MÉtodo radió química. Procesos de desintegración radiactiva. Actividad y detección de las radiaciones. Aplicaciones de la medida de radiacióN




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fecha de publicación29.11.2015
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TEMA 11

MÉTODO RADIÓ QUÍMICA. PROCESOS DE DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA. ACTIVIDAD Y DETECCIÓN DE LAS RADIACIONES. APLICACIONES DE LA MEDIDA DE RADIACIÓN.

11. A INTRODUCCIÓN Y CARACTERÍSTICAS GENERALES

El descubrimiento y la producción de isótopos radiactivos naturales y artificiales han hecho posible la elaboración de métodos analíticos sensibles y específicos. Todos los núcleos están constituidos por un conjunto de protones y neutrones .. el H2, las propiedades químicas de un átomo están determinadas por su numero atómico Z, que es el numero que contiene el núcleo, y la suma del numero de protones y de neutrones en un núcleo es el numero másico. Los métodos radioquímicos son de tres tipos:

- En el análisis de activación, la actividad es inducida en un elemento de la muestra por irradiación con partículas apropiadas. Ej: neutrones térmicos de un reactor nuclear.

- En el análisis de dilución de isótopos, se mezcla una forma pura radiactiva, de la sustancia que se determina con la muestra en cantidad conocida. Se mide la actividad de la fracción aislada.

- En el análisis radiométrico se emplea un reactivo radiactivo para separar el componente que interesa de la muestra. Se mide actividad en la porción aislada.

11. B PROCESOS DE LA DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA

Los productos de una desintegración son un núcleo alterado, energía y posiblemente una partícula elemental. El numero de partículas asociado con un desintegración espontanea es relativamente limitado.

N + Desintegración N* + E + α, β, γ…

Partículas elementales. Características

* Partículas alfa (α): en escala subatomica, las alfa son de gran tamaño y están formadas por dos protones y dos neutrones. Son monoenergeticos distribuidos en un intervalo pequeño de energía. Pierden su energías por choques al atravesar la materia, finalmente convertidas en He al capturar dos electrones del entorno. Su masa y carga les hace muy eficaces en producción de pared de iones dentro de la materia que atraviesa. Su baja potencia de penetración hace que sean relativamente inútiles para producir isotopos artificiales.

* Partículas beta (β): la desintegración de beta se caracteriza por dar un espectro continuo de energías (depende del proceso de desintegración). Dado su pequeña masa, no es eficaz en producción de pares de iones. Su potencia de penetración es mayor, son difíciles de avaluar por su dispersión. Las beta que llevan carga positiva unitaria se llaman positrones. Su destino final es la aniquilación por interacción con electrones para dar dos fotones.

* Emisión de rayos gamma (γ): radiación penetrante -> baja longitud de onda. Muchos procesos de emisión de alfa y beta, dejan un núcleo excitado que vuelve al estado fundamental, en pasos cuantizados, con liberación de rayos gamma (fotones de energía alta). La radiación gamma es penetrante. Los rayos gamma internacional con materia y pierden su energía de tres formas:

- Efecto fotoeléctrico, expulsión de un solo electrón del átomo Diana (baja energía). Este efecto es común en la interacción de rayos γ con átomos de diana de peso atómico alto.

- Efecto compton, choque elástico de un rayo gamma y un electrón (atenuada). A veces este efecto se debe a la absorción de fotones gamma relativamente energéticos.

- Si el fotón γ posee E suficientemente elevada puede dar la producción de un par, beta+ y electrones (alta energía).
* Neutrones (n): Particula de masa 1 y carga 0. Muy eficaz en bombardeos, no influida por barrera de carga electrostática que rodea al nucleo diana. Los neutrones lentos ( o térmicos) son mas eficaces de alta energía, para penetrar en procesos nucleares. La irradiación de un isotopo estable con neutrones puede originar un isotopo excitado con numero atómico 1 unidad mayor que la diana.

AZX + 10n [A+1Z X]* A+1Z X + Y
excitado fundamental

RESUMEN DE EMISIONES RADIACTIVAS

EMISIÓN

SÍMBOLO

MASA

CARGA

PENETRACIÓN

IONIZACIÓN


Partículas β
Negatrón

B (-)

5.4 10-4

-1

Media

Media

Positrón

B (+)

5.4 10-4

1

Media

Media

Partículas α

A

4

2

Baja

Alta

Neutrón

N

1

0

Muya alta

Nula

Fotones γ

γ

0

0

Muy alta

Muy alta

Fotones Rayos X

X

0

0

Neutrino

γ

0

0

XAZ  donde A es el numero masico (neutrones+ protones) y Z es el numero atomico.

11. B. 2. Unidades de desintegración.

El Curie es la unidad fundamental de la radioactividad. Se define como la cantidad de nuclido en la que ocurren 3,70 E 10 desintegraciones por segundo. Originalmente el Ci fue definido como la actividas de 1g de Radio 226.

El milicurie (3.70 E 7 desintegraciones/s) y el microcurie (3.70 E5 desintegraciones/s) son unidades frecuentes.

