LA RADIACTIVIDAD

PREFACIO

El descubrimiento de la radiactividad y de los elementos radiactivos naturales en los ltimos aos del siglo pasado marc el inicio de

una serie de descubrimientos importantes que cambiaron completamente la idea que se tena sobre la estructura de la materia. Se tuvo

que abandonar la nocin que en el siglo XIX se tena del tomo como un objeto simple, compacto e indivisible en favor del concepto

de una estructura ms compleja.

En 1896 el fsico Henri Becquerel descubri la radiacin emitida por los minerales de uranio. Los estudios que realizaron en ese ao

Pierre y Marie Curie sobre los minerales de uranio y torio condujeron al descubrimiento de dos elementos: el polonio y el radio; estos

elementos despertaron un gran inters por una de sus principales caractersticas: emitir radiaciones muy penetrantes, a semejanza del

uranio y el torio. A esta propiedad del radio y otros elementos inestables de emitir energa en forma de radiacin al desintegrarse

Marie Curie la llamo "radiactividad".

La radiactividad es una manifestacin de que los ncleos que presentan este fenmeno son inestables; por medio de ella esos tomos

tienden a la estabilidad. En 1911, utilizando como herramienta una fuente de polonio emisora de radiacin, Rutherford realiz

experimentos que lo llevaron a proponer el modelo nuclear del tomo, modelo que sent las bases del conocimiento que se ha

desarrollado actualmente sobre la estructura de la materia.

Los aos treinta fueron tambin muy ricos en descubrimientos: en un periodo de siete aos, se descubrieron el electrn positivo, el

neutrn, la radiactividad artificial y la fisin nuclear. La mayor parte de los estudios fueron hechos en Francia, Inglaterra y Alemania;

pero esto era de esperarse, ya que los grandes descubrimientos no germinan repentinamente. Aunque el ingenio y la capacidad

cientfica del sabio no se pueden sustituir, se requiere, adems, que el dominio de la ciencia haya llegado a un grado de madurez

suficiente y que se hayan formado investigadores en los institutos de investigacin y universidades, que es donde se acumulan las

tradiciones cientficas. En este libro se desea presentar una breve historia de estas experiencias acumuladas en diversas instituciones

del mundo, haciendo hincapi sobre todo en aquellos descubrimientos que han sido las piedras angulares sobre las que se han

edificado las teoras fundamentales de la ciencia. El desarrollo de la historia que se presenta es secuencial, como los eslabones de una

cadena; es decir, se van enlazando los conocimientos presentados en un captulo con aquellos de que se trata en el siguiente, sin que

eso signifique en manera alguna que el relato est desarrollado cronolgicamente; todo lo contrario: en muchas ocasiones el lector

tendr que retroceder mentalmente muchos aos para poder seguir la secuencia de la historia.

I. EL DESCUBRIMIENTO DE LA RADIACTIVIDAD

EN este libro se resea la historia de la radiactividad; su descubrimiento, hace menos de un siglo, fue el origen de un desarrollo

cientfico extraordinario en el campo de la fsica y la qumica, y en particular en el conocimiento del tomo y la materia.

Anteriormente a este descubrimiento y durante mucho tiempo, se dio escasa o ninguna importancia al conocimiento de la materia, a la

forma en que est constituida y a sus componentes. El tomo significaba poco o nada an a la mayora de las personas que vivieron

hace slo 50 aos. Demcrito, quien naci aproximadamente en el ao 470 a.C., fue el primer hombre que pens en el tomo.

Conjetur que la materia de la naturaleza deba de estar formada por partculas muy pequeas, indivisibles e invisibles, a las que llam

"tomos" y que consider indestructibles. Supuso que los tomos de cada elemento eran diferentes en tamao y forma y que eran esas

diferencias las que hacan que cada elemento tuviera diferentes propiedades. Esta manera de pensar, que ahora parece de gran

actualidad, no trascendi en su poca.

Los filsofos griegos no comprobaban experimentalmente sus teoras, sino que llegaban a sus conclusiones por razonamientos

sistemticos; y en parte fue debido a esto que los escritos de Demcrito desaparecieron y slo quedaron fragmentos de ellos. Pero

hubo otra razn por la que fue olvidado, y esa razn fue la teora de Aristteles sobre la materia. Aristteles crea que la materia estaba

formada por sustancias bsicas llamadas "elementos": fuego, aire, tierra y agua, que, a diferencia de los tomos, s se podan ver y se

podan sentir por el tacto. Las ideas de Aristteles tuvieron ms peso que las de Demcrito y gobernaron el conocimiento sobre la

materia por casi 2 000 aos.

A mediados del siglo XVII un francs, Pierre Gassendi, pens nuevamente en los tomos. Las ideas de Aristteles estaban tan

afianzadas en la mente de los escolsticos de esa poca, que las obras de Gassendi no fueron publicadas hasta despus de su muerte,

cuando ya no podan causarle dao. Posteriormente, los grandes cientficos europeos empezaron a creer cada vez ms que toda la

materia estaba formada por tomos tan pequeos que resultaban invisibles.

Ya en la ltima dcada del siglo pasado se conoca el electrn, y el alemn Roentgen haca experimentos con la luz fluorescente

producida por los electrones. Construy la pantalla fluorescente, una pieza de cartn pintada con cierto compuesto qumico de bario,

de alta fluorescencia. Un da Roentgen descubri que la pantalla brillaba aun cuando los electrones en ese momento no podan llegar

hasta ella. Se dio cuenta de que la fuente que tena era el origen de otra nueva clase de rayos que penetraban el cartn; luego colg una

hoja de metal entre el tubo y la pantalla de metal y sigui observando fluorescencia, aunque menos intensa. Despus meti su mano

entre el tubo y la pantalla. Lo que vio debi de asustarlo sobremanera: en la pantalla se vea el esqueleto de una mano. Al mover su

mano el esqueleto se mova. Roentgen estaba viendo el esqueleto de su mano en vida. Fue enorme el impacto que caus el

descubrimiento de estos rayos, que l llam X por desconocer de qu se trataban. No debe, pues, sorprendernos que en esa poca

mucha gente se dedicara a estudiarlos. Este descubrimiento nos acerca al propsito de nuestro libro, que es la radiactividad.

LOS DESCUBRIDORES

Iniciemos nuestra historia con dos personajes que sern el origen de nuestro relato sobre la radiactividad; stos son Martin Heinrich

Klaproth, cientfico alemn, y Joens Jakob Berzelius, qumico sueco. El primero descubri a fines del siglo XVIII el elemento uranio,

y el segundo fue el descubridor del elemento tono, a principios del siglo XIX.

Klaproth separ en 1789 del mineral pechblenda el uranio, que es un polvo negro. A pesar de que desde entonces se encontr que sus

propiedades qumicas eran muy diferentes a las de los elementos conocidos, durante mucho tiempo se le consider, sin embargo, como

un elemento de poca importancia y se utilizaba en raras ocasiones.

En esa poca Klaproth se impresion profundamente con el descubrimiento del planeta Urano, por lo que bautiz el elemento recin

descubierto por l con el nombre de uranio.

Mucho tiempo despus, en 1818, Joens Jakob Berzelius descubri el torio al separarlo de un mineral conocido actualmente como

torita. Ni Klaproth ni Berzelius sospecharon que los elementos descubiertos por ellos llegaran a ser tan importantes en el desarrollo

del conocimiento de la ciencia y mucho menos que emanaran radiaciones de ellos. Este descubrimiento fue realizado en el uranio por

Antoine Henri Becquerel en 1896.

Antoine Henri Becquerel

Este personaje de nuestra historia perteneci a una familia cuyos miembros se distinguieron en la investigacin cientfica en los

campos de la qumica y la fsica. Antoine Henri, hijo y nieto de dos cientficos notables, naci en Pars en 1852; estudi en la Escuela

Politcnica, donde despus fue profesor.

En Pars, en 1896, Becquerel descubri accidentalmente la existencia de unos rayos desconocidos que provenan de una sal de uranio.

Not que al poner en contacto el compuesto de uranio con una placa fotogrfica envuelta en papel negro, se produca el mismo efecto

que si la placa estuviera en presencia de los rayos X. Le pareci sorprendente que de las sales de uranio emanaran radiaciones que

afectaban las placas fotogrficas cuando stas se encontraban protegidas de la luz.

Becquerel pronto se dio cuenta de que las radiaciones provenientes del compuesto de uranio no eran originadas por una reaccin

qumica, y que al aumentar la concentracin del uranio en el compuesto qumico se velaba ms rpidamente la placa fotogrfica que

cuando la sal tena menos uranio. Adems, observ que el efecto producido no dependa de los otros elementos presentes en las sales

de uranio. Todo esto lo hizo concluir que las emanaciones urnicas, como las llam, eran independientes de la forma qumica en que

se encontrara este elemento.

Era difcil para los cientficos creer que emanaran radiaciones del uranio; pero esto fue slo el principio: no saban que todo se

complicara y que sera an ms difcil explicar los fenmenos que se seguiran descubriendo.

As pues, transcurrieron 107 aos entre el descubrimiento del uranio (por Klaproth, en 1789) y el hallazgo de que de este elemento

emana radiaciones; a partir de entonces los nuevos descubrimientos se desarrollaron con mucha rapidez. Pero no nos adelantemos a

los hechos y sigamos conociendo a los personajes de esta historia.

Cuando Becquerel public los resultados de sus investigaciones sobre los rayos provenientes del uranio, los esposos Pierre y Marie

Curie, sus amigos, se interesaron mucho en este fenmeno tan misterioso. Madame Curie pens que ese tema le sera til para

desarrollar su tesis doctoral, con que culminara sus estudios en la Universidad.

Pierre y Madame Curie

Pierre Curie naci en Pars, Francia, en 1859. Fue hijo de un mdico, Eugne Curie. El ambiente familiar en el que se cri le permiti

desarrollar sus aptitudes de observacin y de reflexin sobre los fenmenos naturales. La educacin que recibi produjo sus frutos: fue

bachiller a los 16 aos, licenciado en fsica a los 18 y a los 19 ayudante de laboratorio del profesor Desains en la Universidad de la

Sorbona en Pars. Con la ayuda econmica que le proporcionaba su modesto sueldo, pudo dedicarse a la investigacin cientfica, que

tanto le interesaba. Su hermano Jacques, quien tambin era fsico, pronto anunci el descubrimiento, que ambos hicieron, del

fenmeno de la "piezoelectricidad", que permita medir con precisin pequeas cantidades de electricidad. Este fenmeno sera de

gran utilidad en sus trabajos posteriores sobre la radiactividad. Posteriormente, dej la Sorbona para trabajar como jefe de laboratorio

en la Escuela de Fsica y Qumica de la ciudad de Pars. All continu sus investigaciones, de gran importancia; entre otras cosas,

descubri lo que ahora se conoce como la ley de Curie sobre el magnetismo.

