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La vida media es un valor que representa la cantidad de tiempo que te tomará a un objeto reducir su cantidad en un cincuenta por ciento. Los núcleos de tipos específicos de isótopos y átomos liberan su energía a través de la radiación.
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La emisión de radiación puede durar unos segundos, unos pocos millones de años o un punto intermedio. La vida media define el tiempo que tarda (la tasa de desintegración) para que el cincuenta por ciento (la mitad) de los átomos radiactivos se desintegren.
¿Qué es la radiactividad? Una explicación completa
Para comprender la radiactividad y la vida media, necesitamos tener una comprensión rudimentaria de la estructura de los átomos. Tengo la seguridad de que en nuestra vida anterior trabajábamos con protones y electrones a diario.
Átomo
Un átomo contiene tres partículas subatómicas microscópicas: electrones, neutrones y protones. El núcleo es el centro del átomo. Contiene protones y neutrones.
Los electrones vuelan en círculo alrededor del núcleo y tienen una carga eléctrica negativa. Los protones llevan una carga eléctrica positiva. Los neutrones no tienen carga eléctrica. En un átomo neutro, el número de protones y el número de electrones son iguales.
Los electrones negativos atraen a los protones positivos (como un imán). Las fuerzas opuestas entre el electrón y el protón mantienen unido al átomo. Si el número de electrones es igual al número de protones, tenemos un núcleo estable.
Núcleo inestable
Si los protones y neutrones del núcleo no están en equilibrio, el átomo se considera un «núcleo inestable». Y un núcleo inestable ocurre cuando el recuento de neutrones excede el recuento de protones. La inestabilidad en el núcleo hace que un neutrón se convierta en un protón.
Esta conversión libera una partícula beta. El núcleo inestable seguirá desprendiéndose o desintegrándose a medida que libera fotones, electrones, neutrones o alfa. Un alfa son dos neutrones unidos a dos protones.
Radioactividad
El núcleo inestable libera energía a medida que se desintegran. La radiactividad es la energía liberada por el núcleo.
En resumen, la radiactividad es la liberación de energía procedente de la desintegración de núcleos radiactivos. Sin embargo, la desintegración solo se relaciona con ciertos tipos de átomos e isótopos.
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El núcleo busca un estado de equilibrio, por lo que arroja todo lo que necesita para lograr el equilibrio. Echemos un vistazo a algunos tipos diferentes de liberación de energía:
- Si el núcleo tiene demasiados neutrones, emitirá una partícula beta negativa, que convierte un neutrón en un protón.
- Si hay demasiados protones en el núcleo, se creará un electrón cargado positivamente (positrón), que convierte un protón en un neutrón.
- Demasiada energía hace que el núcleo genere un rayo gamma, que descarga mucha energía sin modificar ninguna partícula en el núcleo del átomo.
- Si hay demasiada masa en el átomo, los núcleos emiten una partícula alfa, que expulsa cuatro partículas en total: dos neutrones y dos protones.
Diferentes tipos de radiación
Hay cuatro tipos principales de radiación que abordaremos. Algunos tipos de radiación no son peligrosos, mientras que otros son mortales.
Alfa
Una partícula alfa (α) tiene carga positiva. Se crea a partir de dos neutrones y dos protones del núcleo de un átomo. Los elementos pesados, como el radio y el uranio, crean partículas alfa que tienen radiación.
Las partículas alfa son pesadas y no viajan muy lejos. También carecen de energía para atravesar la capa exterior de nuestra piel.
Si una partícula alfa se inhala, se traga o se introduce en nuestro cuerpo a través de un corte, causará un daño importante. Encontrarás partículas alfa en detectores de humo, eliminación de electricidad estática mecánica industrial y sondas utilizadas en telescopios en el espacio.
Beta
Una partícula beta (β) tiene carga negativa y se genera a partir del núcleo durante la desintegración radiactiva. Las partículas beta se generan cuando un neutrón en el núcleo se convierte en un protón y un electrón. El electrón es expulsado como una emisión beta.
