Universidad Nacional Autónoma de Honduras Facultad de Ciencias Escuela de Física Laboratorio Virtual de FS-321 Tema: Radiactividad I. INTRODUCCIÓN Henri Becquerel descubrió una radiación procedente de sales de uranio, que se parecía a los rayos x. Con investigaciones intensivas en las dos décadas siguientes, a cargo de Marie y Pierre Curie, Ernest Rutherford y muchos otros más, revelaron que las emisiones consisten en partículas con carga positiva y negativa, y en rayos neutros. A los diferentes tipos de radiaciones observadas se les llamo alfa, beta y gamma por sus distintas características de penetración. Las partículas alfa son idénticas a los núcleos de los átomos de helio: dos protones y dos neutrones enlazados entre sí. En el decaimiento beta menos, un núcleo emite un electrón y un antineutrino cuando un neutrón se convierte en un protón. En el decaimiento beta más, un núcleo emite un positrón y un neutrino cuando un protón se convierte en un neutrón. II. OBJETIVOS 1. Identificar el proceso de decaimiento radiactivo en diferentes núcleos inestables. 2. Interpretar el concepto de vida media en diferentes núcleos radiactivos. III. MARCO TEORICO En una muestra de material radiactivo los núcleos no decaen todos a la vez, sino que lo hacen de forma aleatoria a una tasa característica. Es imposible decir exactamente cuándo decaerá un núcleo inestable particular. Sin embargo, lo que sí se determina es cuántos núcleos en una muestra decaerán durante un periodo de tiempo dado. La actividad (R) de una muestra de un núclido radiactivo se define como el número de desintegraciones nucleares, o decaimientos por segundo. 1
R = ΔN Δt = λn Donde N es el número de núcleos presentes en la muestra. El signo menos en la ecuación anterior indica que N disminuye con el tiempo, λ se le llama constante de decaimiento y es propia de cada elemento radiactivo. La forma en que disminuye en el tiempo el número de núcleos N es de forma exponencial, entonces para el número de núcleos restantes (o que aún no decaen) en un tiempo t en comparación con el número en t = 0, está dado por la siguiente ecuación: N = N 0 e λt Aquí, N 0 representa el número inicial de núcleos presentes en t = 0. La tasa de decaimiento de un núclido se expresa comúnmente en términos de su vida media. La vida media (T 1/2) se define como el tiempo que tardan en decaer la mitad de los núcleos radiactivos en una muestra. Cuando t = t 1/2, entonces N/N 0 = ½. Tomando en cuenta esto para la ecuación anterior llegamos a lo siguiente: t 1/2 = ln 2 λ = 0.693 λ El concepto de vida media es importante en las aplicaciones médicas, por ejemplo cuando se usan isotopos para el diagnóstico médico como el Iodo-131 usado para probar la actividad de la glándula tiroides. IV. PROCEDIMIENTO PARTE A Radiación Alfa 1. Corra el programa alpha-decay_es.jar. 2. Haga clic en la pestaña Single Atom y familiarícese con el applet. 211 207 3. Observe como el núcleo atómico decae de 84Po a 82Pb emitiendo una partícula alfa. 4. Haga clic en la pestaña Multiple Atoms y agrega 30 átomos (hágalo de 10 en 10). 5. Observe como decaen los átomos con el tiempo y anote la cantidad de átomos de Po en la tabla 1. 2
Tabla 1 (Decaimiento Alfa) PARTE B Radiación Beta 1. Corra el programa beta-decay_es.jar. 2. Haga clic en la pestaña Single Atom y familiarícese con el applet. 3. Observe como el núcleo atómico del tritio decae emitiendo un electrón y un antineutrino. 4. Repita el paso anterior para Carbono-14. 5. Haga clic en la pestaña Multiple Atoms y agrega 30 átomos (hágalo de 10 en 10). 6. Observe como decaen los átomos con el tiempo y anote la cantidad de átomos de tritio en la tabla 2. 7. Repita los pasos 5 y 6 para el Carbono-14. 3
Tabla 2 (Decaimiento Beta Tritio). Tabla 3 (Decaimiento Beta Carbono-14). V. RESULTADOS 1. Presente las tablas de datos tanto de la parte A como la B. 2. Construya un gráfico para cada una de las tablas. VI. CALCULOS 1. Utilice los datos de la parte A para realizar un ajuste exponencial de la forma N = No e -λt. Explique el significado de las constantes obtenidas en dicho ajuste. 2. Utilice los datos de la parte B para realizar un ajuste exponencial de la forma N = No e -λt. Explique el significado de las constantes obtenidas en dicho ajuste (Observación: es un ajuste exponencial para los datos de la tabla 2 y otro para la tabla 3). VII. CUESTIONARIO 1. En la animación del procedimiento A aparece un pozo de potencial, explique el significado físico de este. 2. Para el procedimiento A, explique cuantitativamente que ocurre cuando se escapa una partícula alfa con el núcleo atómico del Polonio. 4
3. Investigue el verdadero valor de la constante de decaimiento. Explique qué factores pueden afectar produciendo que la constante de decaimiento no sea igual en ambos casos. 4. Para el procedimiento B, explique cuantitativamente que ocurre cuando se escapa una partícula beta con el núcleo atómico del Carbono-14. VIII. BIBLIOGRAFIA Álvarez, H., & Sosa, D. (s.f.). Radiactividad. Guía de Laboratorio. UNAH. PhET Interactive Simulations. University of Colorado. (20 de 02 de 2013). Obtenido de http://phet.colorado.edu Serway-Jewett, Física para ciencias e ingeniería con Física Moderna 7ma edition (Cengage Learning, 2010). Young, H., & Freedman, R. Física universitaria con física moderna (Vol. 2). México, D.F. Pearson. (2009). 5