A pesar del gran entusiasmo con que Pierre Curie realiz sus investigaciones, durante mucho tiempo no mostr inters alguno por

obtener ttulos ni honores. No present su tesis doctoral, basada en sus investigaciones sobre el magnetismo, hasta que cumpli 36

aos, y eso slo por la insistencia de su padre.

Pierre Curie conoci en Pars a Manya Sklodowska, quien en ese entonces estudiaba en la Sorbona, y poco tiempo despus sera

conocida en todo el mundo como Madame Marie Curie. (Fig. 1.)

Figura 1. Pierre y Marie Curie acompaados por su hija Irne y por el padre de Pierre, el Dr. Eugne Curie.

Manya Sklodowska naci en un antiguo barrio de Varsovia, Polonia, en 1867. Su madre haba sido directora de una escuela para

seoritas, y su padre profesor de fsica y matemticas. Manya fue una nia muy precoz, en la escuela siempre fue la ms pequea de

su grupo y adems la que obtena siempre el primer lugar. La opresin zarista la condujo, como a muchos de sus compatriotas, a

participar en una organizacin revolucionaria de estudiantes. Despus de muchas vicisitudes y cambios en su vida, decidi seguir su

vocacin cientfica; as, se traslad a Pars para ingresar en la Facultad de Ciencias de la Universidad de la Sorbona. Con muchas

privaciones obtuvo su licenciatura en ciencias fsicas y un ao despus en ciencias matemticas. Fue en ese tiempo cuando Pierre

Curie y ella se conocieron, y en el verano de 1895 contrajeron matrimonio.

Mientras Pierre Curie continuaba con sus proyectos de investigacin, Marie Curie empezaba a estudiar la radiactividad natural en

diversos compuestos. Le interesaba investigar la posible existencia de otro elemento radiactivo en la naturaleza, y lo encontr: el torio.

Las propiedades de este elemento fueron descubiertas simultneamente por el alemn Gerhard Schmidt.

Marie present un informe en el que haca constar que todos los compuestos de uranio y torio que haba examinado emitan

radiaciones. Los esposos Curie se dieron cuenta pronto de la importancia de estos experimentos y decidieron unir sus esfuerzos para

investigar el fenmeno que produca las emanaciones de radiaciones de elementos como el uranio y el torio.

Todos los estudios que realiz Madame Curie sobre estas radiaciones le permitieron obtener su doctorado en ciencias fsicas en la

Universidad de la Sorbona.

EL POLONIO Y EL RADIO

Los esposos Curie buscaron radiaciones ya no en los elementos puros, sino en los minerales de uranio en que este elemento est

mezclado con otros metales y minerales. Por algn tiempo midieron la intensidad de las radiaciones emitidas por los minerales de

uranio. Algunas muestras emitan radiaciones con una mayor intensidad que los compuestos de uranio puros. Saban que el uranio era

slo parte del mineral que estaban estudiando y que el material estaba formado tambin por otros elementos. Exista, pues, slo una

posibilidad: entre los materiales del mineral exista una sustancia que emita radiaciones con una intensidad mayor que el uranio.

Al iniciar sus estudios de un mineral de uranio llamado "pechblenda", Pierre y Madame Curie se dieron cuenta de que las radiaciones

emitidas por este mineral eran ms intensas que las que haban observado en los compuestos puros de uranio. As pues, Madame Curie

empez a separar por procesos qumicos todos los elementos. En cada paso del proceso de eliminacin su muestra se volva ms

pequea, pero se daba cuenta que la intensidad de la radiacin emanada era mayor, quedando un producto cuyas radiaciones eran

cientos de veces ms intensas que las que emita el uranio; se dio cuenta, adems, de que las radiaciones emitidas eran capaces de

atravesar el papel, la madera y hasta placas de metal.

Este producto contena un elemento qumico desconocido hasta entonces, que los Curie identificaron a mediados de 1898 y llamaron

polonio, en honor de la patria de Marie.

Una vez separado el polonio de los residuos del mineral, stos seguan emitiendo radiaciones, por lo cual los esposos Curie

concluyeron que deban de contener an otro elemento diferente al polonio y al uranio, pero con la misma propiedad de emitir

radiaciones. Siguieron separando de estos residuos las fracciones de material que no despedan radiaciones de aquellas que s lo

hacan. Finalmente llegaron a encontrar, en el mismo ao, el elemento desconocido que era la fuente de las radiaciones misteriosas, y

lo denminaron radio.

A la propiedad que poseen el radio y otros elementos inestables de emitir radiaciones espontneamente al desintegrarse Marie Curie le

dio el nombre de radiactividad.

La cantidad del compuesto de radio obtenido era tan pequea y, adems, tan impura, que no se podan determinar sus propiedades; ni

siquiera pudieron encontrar su peso atmico. La nica manera de resolver ese problema era purificar y concentrar una cantidad

considerablemente mayor que la que tenan de ese nuevo elemento. Para llevar a cabo este proyecto era necesario partir de una gran

cantidad del mineral de pechblenda, que era su materia prima, tarea gigantesca que dara lugar a un sinnmero de problemas tanto

prcticos como tericos.

Pierre y Marie Curie consiguieron una tonelada de desechos de mineral de pechblenda. Esos desechos ya no tenan uranio, el cual se

haba eliminado previamente; pero all se encontraba el radio todava, y los esposos Curie iniciaron los trabajos para obtenerlo en la

forma ms pura posible. La extraccin del nuevo elemento a partir del mineral era muy compleja y pareca ms bien una labor

industrial que de laboratorio cientfico. Para llevarla a cabo se requera un local muy grande, equipado adecuadamente y con personal

altamente especializado. Pero no contaban con ninguno de estos requisitos, y se lanzaron solos a esta hazaa en un cobertizo

desprovisto de comodidades, que les haba proporcionado el director de la Escuela de Fsica y Qumica de la ciudad de Pars. La

mayor parte del trabajo qumico experimental fue realizado por Marie, ya que su esposo dedicaba ms tiempo a la parte terica del

trabajo y a la enseanza. Marie efectuaba manipulaciones muy pesadas y en ocasiones manejaba hasta 20 kilogramos de materia

prima.

Despus de reducir la tonelada del desecho del mineral a unas cuantas fracciones de gramo, encontraron que stas emitan cientos de

miles de veces ms radiaciones que el uranio puro, y que la intensidad del radio era tal que se vea su suave resplandor en la oscuridad.

Los esposos Curie descubrieron, adems, que la muestra resplandeciente se mantena a una temperatura ligeramente mayor que la del

laboratorio.

Finalmente, lograron extraer un compuesto de radio de una tonelada de residuos de pechblenda. El proceso fue tan laborioso que se

tardaron aos en obtener una cantidad suficiente del elemento para determinar su peso atmico y otras propiedades.

Como consecuencia de estos descubrimientos Pierre Curie fue invitado a Inglaterra a dar una conferencia sobre el radio, y tambin

fueron condecorados l y su esposa, en Inglaterra, con la medalla "Davy". En 1903, Pierre y Marie compartieron el premio Nobel de

Fsica con su amigo Henri Becquerel.

Pero despus, en 1906, muri Pierre Curie en un accidente, y la humanidad perdi as a uno de sus ms grandes cientficos. Madame

Curie, con el tesn que la caracterizaba, continu sus investigaciones y tom el lugar que haba dejado su esposo. Desde el mismo ao

en que muri su esposo ense las materias que l daba, mereciendo con ello el honor de ser la primera mujer que imparta ctedra en

la Sorbona. Recopil todos los trabajos realizados hasta entonces, y en 1910 public su famosa obra: Tratado de la radiactividad.

Logr aislar el radio en su estado ms puro; fue un trabajo que requiri mucho esfuerzo y habilidad, en virtud de las dificultades

inherentes en el proceso. Por este trabajo, Marie Curie recibi su segundo premio Nobel, en esta ocasin el de Qumica.

EL INSTITUTO DEL RADIO

Madame Curie luch con ahnco para tener un laboratorio que respondiera a las necesidades de sus investigaciones: en 1914 se

termin la construccin del Instituto del Radio, pero en ese mismo ao estall la primera Guerra Mundial, y su inauguracin tuvo que

esperar hasta el final de sta. En este laboratorio se hicieron trabajos de gran prestigio.

Marie sigui trabajando hasta el final de su vida con tesn y entusiasmo, a pesar de que sus problemas de salud eran cada vez ms

graves; ya durante la primavera de 1934 no le fue posible asistir al laboratorio, y muri a mediados de ese mismo ao. Sus parientes,

amigos y compaeros de trabajo la acompaaron hasta su ltima morada, junto a la tumba de Pierre, en el cementerio de Sceaux.

II. LA MATERIA

AL DESCUBRIRSE la radiactividad, los cientficos empezaron a preguntarse la razn por la que la muestra de radio que aislaron los

esposos Curie se encontraba a mayor temperatura que el recinto en que se trabajaba. En realidad no comprendan el origen de las

radiaciones emitidas por el uranio y los otros elementos radiactivos. Se dieron cuenta de que la energa se originaba en el tomo y que

ste no tena una estructura sencilla como se pensaba.

MODELOS DEL TOMO

Fue Joseph John Thomson quien, en 1907, propuso un modelo del tomo, al que visualiz como una esfera con carga positiva,

distribuida en el volumen del tomo de aproximadamente 0.000 000 01 cm de dimetro. Supuso que partculas con cargas negativas,

electrones, estaban dispersos en alguna forma ordenada en esta esfera. ste fue el primer modelo del tomo que trat de explicar su

constitucin. Pero este modelo no fue capaz de explicar los experimentos que realizaba Ernest Rutherford, cientfico neozelands,

quien utilizaba una fuente de polonio emisora de radiacin alfa como herramienta para realizar sus estudios.

ERNEST RUTHERFORD

Aparece en nuestra historia este personaje, a quien se debe un gran nmero de descubrimientos que cambiaron el rumbo de la ciencia;

se le mencionar en varias ocasiones en este libro, pues la humanidad est endeudada con l por su brillante imaginacin y habilidad

experimental demostradas en su interpretacin de la radiactividad. Rutherford naci en 1871 en Nueva Zelanda. Estudi alli

matemticas y ciencia. Despus gan una beca para estudiar en Cambridge, Inglaterra. Tena apenas 24 aos cuando ya realizaba

trabajo de postgrado en ondas electromagnticas en el laboratorio Cavendish bajo la direccin del profesor Thomson, ya conocido en

esta historia. Despus de trabajar en universidades de varios pases, finalmente regres a Cavendish, Cambridge, donde tom el lugar

de su maestro Thomson como profesor de fsica.