El hidrógeno-3, el estroncio-90 y el carbono-14 generan partículas beta. Una partícula beta penetra más que una partícula alfa.
Una camiseta, chaqueta o pantalón detendrán una partícula beta (o aluminio, si quieres usar un sombrero de papel de aluminio). Al igual que las partículas alfa, las partículas beta son más peligrosas si se inhalan o ingieren.
Las aplicaciones médicas, como las exploraciones PET, el cáncer de ojos y el tratamiento del cáncer de huesos, utilizan partículas beta. Las partículas beta se utilizan para calcular el espesor del material.
Se dispara una corriente de partículas beta hacia una película delgada (como una hoja de papel). Para calcular el espesor del papel se utiliza una medida de la cantidad de partículas que llegan a una unidad de recogida en el lado opuesto del papel.
Gama
¡Nos estamos poniendo serios ahora! La radiación gamma es energía fotónica pura. Y encontrarás rayos gamma junto con partículas beta o alfa durante el proceso de desintegración radiactiva.
Los rayos gamma son peligrosos para los humanos. Pasarán a través de la ropa, la piel y el sombrero de papel de aluminio. Un rayo gamma es capaz de atravesar paredes, tierra, búnkeres subterráneos y plomo. También causará daños graves a los tejidos y al ADN.
Si echas un vistazo rápido al espectro electromagnético (EMS), verás que los rayos gamma están en el extremo derecho del EMS. Los rayos gamma tienen la longitud de onda más pequeña y tienen el poder de penetración más significativo.
Las explosiones de supernovas, los agujeros negros, las estrellas de neutrones, los púlsares, los relámpagos, las explosiones nucleares y la desintegración radiactiva emiten rayos gamma.
Rayos X
¡Todos hemos oído hablar de los rayos X! Al igual que un rayo gamma, un rayo X es un fotón de energía pura. Los rayos X, generados fuera del núcleo, tienen menos energía que los rayos gamma. Las tomografías computarizadas, las imágenes de huesos, tejidos blandos y trabajos dentales utilizan rayos X.
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¿Por qué nos preocupamos por la radiación?
La exposición a la radiación puede ser perjudicial para nuestra salud. ¿Has notado el cuidado que tienen los higienistas dentales cuando toman radiografías en el consultorio del médico? Saldrán de la habitación cuando llegue el momento de “tomar la imagen” de tu radiografía. ¡Se trata de radiación!
A continuación, se muestra una tabla de dispositivos típicos y menos utilizados que emiten radiación. A medida que avancemos en el gráfico, notaremos que la vida media aumenta bastante.
| Dispositivo | Vida media |
| Radiografía dental | 4 nanosegundos |
| Escaneo de mascotas | 110 minutos |
| Fusión Nuclear: U-238 | 4.500 millones de años |
| Fusión nuclear: Pu-244 | 80 millones de años |
| Arma nuclear: U-235 | 704 millones de años |
| Arma nuclear: Pu-239 | 24.100 años |
¿Cómo mide la vida media la radiactividad?
Como mencioné anteriormente, la vida media es la cantidad de tiempo que tardará en desintegrarse el cincuenta por ciento (la mitad) de los elementos radiactivos de un átomo. Como ejemplo, tomemos siete vidas medias de material radiactivo y terminaremos con menos del uno por ciento del material radiactivo original. (¡Funciona, verificamos los cálculos!)
Los isótopos radiactivos se descomponen mediante desintegración gamma, beta y gamma. La descomposición ocurre en la fuente principal con el tiempo. Una vez que los padres han liberado al niño, el niño ya no es radiactivo ni producirá más material radiactivo.
Los científicos no pueden predecir el comportamiento cuántico de un solo átomo, pero sí pueden predecir el comportamiento estadístico de millones y miles de millones de átomos. Los valores de vida media de los materiales radiactivos utilizados en medicina permiten a los médicos determinar los niveles de dosificación seguros y adecuados en el tratamiento o exploración del corazón, hígado, tiroides, etc.
Las aplicaciones comerciales utilizan cálculos de vida media todos los días. Los valores de radiactividad y vida media son de suma importancia en aplicaciones industriales, como en mediciones de espesor, humedad, densidad, gravedad específica y densidad.
