¿Qué son las partículas alfa, beta y gamma?

Rayos alfa, beta, gamma: Casi suena como el lema de una película de la vieja escuela sobre extraterrestres del espacio exterior, recién llegados a la Tierra con sus dispositivos de ultra alta tecnología (y con suerte una disposición cálida). En realidad, esto no está muy lejos. Las radiaciones alfa, beta y gamma son entidades reales en el mundo de la física y vale la pena evitarlas cuando puedes manejarlas.

Probablemente sepa que diferentes tipos de átomos pueden unirse mediante el proceso de enlace químico para crear moléculas. Por ejemplo, dos átomos de hidrógeno (H en la tabla periódica de elementos) y un átomo de oxígeno (O) pueden combinarse para formar una molécula de agua (H₂O). Esta molécula se puede romper en los iones H + y OH– rompiendo uno de los enlaces O-H.

En los enlaces químicos, los electrones de diferentes átomos interactúan, pero sus núcleos (el plural de núcleos) permanecen intactos. Esto se debe a que la fuerza que mantiene unidos a los protones y neutrones es extremadamente fuerte en comparación con las fuerzas electrostáticas que subyacen al enlace químico entre átomos.

Sin embargo, los núcleos atómicos se descomponen, generalmente de forma espontánea y, a menudo, a un ritmo increíblemente bajo, dependiendo de cuál sea el elemento. Esta radiactividad se presenta en los tres sabores básicos introducidos en la primera oración de este artículo: Alfa Beta y radiación gamma, también llamado Alfa Beta y partículas gamma (excepto, técnicamente, en última instancia).

El átomo fue descrito una vez de manera algo impetuosa como "la cosa indivisible más pequeña" incluso por personas que lo saben. Esta definición es cierta de alguna manera: tomemos cualquier elemento o sustancia hecha de un solo componente irreducible, y el átomo es la unidad completa más pequeña de esa sustancia. Hay 118 elementos en la tabla periódica a partir de 2020, 92 de ellos de origen natural.

Los átomos constan de un núcleo, que tiene uno o más protones y, excepto el hidrógeno (el elemento más pequeño), al menos un neutrón. También tienen uno o más electrones, que se encuentran a cierta distancia del núcleo en niveles de energía específicos.

Los protones están cargados positivamente y los electrones cargados negativamente, con la misma magnitud de carga en cada uno. Dado que un átomo en el estado fundamental tiene el mismo número de protones que de electrones, los átomos son eléctricamente neutral a menos que estén ionizados (es decir, su número de electrones cambia).

El número de protones de un átomo es su número atómico en la tabla periódica y determina la identidad (nombre) del elemento. Algunos átomos pueden ganar o perder neutrones mientras continúan existiendo felizmente, pero si un núcleo pierde o gana un protón en cambio, es un cambio de juego, porque ahora cualquiera que sea el elemento tiene un nuevo nombre y nuevos atributos para acompañar eso.

La fuerza que mantiene unidos a los protones y neutrones se llama, no en vano, fuerza nuclear fuerte. Los núcleos de los átomos pueden considerarse, en cierto sentido, como situados en el centro de toda la materia, por lo que su extremo La estabilidad tiene sentido en un cosmos lleno de organización y capaz de sustentar la vida en al menos un humilde planeta.

Pero los núcleos no son perfectamente estables y, con el tiempo, se descomponen emitiendo partículas y energía. Cada elemento que sufre desintegración radiactiva, o más específicamente el isótopo del elemento que se está estudiando, tiene su propia vida media característica, que puede usarse para predecir cuántos núcleos se desintegrarán con el tiempo sin ofrecer información sobre ningún núcleo. Por tanto, es similar a un riesgo, esencialmente una estadística de probabilidad.

La vida media de una especie radiactiva es el tiempo que tarda la mitad de los núcleos inestables de una muestra en descomponerse en una forma diferente. Este número puede llegar a ser muy alto, a miles de millones de años, aunque para el carbono 14 es de aproximadamente 5.730 años (un bache en el tiempo geológico, si no en las civilizaciones humanas).

A los diversos tipos de desintegración radiactiva se les asignan las tres primeras letras del alfabeto griego. Por lo tanto radiación alfa emite una partícula a menudo representada por una versión en minúsculas de esta letra, α. Sin embargo, sería poco convencional escribir "radiación α".

Este tipo de partícula equivale al núcleo de un átomo de helio (He). El helio es el segundo elemento de la tabla periódica y, con una masa atómica de 4,00, tiene dos protones y dos neutrones. El átomo completo también tiene dos electrones que equilibran la carga de los dos protones, pero estos no son parte de una partícula alfa, solo el núcleo.

Estas partículas son masivas con respecto a otros tipos de radiación; la partícula beta, por ejemplo, es unas 7.000 veces más pequeña. Esto en la superficie puede hacer que parezca especialmente peligroso, pero de hecho es todo lo contrario: El tamaño de las partículas α significa que penetran las cosas, incluidas las barreras biológicas como la piel, muy mal.

Partículas beta (partículas β) son en realidad solo electrones, pero conservan su nombre porque su descubrimiento es anterior a la identificación formal de los electrones como tales. Cuando un átomo emite una partícula beta, también emite otra partícula subatómica al mismo tiempo llamada antineutrino electrónico. Esta partícula comparte el impulso y la energía de la emisión de partículas, pero casi no tiene masa (incluso en comparación con un electrón, en sí solo alrededor de 9.1 × 10^–31 kg de masa).

Las partículas beta, que son mucho más pequeñas que las partículas alfa, pueden penetrar más profundamente que sus contrapartes mucho más masivas.

Otro tipo de partícula beta es la positrón, que ocurre como resultado de la desintegración de neutrones en el núcleo. Estas partículas tienen la misma masa que los electrones, pero tienen la carga opuesta (de ahí su nombre).

Rayos gamma, o rayos γ, representan el resultado más peligroso de la radiactividad para los seres humanos. No tienen masa porque no son partículas en absoluto. "Rayos" es en realidad la abreviatura del término general radiación electromagnética (radiación EM), que viaja a la velocidad de la luz (indicada c, o 3 × 10⁸ m / s) y viene en una variedad de combinaciones de valores de frecuencia y longitud de onda cuyos productos son c.

Los rayos gamma tienen longitudes de onda muy cortas y, por lo tanto, una energía muy alta. Son similares a los rayos X, excepto que los rayos X se originan fuera del núcleo. Por lo general, atraviesan cuerpos humanos sin tocar nada, pero debido a que son tan penetrantes, se requiere un escudo de plomo de dos pulgadas de espesor para asegurar su detención.

Las partículas alfa se pueden ignorar con seguridad, en la medida en que esto sea cierto para cualquier cosa clasificada como radiación. Pueden viajar solo de 4 a 7 pulgadas (10 a 17 cm) en el aire, y su energía se pierde al golpear. los protones y neutrones de cualquier material que encuentren, evitando que penetren más.

La mayor parte del daño de las partículas beta proviene de ingerirlas o tragarlas. (Esto también puede ser cierto en el caso de las partículas alfa). Beber o ingerir material radiactivo es la principal fuente de daño de este tipo de radiación, aunque la exposición prolongada de la piel puede producir quemaduras.

Los rayos gamma pueden atravesar los cuerpos sin golpear nada, pero no hay seguridad de que realmente lo hagan, y pueden viajar alrededor de una milla en el aire. Debido a que pueden penetrar prácticamente cualquier cosa además de viajar largas distancias, pueden Dañar todos los sistemas del cuerpo y su presencia en entornos con sistemas vivos debe ser cuidadosamente supervisado.