LAS RADIACIONES EMITIDAS POR LOS ELEMENTOS RADIACTIVOS

Ernest Rutherford y su colaborador qumico Frederick Soddy propusieron una teora que describa el fenmeno de la radiactividad. A

este proceso se le conoce ahora como decaimiento radiactivo. En 1902, explicaron la naturaleza de la radiactividad y encontraron que

el tomo ya no poda considerarse como una partcula indivisible; estudiaron los productos del decaimiento de un material radiactivo

separado qumicamente del resto de los elementos de donde provena, y descubrieron que los materiales radiactivos, al emitir

radiacin, se transforman en otros materiales, ya sea del mismo elemento o de otro.

La radiacin emitida por el uranio y otros elementos radiactivos result ser bastante compleja; estaba constituida principalmente por

tres componentes, a los cuales Rutherford les dio los nombres de alfa (a), beta (b) y gamma (g), respectivamente, tomados de las tres

primeras letras del alfabeto griego.

Cuando se haca pasar un haz de la radiacin a travs de un campo magntico, los cientficos encontraron que una parte, los rayos alfa,

se desviaba ligeramente en un sentido; otra parte, los rayos beta, se desviaba fuertemente en el sentido contrario, y, finalmente, una

tercera parte, los rayos gamma, no se desviaba.

Rutherford fue el primero en detectar los rayos alfa, y descubri que, en presencia de campos magnticos, se desvan en forma opuesta

a la de los electrones. De aqu se concluy que los rayos alfa tenan que estar cargados positivamente. Como adems resultaban

desviados slo muy ligeramente, calcularon que deban de tener una masa muy grande; en efecto, result que tenan cuatro veces la

masa del hidrgeno. Rutherford los identific ms tarde como tomos de helio cargados positivamente.

Becquerel demostr que los rayos beta consisten en electrones cargados negativamente, ya que se desvan en el mismo sentido y en la

misma proporcin que stos.

Finalmente, Rutherford y Audiade, otro colaborador suyo, descubrieron que los penetrantes rayos gamma son en realidad radiaciones

electromagnticas parecidas a los rayos X y a la luz visible, pero de diferente energa.

Cmo podra explicarse la existencia de los elementos radiactivos si continuamente se estn desintegrando? Era de esperarse que se

hubieran acabado. Fueron Rutherford y Soddy quienes contestaron esta pregunta: observaron que para cada material radiactivo se

poda asignar un tiempo en el que decaan la mitad de los tomos de la actividad original; este tiempo recibi el nombre de vida

media. Despus de haber transcurrido una vida media, slo podan encontrar aproximadamente la mitad de la actividad que tenan

originalmente; despus de dos vidas medias, slo la cuarta parte, y as sucesivamente, hasta que el material radiactivo se perda en su

mayor parte (Fig. 2). Graficando la actividad de las radiaciones, encontraron que disminua en el curso del tiempo y tena una forma

que los matemticos llaman exponencial decreciente (Fig. 3).

Figura 2. Despus de una vida media slo se tiene la mitad, el 50%, de la actividad del material radiactivo. Despus de dos vidas

medias slo se tiene el 25%, y as sucesivamente, hasta que en la prctica no se puede medir la actividad del material radiactivo.

Figura 3. Actividad de un istopo radiactivo en funcin del tiempo transcurrido. Despus de una vida media el istopo radiactivo le

queda slo la mitad de su radiactividad.

Esta curva y su relacin matemtica expresa la rapidez con la que se transforma el material radiactivo en otro material, el proceso se

llama decaimiento o desintegracin radiactiva.

EL MODELO NUCLEAR DEL TOMO

Uno de los experimentos de ms trascendencia de Rutherford y sus colegas, y el que tal vez ayud ms a los cientficos a comprender

la estructura atmica, consisti en utilizar partculas alfa emanadas de una fuente radiactiva para bombardear una lmina delgada de

material. Las partculas alfa incidan en una placa fotogrfica despus de haber atravesado la placa de metal. Casi todas ellas

traspasaban la hoja de metal sin cambiar su direccin, y pocas partculas rebotaban en diversas direcciones; esto ltimo lo dedujo

Rutherford por los bordes de las manchas en la placa, que no se vean ntidos, sino todo lo contrario: se observaba una zona difusa

(Fig. 4).

Figura 4. Las partculas emitidas por la fuente radiactiva se desvan al pasar a travs de una hoja metlica. El grado de desviacin

queda registrado cuando las partculas chocan con la placa fotogrfica.

Estos experimentos, aparentemente tan sencillos, cuyos resultados pudieron haber pasado inadvertidos para muchos, fueron muy

significativos para Rutherford, quien obtuvo de ellos resultados verdaderamente asombrosos; concluy de sus experimentos que la

mayora de las partculas alfa pasaban a travs de la hoja de metal sin afectarse ni desviarse, como si pasaran a travs de un agujero,

mientras que otras pocas se desviaban intensamente, causando esa difusin observada en la placa fotogrfica. Si el modelo del tomo

de Thomson fuera correcto, las cargas positivas y negativas estaran bien difundidas en todo el material y todas las partculas alfa

pasaran desvindose muy poco. El hecho de que slo algunas partculas alfa se desviaran enormemente significaba para Rutherford

que en alguna parte del tomo deba de existir un ncleo muy denso y cargado positivamente, capaz de rechazar las partculas alfa,

tambin cargadas positivamente.

Como consecuencia de sus experimentos y clculos, Rutherford encontr algo que le debi de parecer sumamente extrao: la masa del

tomo estaba encerrada casi toda en un ncleo; el tomo era como una esfera prcticamente hueca, y el tamao del tomo deba de ser

inmensamente mayor que el de ese ncleo.

Su modelo del tomo que propuso en 1911, tena un ncleo muy pequeo y muy denso cargado positivamente, rodeado de electrones

cargados negativamente en movimiento alrededor del ncleo.

En la poca en que Rutherford (Fig. 5) propona su modelo nuclear del tomo, las nicas partculas conocidas que podan constituir la

materia eran los protones, partculas de carga positiva, y los electrones, partculas de carga negativa. Rutherford pens originalmente

que el ncleo podra estar formado por protones; sin embargo, no pudo explicar su modelo del ncleo con la presencia de slo estas

partculas, ya que supuso que podra ser muy inestable, en virtud de la carga positiva tan condensada que tendra. As fue como

predijo, en 1920, la existencia de una partcula nuclear neutra, que, segn supuso, era necesaria para la estabilidad del ncleo. Fue

necesario esperar la llegada de los aos treinta para que el "neutrn", como lo llamaron ms tarde, fuera descubierto.

Figura 5. Ernest Rutherford.

EL NEUTRN

Durante mucho tiempo se trat de encontrar al neutrn postulado por Rutherford; pero fue una casualidad, como sucede muy a

menudo con los descubrimientos cientficos, lo que hizo posible este descubrimiento. En 1930, dos fsicos alemanes, Bothe y Becker,

observaron una radiacin emitida por ncleos de boro, berilio y litio cuando eran bombardeados por la radiacin alfa. Las partculas

desconocidas que se emitan posteriormente a la irradiacin eran muy penetrantes y capaces de atravesar capas gruesas de elementos

pesados sin ser absorbidas en forma notoria. Poco despus, en el Instituto del Radio en Pars, dos cientficos franceses, a los que nos

referiremos en este libro en muchas ocasiones al tratar la radiactividad artificial, Frdric e Irne Joliot-Curie, estudiaron la absorcin

de los rayos que haban encontrado Bothe y Becker. Observaron la propiedad que tienen estas partculas de ser absorbidas rpidamente

por substancias con un contenido alto de hidrgeno, como la parafina y el agua, y tambin de proyectar los tomos de hidrgeno de

estas substancias a una gran velocidad. Los resultados de los trabajos publicados por los Joliot-Curie provocaron la sorpresa de los

fsicos del laboratorio Cavendish de Cambridge. James Chadwick, cientfico de este laboratorio, estudi la radiacin observada por

ellos y su propiedad de proyectar los tomos de hidrgeno fuera de la parafina.

Despus de estudiar su naturaleza y las caractersticas de su recorrido a travs de la materia, Chadwick concluy que esta partcula

nueva tena una masa muy semejante a la del protn, pero sin carga elctrica alguna, y era precisamente la partcula que l supona

presente en la materia y que estaba buscando sin xito desde haca muchos aos: el neutrn. La radiacin encontrada por Bothe y

Becker estaba constituida por neutrones, partculas predichas por Rutherford en el mismo laboratorio. Fueron necesarios ms de 12

aos de trabajo sobre el mismo tema por fsicos alemanes, franceses e ingleses para establecer la existencia del neutrn. El

descubrimiento del neutrn permiti resolver los problemas que existan para explicar la constitucin del tomo. Chadwick reconoci

que el neutrn formaba parte de todos los ncleos, con excepcin del de hidrgeno.

LO QUE SE SABE AHORA SOBRE LA MATERIA

Finalmente se fueron juntando las piezas del rompecabezas para formar una imagen del tomo. Con el descubrimiento del neutrn se

fortaleci el modelo nuclear del tomo de Rutherford.

Posteriormente se presentaran cambios a este modelo para explicar con ms exactitud los fenmenos observados; sin embargo, el

concepto del modelo nuclear del tomo no cambi.

Segn la teora atmica, lo que nos rodea est formado de molculas y stas de elementos, sustancias sencillas que no pueden

descomponerse en sustancias ms sencillas por cambio qumico. Los elementos, a su vez, estn formados por tomos, partculas

extremadamente pequeas que el ojo humano no puede distinguir. Es fcil darse cuenta de que debe de existir un gran nmero de

ellos, ya que una gota de agua contiene aproximadamente 1 000 000 000 000 000 000 000 (1021

, es decir, mil trillones) de tomos.

Esta cantidad tan grande da idea de la pequeez del tomo y del gran nmero de ellos que existen en todo lo que nos rodea.

Los tomos, de acuerdo con la teora de Rutherford, estn constituidos por un ncleo de carga elctrica positiva, rodeado por una nube

de electrones o negatrones, con carga elctrica total de igual magnitud que la del ncleo, pero de signo opuesto. Los electrones, que

giran alrededor del ncleo a grandes velocidades, tienen carga elctrica negativa y una masa muy pequea; una dosmilsima parte de

la masa de un protn.

