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Un radionúclido ( nucleido radiactivo , radioisótopo o isótopo radiactivo ) es un átomo que tiene un exceso de energía nuclear, lo que lo hace inestable. Este exceso de energía se puede utilizar de tres formas: emitida desde el núcleo como radiación gamma ; transferido a uno de sus electrones para liberarlo como un electrón de conversión ; o se utiliza para crear y emitir una nueva partícula ( partícula alfa o partícula beta ) del núcleo. Durante esos procesos, se dice que el radionúclido sufre una desintegración radiactiva . [1]Estas emisiones se consideran radiación ionizante porque son lo suficientemente potentes como para liberar un electrón de otro átomo. La desintegración radiactiva puede producir un nucleido estable o, a veces, producirá un nuevo radionúclido inestable que puede sufrir una mayor desintegración. La desintegración radiactiva es un proceso aleatorio a nivel de átomos individuales: es imposible predecir cuándo se desintegrará un átomo en particular. [2] [3] [4] [5] Sin embargo, para una colección de átomos de un solo elemento, la tasa de desintegración, y por lo tanto la vida media ( t 1/2 ) para esa colección, se puede calcular a partir de su desintegración medida constantes. El rango de la vida media de los átomos radiactivos no tiene límites conocidos y abarca un rango de tiempo de más de 55 órdenes de magnitud.

Los radionúclidos se encuentran de forma natural o se producen artificialmente en reactores nucleares , ciclotrones , aceleradores de partículas o generadores de radionúclidos . Hay alrededor de 730 radionucleidos con vidas medias superiores a 60 minutos (ver lista de nucleidos ). Treinta y dos de ellos son radionucleidos primordiales.que fueron creados antes de que se formara la tierra. Al menos otros 60 radionucleidos son detectables en la naturaleza, ya sea como hijas de radionucleidos primordiales o como radionucleidos producidos a través de la producción natural en la Tierra por radiación cósmica. Más de 2400 radionucleidos tienen vidas medias inferiores a 60 minutos. La mayoría de ellos solo se producen artificialmente y tienen vidas medias muy cortas. A modo de comparación, hay alrededor de 252 nucleidos estables . (En teoría, solamente 146 de ellos son estables, y la otra 106 se cree que la descomposición a través de Alpha Decay , la desintegración beta , doble desintegración beta , captura de electrones , o de captura doble de electrones ).

Todos los elementos químicos pueden existir como radionucleidos. Incluso el elemento más ligero, el hidrógeno , tiene un radionúclido conocido, el tritio . Los elementos más pesados ​​que el plomo y los elementos tecnecio y prometio existen solo como radionucleidos. (En teoría, los elementos más pesados ​​que el disprosio existen solo como radionúclidos, pero algunos de esos elementos, como el oro y el platino , son observacionalmente estables y sus vidas medias no se han determinado).

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

Origen [ editar ]

Natural [ editar ]

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

  • Los radionúclidos se producen en nucleosíntesis estelar y explosiones de supernovas junto con nucleidos estables. La mayoría se descompone rápidamente, pero aún se puede observar astronómicamente y puede desempeñar un papel en la comprensión de los procesos astronómicos. Los radionucleidos primordiales, como el uranio y el torio , existen en la actualidad porque sus vidas medias son tan largas (> 100 millones de años) que aún no se han desintegrado por completo. Algunos radionucleidos tienen vidas medias tan largas (muchas veces la edad del universo) que la desintegración se ha detectado recientemente y, para la mayoría de los propósitos prácticos, pueden considerarse estables, en particular el bismuto-209 : la detección de esta desintegración significó que el bismutoya no se consideraba estable. Es posible que se observe desintegración en otros nucleidos, que se agregan a esta lista de radionucleidos primordiales.
  • Los radionucleidos secundarios son isótopos radiogénicos derivados de la desintegración de radionucleidos primordiales. Tienen vidas medias más cortas que los radionucleidos primordiales. Surgen en la cadena de desintegración de los isótopos primordiales torio-232 , uranio-238 y uranio-235 . Los ejemplos incluyen los isótopos naturales de polonio y radio .
  • Los isótopos cosmogénicos , como el carbono 14 , están presentes porque se forman continuamente en la atmósfera debido a los rayos cósmicos . [6]

Muchos de estos radionucleidos existen solo en cantidades mínimas en la naturaleza, incluidos todos los nucleidos cosmogénicos. Los radionúclidos secundarios se producirán en proporción a su vida media, por lo que los de vida corta serán muy raros. Por ejemplo, el polonio se puede encontrar en los minerales de uranio en aproximadamente 0,1 mg por tonelada métrica (1 parte en 10 10 ). [7] [8] Otros radionucleidos pueden ocurrir en la naturaleza en cantidades prácticamente indetectables como resultado de eventos raros como fisión espontánea o interacciones poco comunes de rayos cósmicos.

