Page 718 - Fisica General Burbano

RADIACTIVIDAD NATURAL 737

XXX – 19. Equilibrio radiactivo
La velocidad de desintegración de un elemento es l N , donde l , es la constante radiactiva
1
1
1
y N el número de átomos presentes. Por cada núcleo que se desintegra aparece un núcleo hijo, así
1
que l N es la velocidad de formación del hijo. Si éste es estable se acumula progresivamente con
1
1
el tiempo, pero si es inestable se desintegrará también a una velocidad l N y se estará formando
2
2
y desintegrando continuamente.
Cuando la velocidad de producción de un elemento es igual a su velocidad de desintegra-
ción, éste habrá alcanzado una concentración de equilibrio radiactivo.
Si toda la serie se encuentra en equilibrio, se verifica:
l N =l N =l N =...
3
3
1
1
2
2
la actividad de cada elemento de la serie es la misma y cada uno se halla en la muestra en una
proporción constante, salvo el original, que disminuye continuamente, y el último miembro, que es
estable y aumenta en número constantemente.
En una serie en equilibrio se puede obtener la relación entre el número de átomos presentes de
cada miembro, ya que, para dos cualesquiera de ellos, la expresión anterior se puede escribir en
función de los períodos de semidesintegración de la forma:
MUESTRA PARA EXAMEN. PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN. COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR
N a l b T a
N b = l a = T b
Por otra parte, esta expresión permite calcular el período de semidesintegración de un elemen-
to cuando, por ser muy grande, no puede obtenerse de forma fiable por medida directa. Para ello
es necesario conocer el período de otro elemento de la serie y medir, mediante un espectrógrafo
de masas, la proporción de ambos en la muestra en equilibrio.
XXX – 20. Detectores de radiación
Los conocimientos que se tienen actualmente en el campo de la física nuclear y de partículas ele-
mentales se deben fundamentalmente al desarrollo de los métodos de detección de la radiación.
Todos los detectores se basan en la interacción de partículas cargadas con los átomos del de-
tector; por tanto, los rayos g y los neutrones sólo pueden ser detectados a través de las partículas
con carga que originen.
Los fotones g producen electrones a través de tres mecanismos: el efecto fotoeléctrico (cuestión
XXVIII-2), el efecto Compton (cuestión XXVIII-3) y la generación de pares electrón-positrón. En
cuanto a los neutrones, es posible su detección por varios efectos: cuando chocan elásticamente
con un núcleo ligero éste recibe la suficiente energía como para ser detectado como una carga en
movimiento; un neutrón puede provocar una reacción nuclear en la que se emitan partículas con
carga, como partículas alfa; además, la absorción de neutrones puede originar isótopos radiacti-
vos, cuya actividad es una medida del número de neutrones que han sido absorbidos por el mate-
rial.
Los detectores de partículas cargadas se clasifican en función de las magnitudes que permiten
medir. Así, los DOSÍMETROS se emplean para medir la intensidad total de radiación durante un tiem-
po largo mediante los cambios que ésta origina en la materia, como por ejemplo, variación de la
conductividad eléctrica o de la composición química. Los DETECTORES DE REGISTRO permiten deter-
minar únicamente cuándo el dispositivo es atravesado por una partícula; en los ESPECTRÓMETROS es
también posible la medida de la energía de la partícula, y en los DETECTORES DE TRAZA se pueden
determinar sus posiciones sucesivas.
El único detector de registro que aún se usa es el contador de Geiger-Müller, cuyo fundamento
se comentará en esta misma cuestión. Por otra parte, es evidente que un espectrómetro puede
usarse como detector de registro sin más que prescindir de la información relativa a la energía de
la partícula.
ESPECTRÓMETROS:
Entre los espectrómetros se encuentran la cámara de ionización, el contador proporcional, los
contadores de semiconductores y los contadores de centelleo y Cherenkov. Tanto los dos primeros
como el contador Geiger-Müller tienen una estructura similar a la de la Fig. XXX-17, constituida
por una cámara con dos electrodos, llena de un gas que es ionizado por la partícula cargada que
penetra a través de una delgada ventana.
En ausencia de partículas ionizantes no existe circulación de corriente por la resistencia exte-
rior, pero el paso de una de ellas produce iones que son recogidos por los electrodos, ocasionando
una pequeña variación de la tensión entre los extremos de la resistencia; este pulso de tensión es
detectado y amplificado convenientemente. Cuando la tensión entre los electrodos tiene el valor
adecuado para que los iones sean recogidos rápidamente evitando su recombinación, pero no es
aún lo suficientemente alta como para que éstos puedan producir iones secundarios por choques,
entonces el pulso de tensión se debe únicamente a los iones producidos por la partícula ionizante, Fig. XXX-17.– Cámara de ionización.