El tamao del ncleo es tan pequeo, comparado con el resto del tomo, que si el tomo fuera una esfera de 1 kilmetro de dimetro,

su ncleo tendra apenas el tamao de una canica de 1 cm y los electrones se veran apenas como puntos a los que difcilmente se les

podra medir sus dimensiones. De hecho, el ncleo contiene casi toda la masa del tomo, y en muchos casos es aproximadamente 4

000 veces ms pesado que los electrones perifricos, pero tiene dimensiones muy pequeas.

Por ser precisamente la parte fundamental del ncleo, a los protones y neutrones se les llama nucleones. A pesar de su pequeez, el

ncleo del tomo es muy pesado: si se pudiera juntar materia nuclear en un volumen de 1 cm, su peso sera de doscientos millones de

toneladas.

Una vez que se estableci el modelo nuclear del tomo, se hizo evidente que las transformaciones radiactivas son procesos nucleares.

Todos los ncleos, excepto el del hidrgeno, estn formados principalmente por protones y neutrones. El nmero de protones, que es

tambin igual al nmero de electrones extranucleares en el tomo neutro, es su nmero atmico. Por otra parte, el nmero total de

nucleones, es decir de protones y neutrones, se conoce como masa atmica.

Los nmeros atmicos de los elementos conocidos van desde 1 para el hidrgeno hasta el 106 para el elemento ms pesado conocido.

Se conocen, adems, ncleos con nmero de neutrones desde cero hasta 159. Los nmeros de masa (masa atmica) de los elementos

conocidos varan desde 1 hasta 263. Es importante notar que en el caso de los elementos ms ligeros la masa atmica es

aproximadamente el doble del nmero atmico. Esto es otra forma de decir que estos ncleos ligeros contienen aproximadamente

nmeros iguales de protones y neutrones. El helio-4, en particular, tiene 2 protones y 2 neutrones.

Los cientficos acostumbran expresar en forma taquigrfica la nomenclatura de los ncleos con diferentes propiedades fsicas. El

smbolo utilizado para denotar las especies nucleares es el smbolo qumico del elemento con el nmero de masa como superndice

izquierdo y el nmero atmico como subndice izquierdo; as, el helio de masa 4 se transcribe: 4/2He. En la literatura antigua se

utilizaba tambin poner el nmero de masa como superndice derecho: 2He4, nomenclatura que en ocasiones an se encuentra en la

literatura. Sin embargo, el subndice, que indica el nmero atmico, a menudo se omite, pues cada elemento qumico tiene su nmero

atmico caracterstico. Existe tambin la costumbre de simplificar esta nomenclatura escribiendo el nombre del elemento seguido de

un nmero que indica su nmero de masa: helio-4.

Las masas de los ncleos atmicos son tan pequeas cuando se expresan en gramos (menos de 10-21

gramos), que se expresan en

general en una escala diferente. La escala que se acepta universalmente en la actualidad est basada en la masa de un tomo de

carbono-12 tomado exactamente como 12 000 000 unidades atmicas de masa. La informacin a este respecto para cada elemento se

encuentra distribuida muy ampliamente en la literatura de tablas que dan la informacin; sin embargo, es importante hacer notar que

esta informacin est dada en general para las masas atmicas y no sobre las masas nucleares. En otras palabras: las masas tabuladas

incluyen las masas de los electrones extranucleares en los tomos neutros.

MENDELEEV, SU TABLA PERIDICA DE LOS ELEMENTOS Y LA RADIACTIVIDAD

Mendeleev, en 1864, clasific los elementos conocidos en esa poca en lo que llam tabla peridica (Fig. 6).

Figura 6. Tabla peridica de los elementos. Mendeleev agrup los elementos con propiedades semejantes uno junto a otro

horizontalmente, mientras que en las tablas actuales, como la que se muestra, se colocan uno debajo del otro. Mendeleev

orden los elementos por sus pesos atmicos; ahora se ordenan conforme a sus nmeros atmicos. As pues, hay varias

diferencias entre la tabla original del cientfico ruso y las actuales.

Para comprender la importancia de la tabla peridica de los elementos retrocedamos en el tiempo al ao de 1815, cuando el cientfico

y mdico ingls William Prout observ que, al escoger el peso del hidrgeno como la unidad, las masas atmicas de la mayora de los

elementos ligeros eran muy aproximadamente cercanas a nmeros enteros. Esto lo llev a concluir que los tomos de todos los

elementos deberan de estar formados por tomos de hidrgeno. De acuerdo con esta teora, el tomo de oxgeno estara formado por

16 tomos de hidrgeno, y el carbono por 12. Ahora sabemos que Prout estaba muy cerca de la realidad; sin embargo, su idea no fue

aceptada en esa poca. Slo 54 aos desps, cuando estas ideas se cristalizaron, Dimitri Mendeleiev en Rusia y Lothar Meyer en

Alemania, en el mismo ao, publicaron tablas similares, en las que establecieron las leyes de las propiedades de los elementos, a los

que ordenaron de acuerdo con sus masas atmicas, comenzando por el hidrgeno, el ms ligero de ellos. Mendeleiev agrup los

elementos, por orden creciente de sus pesos atmicos, en periodos o series, de manera que quedasen ordenados por propiedades

semejantes.

Huecos en la clasificacin de Mendeleev

En la poca de Mendeleev faltaban an numerosos elementos por descubrirse, y constituan los huecos en la tabla que elabor. En vez

de considerarlos como excepciones de su sistema de clasificacin Mendeleev supuso, con osada, que los huecos de su clasificacin

correspondan a elementos desconocidos en esa poca; y como si eso fuera poco, se lanz a describir los elementos faltantes. Se puede

decir que la importancia de su tabla peridica de los elementos se basa ms en los huecos que encontr que en la tabla misma.

Mendeleev se fij de modo especial en tres huecos que quedaban junto a los elementos boro, aluminio y silicio y que correspondan a

elementos an no conocidos, sabiendo de ellos solamente el sitio que ocuparan en la tabla cuando fuesen descubiertos. Lleg incluso

a ponerles nombres a los elementos que correspondan a esos huecos: ekaboro, ekaaluminio y ekasilicio.

Tomando en cuenta que las propiedades de los elementos en un mismo grupo son semejantes, Mendeleev pudo predecir sus

propiedades fsicas y qumicas. Quizs la tabla de Mendeleev no habra tenido tanta importancia si no se hubieran verificado sus

predicciones. Los diferentes elementos que faltaban dentro de la tabla fueron descubrindose generalmente a partir de los minerales de

los elementos vecinos, ya que las propiedades qumicas similares tienden a reunir a los elementos del mismo grupo.

Los tres elementos mencionados, ekaboro, ekaaluminio y ekasilicio, fueron descubiertos en un periodo de quince aos a partir de la

descripcin de Mendeleev. Con el descubrimiento del germanio, la hiptesis se fortaleci, pues las propiedades de ese elemento se

parecan asombrosamente a las del ekasilicio predicho por Mendeleev. Igualmente sorprendentes resultaron los descubrimientos del

galio, que corresponda al ekaaluminio, y del escandio, correspondiente al ekaboro. Nadie poda dudar despus de esto de la validez o

utilidad de la tabla peridica.

A pesar del gran xito que haba tenido el sistema de Mendeleev, an tena que resistir la repercusin del descubrimiento de varios

materiales radiactivos, para los que no pareca encontrarse sitio en la tabla peridica.

Todava en los aos veinte de este siglo quedaban por descubrirse varios elementos, entre ellos los anlogos del manganeso, cuya

existencia fue anticipada por Mendeleev, quien los llam ekamanganeso y dvimanganeso. Transcurrieron ms de 50 aos hasta que se

descubri el renio, que corresponda al dvimanganeso de Mendeleev. De hecho, el renio fue el ltimo de los elementos estables

descubiertos; y fue necesario el desarrollo de la fsica nuclear y de la radioqumica para descubrir, finalmente, que los elementos

faltantes eran radiactivos de vida media bastante ms corta que la vida de nuestro planeta y que, por consiguiente, no existan en la

Tierra.

LOS ISTOPOS

Ya para el ao de 1912 se haban encontrado un gran nmero de diferentes materiales radiactivos; pero cmo se podan acomodar en

la clasificacin peridica de los elementos? Haba docenas de estos materiales radiactivos, y en la tabla de Mendeleev no haba sitio

para ellos.

Frederick Soddy, quien haba colaborado anteriormente con Rutherford en la explicacin del comportamiento de la radiactividad

natural, saba que el ncleo de un tomo radiactivo pierde peso y carga positiva al emitir una partcula alfa. No obstante, cuando un

ncleo emite una partcula beta su peso permanece casi sin cambio, pero su carga aumenta. As fue como Soddy pudo deducir los

pesos y la carga nuclear de muchos productos radiactivos. En varios casos, dos productos radiactivos diferentes tenan la misma carga

nuclear pero diferentes pesos. La carga positiva que posee un ncleo es la que determina la cantidad de electrones necesarios para

neutralizar el tomo; la carga del ncleo es, por lo tanto, la responsable de sus caractersticas exteriores, o sea, las propiedades

qumicas del tomo.

Esta conclusin se confirm cuando Soddy encontr que los diferentes materiales radiactivos no siempre se podan separar unos de

otros por tcnicas qumicas, lo cual indicaba que eran partes de un mismo elemento qumico, que cada grupo de especies inseparables

corresponda a un solo elemento qumico y que en el mismo sitio de la tabla peridica quedaban clasificados tomos qumicamente

iguales con ncleos diferentes y con propiedades fsicas distintas. Soddy propuso el nombre de istopo, del griego iso igual y topos lugar, para designar a las especies de un grupo; ese nombre indica, pues, que tales especies ocupan el mismo lugar en la clasificacin de los elementos. Actualmente en cada casilla de la tabla de elementos se clasifican todos los tomos con el mismo

nmero de protones, o sea, con el mismo nmero atmico, aun cuando su masa sea diferente como consecuencia de tener diferente

nmero de neutrones. De acuerdo con esta definicin, todos los ncleos que tienen el mismo nmero de protones, pero con diversas

combinaciones de neutrones, se llaman istopos. Todos los istopos de un elemento tienen la misma cantidad de electrones

perifricos, y esta cantidad es igual al nmero de protones del ncleo. Como el comportamiento qumico de los elementos depende de

sus electrones, entonces se puede decir que todos los istopos de un elemento se comportan qumicamente en la misma forma. En la

naturaleza se encuentran elementos que tienen varios istopos.

Hidrgeno

El elemento ms sencillo, el hidrgeno, tiene un solo protn, pero se conocen tres istopos de este elemento: el hidrgeno-l, el

hidrgeno-2 o deuterio, y finalmente el hidrgeno-3 o tritio, cuyos ncleos estn formados solamente por 1 protn; el primero de ellos

no tiene neutrones, mientras que el segundo, el deuterio, tiene un solo neutrn, y el tritio tiene 2 neutrones (Fig. 7).