Fisión nuclear [ editar ]

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

Sintético [ editar ]

Núclido artificial americio-241 que emite partículas alfa insertadas en una cámara de niebla para visualización

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

  • Además de extraerse de los desechos nucleares, los radioisótopos se pueden producir deliberadamente con reactores nucleares, aprovechando el alto flujo de neutrones presentes. Estos neutrones activan elementos colocados dentro del reactor. Un producto típico de un reactor nuclear es el iridio-192 . Se dice que los elementos que tienen una gran propensión a absorber los neutrones en el reactor tienen una alta sección transversal de neutrones .
  • Los aceleradores de partículas, como los ciclotrones, aceleran las partículas para bombardear un objetivo y producir radionucleidos. Los ciclotrones aceleran los protones en un objetivo para producir radionucleidos emisores de positrones, por ejemplo, flúor-18 .
  • Los generadores de radionúclidos contienen un radionúclido padre que se desintegra para producir una hija radiactiva. El padre generalmente se produce en un reactor nuclear. Un ejemplo típico es el generador de tecnecio-99m utilizado en medicina nuclear . El padre producido en el reactor es molibdeno-99 .

Usos [ editar ]

Los radionucleidos se utilizan de dos formas principales: ya sea para su radiación sola ( irradiación , baterías nucleares ) o para la combinación de propiedades químicas y su radiación (trazadores, biofarmacéuticos).

  • En biología , los radionúclidos de carbono pueden servir como trazadores radiactivos porque son químicamente muy similares a los núclidos no radiactivos, por lo que la mayoría de los procesos químicos, biológicos y ecológicos los tratan de manera casi idéntica. Luego, se puede examinar el resultado con un detector de radiación, como un contador Geiger , para determinar dónde se incorporaron los átomos proporcionados. Por ejemplo, se pueden cultivar plantas en un entorno en el que el dióxido de carbono contenga carbono radiactivo; entonces las partes de la planta que incorporan carbono atmosférico serían radiactivas. Los radionúclidos se pueden usar para monitorear procesos como la replicación del ADN o aminoácidos. transporte.
  • En medicina nuclear , los radioisótopos se utilizan para el diagnóstico, el tratamiento y la investigación. Los trazadores químicos radiactivos que emiten rayos gamma o positrones pueden proporcionar información de diagnóstico sobre la anatomía interna y el funcionamiento de órganos específicos, incluido el cerebro humano . [9] [10] [11] Esto se utiliza en algunas formas de tomografía: tomografía computarizada por emisión de fotón único y tomografía por emisión de positrones (PET) e imágenes de luminiscencia de Cherenkov . Los radioisótopos también son un método de tratamiento en formas hematopoyéticas de tumores; el éxito del tratamiento de tumores sólidos ha sido limitado. Fuentes gamma más potentes esterilizan jeringas y otros equipos médicos.
  • En la conservación de alimentos , la radiación se utiliza para detener el brote de tubérculos después de la cosecha, para matar parásitos y plagas y para controlar la maduración de frutas y verduras almacenadas.
  • En la industria y en la minería , los radionucleidos se utilizan para examinar soldaduras, detectar fugas, estudiar la tasa de desgaste, erosión y corrosión de los metales y para el análisis en curso de una amplia gama de minerales y combustibles.
  • En las naves espaciales , los radionucleidos se utilizan para proporcionar energía y calor, en particular a través de generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) y unidades de calentamiento de radioisótopos (RHU).
  • En astronomía y cosmología , los radionúclidos desempeñan un papel en la comprensión de los procesos estelares y planetarios.
  • En física de partículas , los radionúclidos ayudan a descubrir nueva física ( física más allá del modelo estándar ) midiendo la energía y el momento de sus productos de desintegración beta (por ejemplo, desintegración beta doble sin neutrinos y la búsqueda de partículas masivas que interactúan débilmente ). [12]
  • En ecología , los radionúclidos se utilizan para rastrear y analizar contaminantes, estudiar el movimiento de las aguas superficiales y medir las escorrentías de la lluvia y la nieve, así como las tasas de flujo de arroyos y ríos.
  • En geología , arqueología y paleontología , los radionúclidos naturales se utilizan para medir edades de rocas, minerales y materiales fósiles.

Ejemplos [ editar ]

La siguiente tabla enumera las propiedades de los radionucleidos seleccionados que ilustra la gama de propiedades y usos.