Preguntas frecuentes
¿Qué es la vida media y cómo se utiliza?
La vida media mide cuánto tiempo tarda la mitad de una partícula radiactiva del núcleo atómico en desintegrarse o perder el cincuenta por ciento (la mitad) de la radiactividad original de la partícula.
La vida media también es un término utilizado en medicina, con mayor frecuencia junto con el tiempo que tardará un medicamento recetado en reducirse en un cincuenta por ciento en nuestro cuerpo.
¿Qué es una vida media en términos simples?
La vida media define el tiempo que tarda una sustancia en reducir su valor original a la mitad. El término vida media es común cuando se habla de desintegración radiactiva y medicina.
¿Por qué la radiactividad se mide en vida media?
La vida media de la radiactividad nos permite predecir la cantidad de material radiactivo que queda después de un período específico.
¿El valor de vida media es el mismo para todos los materiales radiactivos?
De nada. Algunos materiales radiactivos pueden tener una vida media de unos pocos miles por segundo, unos pocos años o miles de millones de años.
¿Por qué se mide la radiactividad?
Se trata de seguridad. La radiación puede ser dañina o mortal. La exposición a la radiación puede ser a corto o largo plazo. Tanto la exposición a la radiación a corto como a largo plazo pueden ser muy peligrosas para tu salud.
¿Es necesario utilizar Equipos de Protección Personal (EPI)? ¿Puedes estar cerca de la fuente de radiación? ¿Debería haber cinco pulgadas de plomo entre tú y la fuente de radiación?
Los científicos miden la radiación de diferentes maneras. A veces, los científicos estiman la dosis que una persona recibió o podría recibir de una fuente radiactiva.
En otras situaciones, los científicos miden la cantidad de radiactividad en el agua, el suelo o el aire. Se toman mediciones del agua, el suelo o el aire para determinar si se necesitan medidas de seguridad.
¿Por qué medimos la vida media y no la vida completa?
El término “vida media” incluye el entendimiento de que estamos analizando un gran grupo de datos. No estamos evaluando cuánto tiempo tarda en ocurrir la desintegración en un átomo, estamos observando cuánto tiempo tarda en ocurrir la desintegración en muestras de átomos mucho más grandes. La línea de tiempo de desintegración de un átomo es impredecible.
El patrón de desintegración de un átomo en comparación con el de otro átomo puede ser tremendamente diferente. Pero estadísticamente, el patrón de desintegración de un gran grupo de átomos es el mismo. La vida media nos permite observar los valores estadísticos de todos los átomos, no la tasa de desintegración de un átomo.
Piensa en una tabla de probabilidad de 3 signos. La mayor parte de la decadencia puede ocurrir cerca del centro del gráfico (1-sigma), pero algo puede aparecer en las afueras del diagrama (3-sigma).
Lo mismo ocurre con los cálculos de la vida media. Necesitamos observar todos los datos, no solo la desintegración total de la vida (¡o la falta de desintegración!) de los núcleos de un solo átomo.
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¿Cómo y por qué se utiliza el carbono 14 en las mediciones de la vida media?
El carbono 14 es radiactivo y se desintegra lentamente (¡vida media!) con el tiempo. El carbono-14 es absorbido por los organismos biológicos (huesos, fibras vegetales, madera) a lo largo de sus “vidas”. Cuando el organismo muere, cesa la absorción de carbono 14.
El carbono-14 tiene una vida media de aproximadamente 5.730 años. Los científicos pueden medir la cantidad de carbono-14 en las muestras que desenterraron y luego calcular la edad del objeto. Esto se realiza mediante cálculos; estás ingiriendo o absorbiendo carbono-12 y carbono-14 mientras caminas por la tierra.
Cuando mueres, el carbono 14 de tu cuerpo comienza a descomponerse, pero el carbono 12 de tu cuerpo no. Los arqueólogos calculan la proporción de carbono-12 a carbono-14 y determinan cuánto tiempo hace que murió. ¡Muy genial!