Figura 7. Istopos de hidrgeno.

Agua. De acuerdo con el istopo de hidrgeno que contengan, existen diferentes molculas de agua:

El agua ligera est formada por dos tomos de hidrgeno y uno de oxgeno:

H2O

el agua pesada tiene un tomo de deuterio:

HDO

y, finalmente, el agua tritiada tiene un tomo de tritio:

HTO

Uranio

El uranio que existe en la naturaleza tambin tiene varios istopos: el uranio-234, el uranio-235 y el uranio-238. Todos ellos tienen 92

protones en el ncleo; el primero tiene slo 142 neutrones, mientras que el segundo tiene 143, y el ltimo tiene 146.

Los istopos estables con pocos protones tienen, en general, un nmero igual de neutrones; pero a medida que aumenta el nmero de

protones va aumentando la carga positiva concentrada, y para estabilizar el tomo aumenta tambin el nmero de neutrones; de otra

forma, la repulsin entre las cargas positivas de los protones hara que el tomo fuera muy inestable. Esto se puede ver en la grfica

que muestra el nmero de neutrones de un ncleo en funcin de su nmero de protones (Fig. 8). A esta curva se le llama curva de

estabilidad del ncleo, y muestra que los ncleos estables con pocos protones es tn a lo largo de una lnea diagonal, donde existen

igual nmero de protones y neutrones, pero a medida que aumenta el nmero de protones la lnea se va curvando, lo cual indica que en

tomos con masas nucleares grandes los ncleos estables tienen muchos ms neutrones que protones. Sin embargo, hay un lmite para

la estabilidad de los ncleos, ya que todos los que tienen 84 protones o ms son radiactivos.

Figura 8. Respresentacin del nmero de neutrones en funcin del nmero de protones de los diferentes ncleos. A lo largo de la lnea

oblicua se encuentran aquellos ncleos ligeros con igual nmero de protones y neutrones. (Referencia: Fernndez-Valverde, M.,

Ciencia y Desarrollo 23, p. 880, 1978.)

LOS ISTOPOS RADIACTIVOS Y LAS RADIACIONES QUE EMITEN

Se ha comentado antes que algunos istopos de elementos que se encuentran en la naturaleza son inestables. Esto significa que sus

ncleos emiten radiaciones o partculas, o ambas, y se descomponen espontneamente, formando tomos del mismo o de otros

elementos. A estos istopos inestables se les llama istopos radiactivos. Mientras que el hidrgeno-l y el hidrgeno-2, o deuterio, son

istopos estables del elemento hidrgeno, el tritio es radiactivo y se desintegra emitiendo radiacin beta. Asimismo, el carbono-12,

istopo estable, tiene 6 neutrones y 6 protones, mientras que el carbono-14, con 6 protones y 8 neutrones, es radiactivo. Estos istopos

radiactivos se encuentran fuera de la lnea de estabilidad ya discutida anteriormente. La radiacin alfa, beta y gamma provienen del

ncleo atmico (Fig. 9).

Figura 9. Las radiaciones alfa (a), beta (b) y gamma (g) provienen del ncleo atmico. (Referencia: Segovia, Naturaleza 5, p. 107,

1974.)

Decaimiento alfa (a)

Soddy describi el modo en que un tomo cambia al emitir una partcula alfa, la cual est constituida por un ncleo de helio, formado

por cuatro nucleones: dos protones y dos neutrones (vase, adelante, la Fig. 31).

Cuando un ncleo decae por la emisin de una partcula alfa su masa atmica disminuye en cuatro unidades, ya que pierde dos

neutrones y dos protones, y su nmero atmico en dos unidades, pues pierde dos cargas positivas del ncleo. Como ejemplo de este

decaimiento se tiene el caso de los tomos de radio-226 que tienen nmero atmico 88.

En un gramo de radio cada segundo se transforman 37 000 000 000 de tomos en tomos de otro elemento, el radn, que es un

elemento gaseoso. A su vez, el nmero de masa del radn es 222 y su nmero atmico es 86. Difiere del radio por cuatro unidades de

masa y dos unidades en su nmero atmico (Fig. 10). Estas 4 unidades de masa y dos unidades de nmero atmico no pueden

desaparecer: se eliminan en forma de la partcula alfa. Si un tomo pierde una partcula alfa, con una carga +2, la carga total de su

ncleo disminuye en dos. Si se grafica el nmero de neutrones en funcin del nmero de protones en una tabla como la del ajedrez, se

puede observar cmo se transforma el ncleo del radio-226 en radn-222 durante la emisin de la partcula alfa (Fig. 11).

Figura 10. Decaimiento alfa del radio-226.

Figura 11. Decaimiento alfa del radio-226.

Decaimiento beta (b)

Existe otro tipo de decaimiento radiactivo, por emisin de las partculas beta. Las partculas beta emitidas por los ncleos son

electrones. Las radiaciones emitidas por el uranio, torio y otros elementos naturales incluyen electrones de carga negativa; pero ahora

se sabe que tambin existen ncleos inestables que emiten electrones positivos: a los primeros tambin se les llama negatrones; a los

segundos se les denomina positrones. Estos electrones no deben confundirse con los electrones que se mueven a grandes velocidades

alrededor del ncleo del tomo.

Ya que la masa del electrn es slo una pequesima parte de la masa del tomo, la emisin de una partcula beta prcticamente no

altera el nmero de masa de un ncleo radiactivo. Sin embargo, la emisin de una partcula beta negativa se lleva una unidad de carga

negativa del ncleo. Como consecuencia, ste se carga positivamente y el nmero atmico del tomo aumenta en una unidad. La

emisin de una partcula beta positiva tiene precisamente el efecto opuesto, el ncleo pierde una carga positiva y el nmero atmico

disminuye en una unidad.

Cuando el yodo-131 decae el emitir una partcula beta negativa nace un ncleo de xenn-131, que es un gas noble. En la figura 12 se

grafica en forma de tablero de ajedrez este decaimiento; ah se indica cmo se transforma el yodo en xenn, cuyo ncleo tiene un

protn ms que el yodo.

Figura 12. Decaimiento beta negativo.

Por otra parte, cuando el cobre-64 decae al emitir una partcula beta positiva nace tambin un ncleo nuevo, en esta ocasin el nquel-

64. La grfica de la figura 13 muestra este decaimiento e indica cmo se transforma el cobre en nquel, cuyo ncleo tiene un protn

menos que el cobre.

Figura 13. Decaimiento beta positivo.

Decaimiento gamma (g)

Finalmente, los rayos gamma, en la mayora de los casos, acompaan a la emisin de partculas alfa o beta y acarrean el exceso de

energa que tiene el ncleo despus de su decaimiento. Cuando un tomo emite un rayo gamma (sin carga), se altera su contenido

energtico pero no cambia el nmero de partculas, de modo que contina siendo el mismo elemento y no cambia su posicin en el

tablero de ajedrez utilizado anteriormente.

Transicin isomrica

Existen algunos istopos radiactivos que tienen masas y cargas idnticas, es decir, que tienen el mismo nmero de protones y de

neutrones, pero diferentes propiedades radiactivas, como son sus vidas medias y las energas de las radiaciones emitidas. Estos

ncleos reciben el nombre de ismeros nucleares. El ismero que presenta el estado de mayor energa, el ms excitado, recibe el

nombre de ismero en estado metaestable, y al de menor energa, se le llama ismero en estado base. Un ncleo metaestable puede

decaer, por emisin de rayos gamma, a su ismero en el estado base. La transicin de un estado a otro se llama transicin isomrica.

Por ejemplo, el selenio 81 m emite radiacin electromagntica y pasa a selenio 81 en el estado base. A menudo, estos ismeros

nucleares en el estado base tambin son radiactivos.

LA PENETRACIN DE LAS RADIACIONES NUCLEARES EN LA MATERIA Y LOS EFECTOS QUE PRODUCEN

Cada una de las radiaciones nucleares alfa, beta y gamma se caracteriza por su diferente poder de penetracin en la materia. Las

partculas alfa son frenadas por una hoja de papel, que no les permite continuar su trayectoria, mientras que esta misma hoja s permite

pasar a las partculas beta y a la radiacin gamma; una hoja delgada de aluminio como de 1 mm de espesor slo deja pasar una

pequea fraccin de la radiacin beta y casi la totalidad de la radiacin gamma; una placa de plomo intercepta la radiacin gamma,

dejando pasar solamente una fraccin de ella (Fig. 14).

Figura 14. Las partculas alfa son frenadas por una hoja de papel, pero las partculas beta s la atraviesan. Una hoja delgada de

aluminio slo deja pasar una fraccin de las partculas beta y casi la totalidad de la radiacin gamma. La placa de plomo es la nica

que intercepta la radiacin gamma.

La poca penetracin que tienen en la materia las radiaciones alfa y beta se debe principalmente a que son partculas cargadas

elctricamente y a que, por esto mismo, interaccionan con la materia. Existen dos tipos de interaccin de las partculas cargadas con la

materia: la ionizacin y la excitacin. La ionizacin es el fenmeno en el que las partculas alfa y beta al recorrer el material le ceden

parte de su energa arrancndole electrones de sus tomos y dejndolos cargados positivamente; a estas especies se les llama iones

(Fig. 15). En este proceso tambin se liberan electrones, que, como sabemos, tienen cargas negativas. La excitacin, por otra parte,

consiste en que cuando las partculas cargadas, alfa o beta, atraviesan el material dejan a los electrones perifricos de sus tomos con

mayor energa que la que tenan antes (Fig. 16). El tomo queda as con un exceso de energa, y puede volver a su estado original

bsico emitiendo en forma de luz la energa sobrante.

> Figura 15. Fenmeno de ionizacin. (Referencia: Segovia, Naturaleza 5, p. 107, 1974.)

Figura 16. Fenmeno de excitacin. (Referencia: Segovia, Naturaleza 5, p. 107, 1974.)

El nmero de iones liberados y el tipo de luz emitida en un material por el paso de la radiacin dependen, entre otras cosas, de la

energa que pierden las partculas cargadas alfa y beta al atravesarla. Pero y la radiacin gamma? No tiene carga ni masa y su poder

de penetracin en la materia es muy grande; sin embargo, esta radiacin puede producir otros tres fenmenos, denominados efecto

Compton, efecto fotoelctrico y creacin de pares (Fig. 17). Lo ms importante de estos tres efectos es que en todos ellos aparecen

partculas cargadas elctricamente; las que producen a su vez, como fenmenos secundarios, la ionizacin y la excitacin. As pues, se

puede generalizar diciendo que la radiacin nuclear interacciona con la materia que atraviesa y produce de manera directa o indirecta

ionizacin o excitacin de los tomos y por este efecto se pueden medir.