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

Detectores de humo domésticos [ editar ]

Recipiente de americio-241 en un detector de humo.
Cápsula de americio-241 como se encuentra en el detector de humo. El círculo de metal más oscuro en el centro es americio-241; la carcasa circundante es de aluminio.

Los radionúclidos están presentes en muchos hogares, ya que se utilizan dentro de los detectores de humo domésticos más comunes . El radionúclido utilizado es el americio-241 , que se crea bombardeando plutonio con neutrones en un reactor nuclear. Se descompone emitiendo partículas alfa y radiación gamma para convertirse en neptunio-237 . Los detectores de humo utilizan una cantidad muy pequeña de 241 am (aproximadamente 0,29 microgramos por detector de humo) en forma de dióxido de americio . Se utiliza 241 Am ya que emite partículas alfa que ionizan el aire en la cámara de ionización del detector.. Se aplica una pequeña tensión eléctrica al aire ionizado que da lugar a una pequeña corriente eléctrica. En presencia de humo, algunos de los iones se neutralizan, disminuyendo así la corriente, lo que activa la alarma del detector. [13] [14]

Impactos en los organismos [ editar ]

Los radionucleidos que llegan al medio ambiente pueden causar efectos nocivos como contaminación radiactiva . También pueden causar daños si se usan en exceso durante el tratamiento o se exponen de otras formas a los seres vivos, por envenenamiento por radiación . Los posibles daños a la salud derivados de la exposición a los radionúclidos dependen de varios factores y "pueden dañar las funciones de tejidos / órganos sanos. La exposición a la radiación puede producir efectos que van desde enrojecimiento de la piel y caída del cabello, hasta quemaduras por radiación y síndrome de radiación aguda . La exposición prolongada puede llevan a que las células se dañen y, a su vez, provocan cáncer. Es posible que los signos de células cancerosas no aparezcan hasta años, o incluso décadas, después de la exposición ". [15]

Cuadro resumen de clases de nucleidos, "estables" y radiactivos [ editar ]

A continuación se muestra una tabla de resumen de la lista total de nucleidos con vidas medias superiores a una hora. Noventa de estos 989 nucleidos son teóricamente estables, excepto a la desintegración de protones (que nunca se ha observado). Alrededor de 252 nucleidos nunca se ha observado que se descompongan y clásicamente se consideran estables.

Los radionucleidos tabulados restantes tienen vidas medias superiores a 1 hora y están bien caracterizados (ver la lista de nucleidos para una tabulación completa). Incluyen 30 nucleidos con vidas medias medidas más largas que la edad estimada del universo (13,8 mil millones de años [16] ), y otros 4 nucleidos con vidas medias lo suficientemente largas (> 100 millones de años) que son nucleidos primordiales radiactivos , y pueden ser detectados en la Tierra, habiendo sobrevivido de su presencia en polvo interestelar desde antes de la formación del sistema solar, hace unos 4.600 millones de años. Otros más de 60 nucleidos de vida corta se pueden detectar naturalmente como hijas de nucleidos de vida más larga o productos de rayos cósmicos. Los restantes nucleidos conocidos se conocen únicamente a partir detransmutación nuclear .

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

Este es un cuadro resumen [17] para los 989 nucleidos con semividas superiores a una hora (incluidos los que son estables), que figuran en la lista de nucleidos .

Lista de radionucleidos disponibles comercialmente [ editar ]

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

Solo emisión gamma [ editar ]

Solo emisión beta [ editar ]

Solo emisión alfa [ editar ]

Múltiples emisores de radiación [ editar ]

Ver también [ editar ]

  • La lista de nucleidos muestra todos los radionucleidos con vida media> 1 hora
  • Mesa de hiperacumuladores - 3
  • Radiactividad en biología
  • Datación radiométrica
  • Cisternograma de radionúclidos
  • Usos de la radiactividad en pozos de petróleo y gas

Notas [ editar ]

