlo debajo del piso en un edificio especial. Unas pocas pulgadas de concreto es suficiente protección después de unos años.

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