Figura 17. Tres fenmenos provocados por la radiacion gamma. (Referencia: Segovia, Naturaleza 5, p. 107, 1974.)

CMO SE MIDE LA RADIACTIVIDAD?

La radiactividad es un fenmeno que tard mucho en descubrirse, pues el ser humano no puede ver ni oler ni or las radiaciones

emitidas por los elementos radiactivos: por lo general, sus sentidos no pueden percibirla. Pero en cuanto se descubri que el uranio

emita radiaciones se empezaron a fabricar instrumentos que ayudaran a los sentidos a detectar lo imperceptible. Las radiaciones

nucleares slo se pueden observar indirectamente a travs de los efectos que producen al atravesar la materia, y los aparatos diseados

para medir su energa e intensidad estn basados en estos efectos: 1) La produccin de iones cargados elctricamente, 2) la produccin

de excitacin que se emite en forma de luz.

El primer mtodo para medir la radiactividad precisamente fue el que le permiti a Becquerel descubrirla. En efecto, la placa

fotogrfica es un detector de radiactividad que se ennegrece en menor o mayor grado cuando la radiacin nuclear incide en ella.

Mayor ennegrecimiento indica presencia de mayor cantidad de radiaciones nucleares. Becquerel se dio cuenta del carcter ionizante de

las emanaciones del uranio y utiliz para medirlas un aparato ya conocido en su poca, el electroscopio, que se utilizaba para medir

corriente elctrica.

El fenmeno de ionizacin puede observarse gracias a que los iones cargados positivamente y los electrones cargados negativamente

pueden ser acelerados por un campo elctrico, pasar por un filamento y generar as una corriente elctrica que se mide con un aparato

apropiado. Mayor corriente elctrica indica la presencia de fuentes radiactivas de mayor intensidad. La respuesta del equipo detector

puede observarse en otro dispositivo que registre las radiaciones detectadas: un escalador, una bocina o una bombilla elctrica (foco).

El fenmeno de excitacin electrnica puede observarse gracias a los destellos luminosos que se producen al desexcitarse los tomos

excitados. Estos destellos luminosos se pueden observar en ocasiones directamente y en otras ocasiones requieren de ayuda de

dispositivos que puedan analizar la luz de esos destellos.

Para detectar partculas alfa se requieren ventanas extremadamente delgadas, pues de otra forma estas partculas se frenan en la

ventana y no la pueden penetrar. Tambin se utilizan ventanas especiales para detectar partculas beta, cuando no se requiere que sean

tan delgadas como las utilizadas para detectar las partculas alfa.

La radiacin gamma es mucho ms penetrante. Puede pasar a travs de las paredes de un contador ordinario, por lo que no requiere de

ventanas especiales. La facilidad o dificultad con que una radiacin pasa a travs de una pared o una ventana de un detector ayuda

para identificarla. Por ejemplo, la partcula alfa no atraviesa las ventanas que se emplean para detectar partculas beta. Una lmina

delgada de metal colocada sobre la ventana para medir partculas beta excluir a estas partculas beta, pero no detendr a la radiacin

gamma.

Como ejemplo de detectores, mencionaremos el inventado por Geiger y que por ello lleva su nombre; se basa en el fenmeno de la

ionizacin. Se puede construir en muchas diferentes formas y tamaos; la forma cilndrica es generalmente la ms sencilla de

construir.

El material que se usa para fabricar un detector de este tipo es un gas confinado en un recipiente cubierto con una capa metlica en el

interior. Al aplicarse una diferencia de potencial en los electrodos se pueden medir tanto los electrones como los iones positivos

producidos durante el proceso de ionizacin al pasar la radiacin nuclear por el gas confinado. La figura 18 muestra un cilindro lleno

de un gas; el electrodo negativo es el alambre central, y el positivo la capa metlica del tubo mismo. Al conectarse el sistema a una

fuente de voltaje se crea una diferencia de potencial. Cuando el voltaje aumenta, tambin aumenta la cantidad de electrones que pasan

por el alambre (Fig. 18).

Figura 18. El detector Geiger mide la radiactividad. (Referencia: Segovia,

Naturaleza 5, p. 109, 1974.)

Cada istopo radiactivo emite radiacin de energa caracterstica; y gracias a que esta radiacin es siempre la misma, se pueden

identificar los tomos que las emiten. En la actualidad se utiliza un detector apropiado acoplado a un equipo que se conoce con el

nombre de analizador multicanal, el cual, adems de detectar la radiacin emitida por cada istopo radiactivo, puede determinar la

energa de sta. Cuando la radiacin incide en el detector se produce una seal o pulso elctrico, y el tamao de este pulso depende de

la energa absorbida por el detector. El analizador multicanal tiene una serie de pequeas ventanas, denominadas canales; cada una de

ellas acepta slo los pulsos que poseen una altura determinada y los acumula. La informacin que se obtiene despus de un cierto

tiempo se traduce en un espectro de energas, que se construye haciendo una grfica del nmero de cuentas acumulado en cada canal

en funcin del nmero de ste, es decir, de la energa (Fig. 19).

Figura 19. Arriba: Esquema de una analizador multicanal. 1) Llegan todos los pulsos. 2) Los pulsos se acumulan en los canales

despus de ser clasificados en funcin de su altura, es decir, de la enrega. Abajo: Espectro gamma caracterstico del sodio de masa 24.

Este espectro fue obtenido con un detector de germanio-litio acoplado a un analizador de 4 000 canales. (Referencia: Jimnez Reyes,

Ciencia y Desarrollo 23, p. 67, 1978.)

III. SE PUEDE PRODUCIR LA RADIACTIVIDAD?

UNO DE los eslabones de la cadena de descubrimientos del siglo XX, y que tuvo consecuencias muy importantes en el desarrollo de

la ciencia, fue encontrar que la radiactividad, descubierta por Becquerel y los esposos Curie en la naturaleza, se poda producir en

forma artificial.

LOS DESCUBRIDORES DE LA RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL: JEAN FRDRIC E IRNE JOLIOT-CURIE

Jean Frdric Joliot fue el hijo menor de la familia Joliot; naci en Pars, Francia en 1900. En la universidad fue alumno de Paul

Langevin, quien influy mucho en l. Al salir de la universidad, trabaj en la industria; sin embargo, despus de realizar su servicio

militar, pudo dedicarse a su verdadera vocacin: la ciencia. Langevin le ofreci una beca, la cual Frdric acept de inmediato, y fue

as como realiz uno de sus ms grandes anhelos: trabaj de tcnico de Marie Curie en el Instituto del Radio.

Irne Curie, primognita de los cientficos Pierre y Marie Curie, naci en Pars, Francia en 1897. Durante la primera Guerra Mundial,

a los 17 aos, ya ayudaba a su madre en los servicios radiolgicos que proporcionaba sta en los hospitales. Marie Curie pudo

observar la capacidad de su hija mayor y, despus de la guerra, le dio la oportunidad de trabajar en el Instituto del Radio con ella: as

naci una colaboracin muy estrecha entre madre e hija.

En 1926 se casaron Frdric Joliot e Irne Curie. En 1931 Frdric logr tener un puesto para realizar investigacin, lo que le permiti

continuar su trabajo, justo en el momento en que se le venca su beca en el Instituto del Radio.

El primer trabajo en colaboracin de Irne y Frdric consisti en la obtencin de una gran cantidad de polonio, uno de los elementos

radiactivos descendientes del radio, acumulado en el transcurso de los aos en el radio que el Instituto del Radio dispona gracias a

Madame Curie. Utilizaron esta muestra en la preparacin de una muestra de polonio de gran pureza y de actividad especfica elevada,

empleando todo el que extrajeron del radio.

La colaboracin cientfica de Irne y Frdric fue ampliamente conocida; sus nombres aparecieron en muchos artculos de la

Academia de Ciencias, y fueron conocidos en todo el mundo cientfico como Frdric e Irne Joliot-Curie.

LA RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

Uno de los experimentos que realizaron los esposos Joliot-Curie (Fig. 20) en esa poca consisti en utilizar su fuente de polonio,

elemento emisor de partculas alfa. Bombardearon con partculas alfa una lmina delgada de aluminio y, para determinar la interaccin

de estas partculas con el aluminio, midieron la forma en que variaba la intensidad de la radiacin en el otro lado de la hoja de

aluminio. Su sorpresa fue grande cuando encontraron que an despus de interrumpir el bombardeo la placa de aluminio segua

emitiendo radiacin; se dieron cuenta, adems, de que la intensidad de la radiacin emitida por la placa de aluminio disminua

siguiendo la ley del decaimiento radiactivo encontrada por Rutherford y Soddy, y que la vida media de este material radiactivo era

muy corta. Qu era lo que estaban observando? Los Joliot-Curie haban descubierto que la radiactividad se puede producir

artificialmente. En realidad, en este experimento haban encontrado una pieza ms del rompecabezas del panorama nuclear.

Descubrieron que partiendo del aluminio, que tiene 13 protones y 14 neutrones, terminaron con fsforo-30 (15 protones y 15

neutrones).

Figura 20. Frdric e Irne Joliot-Curie con sus hijos Pierre y Hlne.

Pero el fsforo presente en la naturaleza, est constituido por una sola variedad atmica, el fsforo-31, con 15 protones y 16

neutrones. As pues, haban descubierto el fsforo-30, el cual es un istopo artificial que no se presenta en la naturaleza. La razn por

la que no lo encontraban era evidente: es radiactivo, con una vida media de solamente catorce das. Su radiactividad era la fuente de la

continua radiacin de partculas que los Joliot-Curie haban observado.

Los Joliot-Curie haban producido el primer caso de radiactividad artificial. De hecho, haban descubierto la radiactividad artificial al

producir un istopo radiactivo del fsforo, que decae por emisin de una partcula beta de carga elctrica positiva (b+). Lo que

observaron fue la desintegracin del fsforo-30.

As fue como el fenmeno misterioso, que Pierre y Marie Curie haban observado sin poderlo modificar, fue producido artificialmente

por su hija y su yerno por medio de una reaccin nuclear en la que el ncleo de un tomo haba interactuado con una partcula alfa. La

Academia de Ciencias de Suecia dio el premio Nobel de Qumica a Frdric e Irne Joliot-Curie por sus trabajos sobre la sntesis de

elementos radiactivos, siendo ste el tercer premio Nobel concedido a la familia.

La produccin artificial de la radiactividad provoc una serie de nuevos descubrimientos. Inmediatamente se hizo evidente que,

adems de las partculas utilizadas por los esposos Joliot-Curie, podra existir otro tipo de proyectiles para producir la radiactividad

artificial con ms ventajas que las partculas alfa, que tienen cargas positivas y que son fuertemente repelidas por el ncleo del tomo.