1 Bq = 1s-1 desintegrando por segundo, Bq: Beckerel
1 Ci = 3.7 x1010, Ci = Curio.
1 mL Ci = 3.7 x10-7 Bq, μCi = 3.7 x104 Bq

11. B. 3. Ley de desintegración
La desintegración radiactiva es un proceso completamente al azar. No obstante puede describírsela el comportamiento de núcleos con la expresión

= ��N

Donde:
N: número de núcleos radiactivos de muestra en tiempo t.
��: constante de desintegración

Ordenando la ecuación e integrando entre t=0 y t=t se obtiene:

Ln

Así, el periodo de desintegración (t1/2) de un isótopo radiactivo se define como el tiempo requerido por el número de atomos para que se desintegre la mitad de los atomos radiactivos en una muestra:

T1/2 = =

Además, teniendo en cuenta que la actividad = velocidad:

A = ��No e-��t
LnA = Ln�� No��t

11.C INSTRUMENTACIÓN EN MÉTODOS RADIOQUÍMICOS. DETECCION DE LA RADIACIÓN.

11. C. 1. Detectores de la radiación: la radiación puede detectarse y evaluarse midiendo la energía liberad durante su interacción con la materia.

* Detección fotográfica: en los primeros tiempos de la radioquimica la exposición de emulsiones fotográficas ordinarias formo la base de la detección de radiación. Aún hoy es útil para la vigila ion de la dosificación total en estudio de radiación cósmica.

* Detección por ionización: la radiación alfa, beta y gamma (también rayos X ordinarios) actúan con materia dando electrones e iones positivos (pares de iones). Varios detectores de radiación se basan en la conductividad eléctrica inducida en gas, como consecuencia de la formación de pares de iones. Cada partícula o fotón de radiación actúa mutuamente con el gas (Ar) produciendo varios pares de iones primarios. Bajo un potencial aplicado, los electrones móviles emigran hacia el ánodo (+) central y los cationes más lentos hacia el cátodo (-) metálico cilíndrico.

* Contadores de centelleo: la luminscencia producida cuando incide radiación en un fósforo representa un método antiguo de detectar radiactividad. En su primera aplicación consistía en el conteo manual de los destellos cuando partículas alfa chocaban con una pantalla de ZnS.

El tedio de contar llevó a Gelger a crear detectores de ionización de gas, también sensible a radiación β y γ. El contador de centelleo moderno más usado consta de un cristal de Na, que ha sido activado como talio. Tiene forma de cilindro con diámetro y longitud de 76 a 120 mm, una importante característica de los centelladores es que el número de fotones producidos en cada destello es proporcional a la E de la radiación incidente.

http://lh4.ggpht.com/emmanuel.marlinda/sc5way7uhhi/aaaaaaaaam4/efjzwvmeft8/image016.jpg

* Contadores semiconductores: se emplean de forma similar a la cámara de ionización del gas. Cuando el cristal absorbe radiación, se forman electrones y orificios + que se desplazan hacia electrodos opuestos. La corriente resultante es proporcional a la energía de la radiación primaria. Se emplean cristales de Sí y Ge.

11. D APLICACIONES DE LOS MÉTODOS RADIOQUÍMICOS

11. D. 1 Análisis de activación de neutrones

La activación de neutrones es potencialmente aplicable a la determinación de 69 elementos. Cuatro de los gases inertes forman isótopos activos con neutrones térmicos. Ademas el oxigeno, el nitrógeno y el itrio pueden ser activados con neutrones rapidos de un acelerador.

Materiales que pueden ser determinados por este análisis, destacan metales, aleaciones, objetos arqueológicos, semiconductores. Muestras biológicas, rocas minerales y agua. El análisis de activación se Isa en química forense. Presenta notable sensibilidad a muchos elementos, a nivel de trazas pudiendose detectar 10^-5 micro gramos desde Fe hasta solo 10^-6 microgramos de europio.

11. D. 2 Métodos de dilución isotópica

Son anteriores a los de activación figuran entre los más selectivos a disposición de los químicos. Se emplean isótopos estables y radiactivos en esta técnica, pero los óptimos presentan facilidad para determinar la concentración del isótopo.

Estos métodos se basan en introducir una actividad conocida de una especie radiactiva en una cantidad pesada de la muestra problema. Se homogeneiza la mezcla y una parte del analito se aisla químicamente en forma de compuesto purificado.

http://www.mineriaonline.com.pe/userfiles/image/372_cemento-tabla-1.jpg

Aplicaciones de método de dilución isotópica:
Se han determinado fracciones de 1 microgramo de Cd, Cu, Hg o ZnS por un procedimiento de extracción con solución de ditizona en CCl4. Ha resultado útil para la determinación de compuestos de interés en química orgánica y bioquímica, como por ejemplo: vitamina D, B12...

11. D. 3 METODOS RADIOMETRICOS

Se emplea un reactivo radioactivo de actividad conocida para aislar la sustancia que nos interesa, de los otros componentes de la muestra. La actividad del producto se relación la cantidad de la especie que se determina.

Ejemplo de estos métodos son:

  • La determinación de Cr por formación de cromato de Ag activo con ion Ag+ radiactivo.

  • Precipitación de Mg o Zn por fosfato que contiene P32.

  • La determinación de F- por precipitación con Ca radiactivo.

http://www.aboutlasers.net/images/img6.jpg

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