  1. ^ RH Petrucci, WS Harwood y FG Herring, Química general (8ª ed., Prentice-Hall 2002), p.1025–26
  2. ^ "Decay and Half Life" . Consultado el 14 de diciembre de 2009 .
  3. ^ Stabin, Michael G. (2007). "3". En Stabin, Michael G (ed.). Protección radiológica y dosimetría: una introducción a la física de la salud (manuscrito enviado). Springer . doi : 10.1007 / 978-0-387-49983-3 . ISBN 978-0387499826.
  4. ^ Lo mejor, Lara; Rodrigues, George; Velker, Vikram (2013). "1.3". Introducción y revisión de oncología radioterápica . Demos Medical Publishing . ISBN 978-1620700044.
  5. ^ Loveland, W .; Morrissey, D .; Seaborg, GT (2006). Química nuclear moderna . Química nuclear moderna . Wiley-Interscience. pag. 57. bibcode : 2005mnc..book ..... L . ISBN 978-0-471-11532-8.
  6. ^ Eisenbud, Merril; Gesell, Thomas F (25 de febrero de 1997). Radiactividad ambiental: de fuentes naturales, industriales y militares . pag. 134. ISBN 9780122351549.
  7. ^ Bagnall, KW (1962). "La química del polonio". Avances en Química Inorgánica y Radioquímica 4. Nueva York: Academic Press. págs. 197–226. doi: 10.1016 / S0065-2792 (08) 60268-X. ISBN 0-12-023604-4 . Consultado el 14 de junio de 2012., p. 746 
  8. ^ Bagnall, KW (1962). "La química del polonio". Avances en Química Inorgánica y Radioquímica 4. Nueva York: Academic Press., P. 198
  9. ^ Ingvar, David H .; Lassen, Niels A. (1961). "Determinación cuantitativa del flujo sanguíneo cerebral regional en el hombre" . The Lancet . 278 (7206): 806–807. doi : 10.1016 / s0140-6736 (61) 91092-3 .
  10. ^ Ingvar, David H .; Franzén, Göran (1974). "Distribución de la actividad cerebral en la esquizofrenia crónica" . The Lancet . 304 (7895): 1484-1486. doi : 10.1016 / s0140-6736 (74) 90221-9 . PMID 4140398 . 
  11. ^ Lassen, Niels A .; Ingvar, David H .; Skinhøj, Erik (octubre de 1978). "Función cerebral y flujo sanguíneo". Scientific American . 239 (4): 62–71. Código Bibliográfico : 1978SciAm.239d..62L . doi : 10.1038 / scientificamerican1078-62 . PMID 705327 . 
  12. ^ Severijns, Nathal; Beck, Marcus; Naviliat-Cuncic, Oscar (2006). "Pruebas del modelo estándar electrodébil en desintegración beta nuclear". Reseñas de Física Moderna . 78 (3): 991–1040. arXiv : nucl-ex / 0605029 . Código Bibliográfico : 2006RvMP ... 78..991S . doi : 10.1103 / RevModPhys.78.991 . S2CID 18494258 . 
  13. ^ "Detectores de humo y americio" . world-nuclear.org . Archivado desde el original el 12 de noviembre de 2010.
  14. ^ Oficina de protección radiológica - Am 241 Fact Sheet - Departamento de salud del estado de Washington Archivado el 18 de marzo de 2011 en Wayback Machine.
  15. ^ "Radiaciones ionizantes, efectos sobre la salud y medidas de protección" . Organización Mundial de la Salud. Noviembre de 2012 . Consultado el 27 de enero de 2014 .
  16. ^ "Detectives cósmicos" . La Agencia Espacial Europea (ESA). 2013-04-02 . Consultado el 15 de abril de 2013 .
  17. ^ Los datos de la tabla se obtienen contando los miembros de la lista; ver WP: CALC . Las referencias para los datos de la lista en sí se dan a continuación en la sección de referencia en la lista de nucleidos.

Referencias [ editar ]

  • Carlsson, J .; Forssell Aronsson, E; Hietala, SO; Stigbrand, T; Tennvall, J; et al. (2003). "Terapia tumoral con radionúclidos: evaluación de avances y problemas". Radioterapia y Oncología . 66 (2): 107-117. doi : 10.1016 / S0167-8140 (02) 00374-2 . PMID  12648782 .
  • "Radioisótopos en la industria" . Asociación Nuclear Mundial .
  • Martin, James (2006). Física para la protección radiológica: manual . pag. 130. ISBN 978-3527406111.

Lectura adicional [ editar ]

  • Luig, H .; Kellerer, AM; Griebel, JR (2011). "Radionucleidos, 1. Introducción". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . doi : 10.1002 / 14356007.a22_499.pub2 . ISBN 978-3527306732.

Enlaces externos [ editar ]

  • EPA - Radionúclidos - Programa de protección radiológica de la EPA: Información.
  • FDA - Radionúclidos - Programa de protección radiológica de la FDA: Información.
  • Gráfico interactivo de nucleidos : gráfico de todos los nucleidos
  • Centro Nacional de Desarrollo de Isótopos : fuente de radionucleidos del gobierno de EE. UU.: Producción, investigación, desarrollo, distribución e información
  • Gráfico en tiempo real de nucleidos - OIEA
  • Simulador de producción de radionúclidos - OIEA