Uno de los descubrimientos ms importantes fue el de Enrico Fermi, quien consider la posibilidad de bombardear los ncleos con

neutrones, partculas descubiertas en esa poca por Chadwick, hecho que no slo enriqueci el trabajo iniciado por los esposos Joliot-

Curie, sino que sent las bases de un fenmeno que cambiara completamente el concepto que se tena sobre el ncleo del tomo. Este

fenmeno se conoce como fisin nuclear, y se volver a hablar de l posteriormente en este libro.

El descubrimiento de la radiactividad artificial permiti ir llenando poco a poco los huecos que todava existan en la tabla peridica

de los elementos.

As, despus de casi 70 aos de bsqueda infructuosa del elemento que Mendeleev llam ekamanganeso, los fsicos italianos Perrier y

Segre obtuvieron por primera vez, en forma artificial, trazas de este elemento. Por ser el primer elemento creado artificialmente se le

dio el nombre de "tecnecio" originado en la palabra griega que significa artificio, creacin (Fig. 21).

Figura 21. El primer elemento creado artificialmente fue un elemento radiactivo, el tecnecio, que llen uno de los huecos de la tabla

peridica de elementos.

IV. RADIACTIVIDAD EN LA NATURALEZA

LA NATURALEZA es una fuente inmensa de radiactividad, en donde, como ahora sabemos, existe un gran nmero de radistopos,

algunos de ellos de una vida media largusima, quizs tan larga como la vida de la Tierra misma o ms, y, por otro lado, radistopos

de vida media muy corta. La presencia de algunos de los radistopos se liga a la radiacin csmica, proveniente del Universo.

QU ES LA RADIACIN CSMICA?

La radiacin csmica primaria es aquella que se origina en el espacio exterior; est constituida por protones y partculas alfa de

energa muy elevada. Al pasar a travs de la atmsfera interacta con elementos presentes en sta, y como consecuencia de esta

interaccin se originan radiacin gamma, electrones, neutrones, mesones y otras partculas energticas, cuyo conjunto constituye lo

que se conoce con el nombre de radiacin csmica secundaria (Fig. 22).

Figura 22. Efecto de la radiacin csmica al interactuar con los constituyentes de la atmsfera, (Referencia: Segovia y Bulbulian,

Ciencia y Desarrollo 23, p. 75, 1978.)

La intensidad de la radiacin csmica es mayor en los sitios ms elevados que en el nivel del mar: cuanto mayor es la altitud mayor es

tambin la incidencia de los rayos csmicos; contrariamente, la intensidad de la radiacin csmica disminuye considerablemente en

las minas profundas.

LA MUERTE Y EL NACIMIENTO DE TOMOS. LAS SERIES RADIACTIVAS NATURALES

Los materiales radiactivos naturales se pueden clasificar en tres categoras. La primera categora est formada por los radistopos

primarios, que se llaman as por existir desde que se form la Tierra, hace cinco mil millones de aos, y son aquellos que tienen una

vida media muy larga, quizs como la edad de la Tierra o ms. El potasio tiene un istopo radiactivo de vida muy larga y es parte

importante de la radiactividad natural; el rubidio, el samario y el lutecio tambin tienen istopos radiactivos y contribuyen a la

radiactividad natural, pero en menor escala.

El torio y el uranio se encuentran en cantidades variables tanto en el suelo como en las rocas. Cerca de los yacimientos de uranio y

torio, la radiactividad se encuentra en concentraciones muy superiores a la normal. La mayora de los radistopos primarios proviene

del uranio-238, el torio-232 y, finalmente, el uranio-235.

Ya desde 1900 se haba descubierto que los compuestos de uranio recin preparados eran slo dbilmente radiactivos, pero que su

radiactividad aumentaba con el tiempo. Fueron Ernest Rutherford y su colaborador Frederick Soddy quienes encontraron que cuando

un tomo de uranio emite una partcula alfa su naturaleza cambia. Se convierte en un nuevo tipo de tomo, con diferentes

caractersticas radiactivas, produciendo radiaciones ms intensas que las del propio uranio.

Este segundo tomo se descompone a su vez formando un tercer tipo de tomo, y as sucesivamente. Mostraron que existen cadenas

de ncleos emparentadas entre diversos cuerpos radiactivos, que un tomo muere y da lugar al nacimiento de uno o varios tomos de

especies diferentes. Estos nuevos tomos radiactivos son los radistopos que pertenecen a la segunda categora; se denominan

radistopos secundarios y se van formando por el decaimiento de otros istopos radiactivos. Como tienen vidas medias muy cortas

comparadas con la edad de la Tierra, no podra explicarse su existencia si no fuera porque se estn formando continuamente por

desintegracin de los istopos primarios.

Las investigaciones sobre las desintegraciones sucesivas han permitido agrupar las sustancias radiactivas en series o familias. Gracias

a la observacin de estos tomos y sus productos de decaimiento se han podido conocer varios elementos desconocidos hasta hace

relativamente poco.

En general, las sustancias que son las cabezas de estas series tienen una masa muy elevada. Una serie radiactiva completa se inicia con

el padre, o cabeza de serie, y termina en el istopo estable; los istopos generados por desintegraciones sucesivas son los

descendientes o hijos.

El uranio-238 tiene una vida media enorme, de cuatro mil quinientos millones de aos; en toda la historia de la Tierra, slo una parte

de la reserva original de uranio ha tenido posibilidades de desintegrarse. Este istopo del uranio es padre o cabeza de una de las series

radiactivas naturales que incluye el radio y el polonio y acaba finalmente en el plomo, que no es radiactivo. Ahora se sabe que la

"radiacin urnica" observada por Becquerel se debe a la inestabilidad del uranio-238. Al desintegrarse, emite una partcula alfa y se

transforma en torio-234; ste origina otro ncleo inestable, y as sucesivamente (Fig. 23(a)).

Figura 23. (a) Serie radiactiva del uranio-238. (Collins, C. H., J.C. Andrade y K.E. Collins, Qumica Nova 4, p. 57, 1981.)

La vida media del radio es poco menor de mil seiscientos aos. Al cabo de varios miles de aos no quedara nada de radio en la

corteza terrestre de no ser porque se forma constantemente a travs de la desintegracin del uranio. Esto mismo es cierto para otros

productos del decaimiento del uranio cuyas vidas medias equivalen en algunos casos a fracciones de segundo solamente.

Adems del uranio-238, que, como hemos visto, tiene una vida media muy larga, existe un istopo radiactivo del elemento torio, el

torio-232, que se desintegra an ms lentamente que el uranio-238, siendo su vida media de catorce mil millones de aos, mientras

que el torio-234, que pertenece a la serie del uranio-238, tiene una vida media de slo 24 das. Con el torio-232, precisamente,

empieza tambin una segunda serie radiactiva. El torio-232 encabeza esta segunda serie radiactiva conocida corno serie del torio, cuyo

ltimo miembro es el plomo de masa 208, que es estable (Fig. 23(b)).

Figura 23. (b) Serie radiactiva del torio -232.

El uranio-235, de una vida media de slo 700 000 000 de aos, encabeza una tercera serie y su ltimo miembro de la familia es

tambin otro istopo estable del plomo, de masa 203 (Fig. 23(c)).

Figura 23 (c) Serie radiactiva del uranio-235.

En cada una de las series radiactivas existe un istopo del gas noble radn que escapa del material natural y se incorpora a la

atmsfera. Estos gases radiactivos son el radn-220, el radn-222 y el radn-219.

RADISTOPOS INDUCIDOS

Finalmente, la tercera categora de radistopos pertenece a los radistopos inducidos, los cuales se estn produciendo continuamente

en la naturaleza por medio de reacciones nucleares. Ahora sabemos que un fenmeno que se repite continuamente en la naturaleza es

la produccin de istopos radiactivos. Los radistopos inducidos se producen en la Tierra por el efecto de la radiacin csmica sobre

los elementos en la Tierra. Entre los istopos radiactivos formados por la interaccin de los rayos csmicos con diversos elementos se

encuentra el carbono-14.

El carbono-14 es un istopo radiactivo inducido. Desde la formacin de la Tierra, el carbono-14 se ha creado en la atmsfera superior

a causa de la transformacin del nitrgeno por las reacciones de los rayos csmicos. Los rayos csmicos producen un gran nmero de

partculas al entrar a la atmsfera; entre ellas, neutrones muy energticos, los cuales reaccionan con los elementos existentes en la

Tierra. En este caso particular, reaccionan con el nitrgeno-14, convirtindolo en otro elemento: el carbono-14, primero por medio de

la captura de un neutrn y despus por medio de un decaimiento beta. Este carbono reacciona con el oxgeno de la atmsfera y se

convierte en bixido de carbono, y a medida que el carbono-14 se desintegra nuevamente, transformndose en nitrgeno-14, se

alcanza un estado de equilibrio entre las velocidades de produccin y la de desintegracin.

Cada gramo de materia viva contiene suficiente carbono radiactivo para dar alrededor de 16 desintegraciones por minuto. Al morir el

organismo, deja de asimilar el carbono-14 y el radistopo existente en el organismo decae con una vida media de ms de 5 000 aos.

LA RADIACTIVIDAD Y EL HOMBRE

La radiacin natural a la que est expuesta la poblacin proviene de la desintegracin de istopos radiactivos en la corteza terrestre, de

la radiacin csmica y de los istopos radiactivos que forman parte de los seres vivos, tambin llamada radiacin interna. La primera

depende del tipo de rocas que existen en el lugar, la segunda, de la altura sobre el nivel del mar, y la tercera, de la edad del ser humano

y su dieta. Existen adems otras fuentes de radiacin que afectan a la poblacin: las que se utilizan en equipo mdico, o bien las que

provienen de concentraciones muy elevadas de radistopos en recintos cerrados y, en general, del extenso uso que se ha dado en este

siglo a la energa nuclear. Es importante conocer el origen, la concentracin y los efectos de las radiaciones nucleares, ya que

producen modificaciones en la materia que atraviesan y, por lo tanto, pueden afectar el desarrollo y la estructura de las clulas vivas.

En particular nos referimos a la radiacin que recibe la poblacin en forma continua y no a aquella que se debe a accidentes derivados

del uso de la energa nuclear o a la aplicacin de tratamientos mdicos.

Actualmente se realizan nuevas investigaciones sobre el efecto de las radiaciones naturales en los seres vivos. Desde que se encontr

que los istopos radiactivos se pueden producir artificialmente, se han multiplicado en todo el mundo los centros de trabajo que

laboran con estos istopos. Simultneamente aument el inters de los cientficos por conocer los efectos de estas radiaciones. Se han

formado comits internacionales que tienen a su cargo el estudio y la constante revisin de las dosis de radiacin que recibe el

personal que labora con dichos materiales.

A diferencia de la radiacin artificial, la natural se consider durante dcadas como un fenmeno normal que exista en la naturaleza,

de manera que el hombre estaba condicionado a ignorarla. Aunque en la literatura especializada aparecan en ocasiones informes de

altas intensidades de radiacin en casas y en ciertas zonas habitadas, stos se consideraban como curiosidades de conversacin. Esta

forma de pensar cambi al finalizar la dcada de los setenta, pues la radiacin natural se habia duplicado, y ciertos laboratorios,

preocupados por sus efectos, iniciaron estudios en particular sobre los daos provocados por radiacin de los descendientes del radn

en los pulmones.

Radiactividad en la corteza terrestre

Los elementos radiactivos naturales se encuentran distribuidos en forma bastante uniforme en las rocas y suelos de la corteza terrestre,

la cual est constituida principalmente por basalto y granito. La mayor parte de esta radiactividad proviene de las series radiactivas

naturales, tiende a escapar de la corteza terrestre y puede ser arrastrada por el agua o algn otro fluido para migrar hacia la superficie

terrestre y pasar finalmente a la atmsfera. El uranio es mucho ms abundante en la naturaleza que otros elementos comunes; se

encuentra en una proporcin 40 veces mayor que la plata y 800 veces mayor que el oro. En la corteza, los granitos contienen una

concentracin de uranio que vara de 2 a 6 partes por milln aproximadamente y una concentracin de torio de tres a cinco veces

mayor. Existen regiones en las que, por distintas causas geolgicas y geoqumicas, las concentraciones de los elementos radiactivos

son anormalmente altas: es en los yacimientos de minerales radiactivos donde existen mayores cantidades de uranio y torio.

Radiactividad en la atmsfera

Los elementos radiactivos que se encuentran en la atmsfera se originan en la corteza terrestre y en el espacio exterior. Ya se ha visto

que aquellos que provienen de la corteza terrestre son bsicamente los istopos del radn, que son gases y se incorporan a la

atmsfera.

Adems del radn que emana continuamente de la superficie terrestre, existen fenmenos como las erupciones volcnicas que pueden

arrastrar hacia la atmsfera grandes cantidades de gases radiactivos, provenientes del magma. Los gases se incorporan a la atmsfera y

se dispersan en mayor o menor grado dependiendo de las condiciones meteorolgicas imperantes; al difundirse en el aire el material

radiactivo se desintegra y origina una serie de hijos, en muchas ocasiones tambin radiactivos, que se fijan en partculas suspendidas

en la atmsfera. En los recintos cerrados, como las casas habitacin, la radiacin proviene principalmente del radn y de sus hijos

(Fig. 24).

Figura 24. Arriba: Porcentajes de dosis universal. Abajo: Fuente de radn en casas habitacin. (Referencia: Segovia y Bulbulian,

Ciencia y Desarrollo 70, p. 41, 1986.)

Radiacin interna

La radiacin interna proviene de las sustancias radiactivas presentes en los alimentos, en el agua y en el aire, las cuales, al ser

ingeridas o inhaladas, se absorben en los tejidos vivos. Los principales istopos radiactivos que contiene el cuerpo humano son el

potasio-40, el carbono-14 y el tritio, pero tambin pueden encontrarse cantidades menores de algunos elementos pesados como el

radio, el plomo o el uranio.

Los efectos del radn en los seres vivos

La radiacin que existe en el habitat se encuentra clasificada en forma esquemtica en la figura 24. En sta puede apreciarse que el

mayor porcentaje de la dosis de radiacin que recibe la poblacin lo proporcionan el radn y sus descendientes, y es precisamente este

elemento el que ha mostrado la importancia que puede tener la radiacin natural para el hombre y la urgencia de estudiar sus efectos

en los seres vivos.

El radn o cualquiera de sus descendientes al ser inhalados se adhieren a las paredes y membranas del sistema respiratorio de los seres

vivos, y su desintegracin es una fuente de radiacin en el epitelio pulmonar. El radn es un gas, por lo tanto podr eliminarse por

exhalacin, y slo sus hijos, que se desintegran dentro del pulmn, podrn producir algn efecto en el ser humano. Aunque las

concentraciones promedio del radn en la atmsfera no son particularmente dainas, cuando este elemento queda atrapado en algn

recinto cerrado como una cueva, una mina, un stano o una casa, su concentracin puede aumentar considerablemente y causar dao

en los seres vivos.

Las minas de uranio son las que generan mayor cantidad de radn; pero otros tipos de minas tambin pueden atrapar, en los tneles

subterrneos, gran cantidad de este elemento. As, en pases como Suecia, antes de iniciar la industria minera de uranio, se consider

necesario imponer normas de seguridad para evitar que los trabajadores de las minas recibieran exceso de radiacin emitida por los

hijos del radn.

Radn en casas habitacin

La gran mayora de los materiales que el hombre utiliza en la construccin de casas habitacin proceden de elementos que existen en

la corteza terrestre, los cuales sern radiactivos en mayor o menor grado, dependiendo de su naturaleza y procedencia. Los istopos

radiactivos presentes en los materiales de construccin son principalmente los de uranio, del torio, los descendientes de ambos y el

potasio-40. Como consecuencia, el hombre, que habita en el interior de edificios, se halla sometido a radiacin, cuyo valor depende

del tipo de materiales empleados (Fig. 24). A travs del tiempo, el ser humano ha aumentado el lapso de permanencia en los edificios.

Estudios recientes realizados muestran que los empleados y las amas de casa pasan 85 y 90% del da, respectivamente, dentro de

edificios. En los pases con climas extremosos, donde se aislan los recintos para evitar cambios de temperatura, el radn se incorpora

al ambiente del recinto no ventilado y aumenta la concentracin de los descendientes del radn. Las fuentes de radn en el aire de las

casas se encuentran en el suelo y rocas sobre las cuales est construida la vivienda, en el agua, en el gas domstico y los materiales de

construccin.

La radiactividad en el habitat ha sufrido transformaciones, principalmente a causa de los cambios de costumbres del ser humano. Cada

vez existe ms conciencia sobre la importancia de conocer los contaminantes que circundan nuestra vida, y, en el caso de la

radiactividad natural, se estn estudiando sus alcances y el riesgo que sta implica para los seres vivos. Aunque se trata de dosis bajas

de radiacin, stas pueden ser importantes porque afectan a toda la poblacin.

A medida que se avance en el conocimiento de las radiaciones naturales a las que se encuentran expuestos los seres vivos, se podr

investigar sistemticamente su efecto sobre las clulas y la transferencia de la informacin gentica.

V. SE PUEDE TRANSFORMAR EL NCLEO DE UN TOMO EN OTRO?

EFECTIVAMENTE, el ncleo de un tomo radiactivo, por ser inestable, se transforma, al decaer, en otro ncleo. Sin embargo, los

tomos estables tambin pueden transformarse; esto se logra a travs de las reacciones nucleares cuando los ncleos interactan con

otros ncleos, con partculas o con radiaciones de elevada energa. La primera reaccin nuclear provocada por el hombre fue la

transformacin o transmutacin de un elemento en otro: el sueo de los alquimistas.

EL SUEO DE LOS ALQUIMISTAS Y LA FSICA NUCLEAR

Durante la Edad Media el deseo de encontrar algn mtodo de convertir un metal ordinario en oro era el estmulo principal de la

investigacin. Muchos alquimistas se esforzaron por encontrar la piedra filosofal, que, segn suponan ellos, convertira minerales y

metales, como el mercurio y antimonio, en oro; queran encontrar la forma de transmutar un elemento en otro. Pero en el siglo XVII la

alquimia entr en plena decadencia y ya en el siglo XVIII se transform en la ciencia que ahora llamamos qumica. A finales del siglo

pasado los cientficos ya no pensaban en la transmutacin de la materia y crean que los elementos qumicos descubiertos eran

definitivamente estables, que el mercurio y antimonio seran siempre mercurio y antimonio y el oro sera siempre oro. Nunca

imaginaron que la transmutacin de un elemento en otro volvera a ser un tema de actualidad.

Cuando se estableci que las propiedades qumicas del tomo dependen del comportamiento del ncleo y se comprendieron los

cambios y las transformaciones que acompaan a la radiactividad, muchos investigadores concibieron una idea verdaderamente

fascinadora. Pensaron que el hombre podra, tal vez, alterar el ncleo de un tomo estable convirtiendo deliberadamente un elemento

en otro distinto.

Una vez ms aparece en esta historia ese famoso personaje ya bien conocido en las pginas de este libro, Ernest Rutherford. Este

cientfico pens que era posible que el ncleo de un tomo pudiera alterarse al ser bombardeado con partculas alfa, como las que

emite la materia radiactiva. Bajo condiciones favorables, estas partculas debieron de pasar muy cerca del ncleo, en cuyo caso

podran o bien desarreglar su forma original, o bien, tal vez, combinarse con el mismo. Con esta idea bombarde diversos gases con

partculas alfa, y hall que en ocasiones una partcula alfa se combinaba con un ncleo de nitrgeno y que la combinacin resultante

emita inmediatamente un protn y se transformaba finalmente en uno de los istopos de oxgeno. sta fue la primera vez que se

produjo deliberadamente la transmutacin de un elemento qumico estable en otro. Desde entonces, casi todos los elementos

conocidos han sido transmutados por medio de bombardeo con diversas partculas. En esta forma, Rutherford llev triunfalmente a

cabo la primera reaccin nuclear hecha por el hombre.

Esto es un autntico ejemplo de transmutacin, de conversin de un elemento en otro. En cierto modo, es la culminacin de los viejos

anhelos alquimistas, pero, desde luego, implica elementos y tcnicas que los alquimistas desconocan por completo. Esta reaccin

ahora se puede expresar en forma taquigrfica:

14N (a, p)

17 0

queriendo decir con esto que el tomo de nitrgeno-14 al capturar una partcula alfa, forma un ncleo compuesto muy inestable que al

buscar su estabilidad emite inmediatamente un protn transformndose as en un tomo de oxgeno-17.

Hoy en da, el mercurio puede transformarse de hecho en oro, mediante tcnicas nucleares; pero el costo actual de esta transmutacin

sera tan elevado que el proceso resultara un fracaso econmico. Como muchos sueos, el de los alquimistas result finalmente no ser

econmicamente tan prometedor como pareca.

Ahora se conocen gran nmero de reacciones nucleares, entre ellas la reaccin de captura de un neut