FISICA II

CAMPO MAGNETICO Y REACTIVIDAD

Facultad de Ingeniería

Escuela Profesional de Ingeniería Industrial

TEMA:

CAMPO MAGNETICO Y REACTIVIDAD

CURSO:

FISICA II

DOCENTE:

ROLDAN LOPEZ JOSE

INTEGRANTES:

-CARBAJAL VEGA MELLISSA.

-MELENDEZ YESQUÉN KRISTIAN.

-MIXÁN RODRIGUEZ KARLA.

-MORENO CASTILLO ARACELLY.

CICLO/ SEMESTRE

III

TRUJILLO – PERÚ

1

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO

INDICE

INTRODUCCION…………………………………………………………..pág.3

CAPÍTULO I

CAMPO MAGNÉTICO…………………………………………pág. 4

1. DEFINICIÓN2. FUERZA DE LORENTZ3. NOMBRE4. USO5. FUENTES DEL CAMPO MAGNÉTICO

5.1 Campo magnético producido por una carga puntual5.2 Campo magnético producido por una distribución de cargas5.3 Inexistencia de cargas magnéticas aisladas

6. DETERMINACIÓN DEL CAMPO DE INDUCCIÓN MAGNÉTICA B

7. CAMPO MAGNÉTICO EN RELATIVIDAD

7.1 Campo magnético en relatividad

7.2 Campo creado por una carga en movimiento: 8. Unidades y magnitudes típicas

CAPÍTULO II

RADIOACTIVIDAD………………………………………………pág.13

1.DEFINICIÓN

2.RADIACTIVIDAD NATURAL

3.RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

4.CLASES Y COMPONENTES DE LA RADIACIÓN

4.1 CAUSA DE LA RADIACTIVIDAD

4.2 VELOCIDAD DE DESINTEGRACIÓN

5.CONTADOR GEIGER

6.RIESGOS PARA LA SALUD

1.1. Consecuencias para la salud de la exposición a las radiaciones

ionizantes

1.2. Dosis aceptable de irradiación

1.3. Dosis efectiva permitida

1.4. Ley de la radiosensibilidad

7.EJEMPLOS DE ISÓTOPOS RADIACTIVOS

CONCLUSIONES……………………………………………………………………pág.

BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………………pág.

2

INTRODUCCION

CAPÍTULO I

3

CAMPO MAGNÉTICO

1. DEFINICIÓN

Un campo magnético es una descripción matemática de la influencia magnética de las corrientes eléctricas y de los materiales magnéticos. El campo magnético en cualquier punto está especificado por dos valores, la dirección y la magnitud; de tal forma que es un campo vectorial. Específicamente, el campo magnético es un vector axial, como lo son los momentos mecánicos y los campos rotacionales. El campo magnético es más comúnmente definido en términos de la fuerza de Lorentz ejercida en cargas eléctricas. Campo magnético puede referirse a dos separados pero muy relacionados símbolos B y H.

2. FUERZA DE LORENTZ

Entre las definiciones de campo magnético se encuentra la dada por la fuerza

de Lorentz. Esto sería el efecto generado por una corriente eléctrica o un imán,

sobre una región del espacio en la que una carga eléctrica puntual de valor (q),

que se desplaza a una velocidad  , experimenta los efectos de

una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad (v) como al

campo (B). Así, dicha carga percibirá una fuerza descrita con la siguiente

ecuación.

Donde F es la fuerza magnética, v es la velocidad y B el campo magnético,

también llamado inducción magnética y densidad de flujo magnético.

(Nótese que tanto F como v y B son magnitudes vectoriales y el producto

vectorial tiene como resultante un vector perpendicular tanto a v como a B). El

módulo de la fuerza resultante será:

La existencia de un campo magnético se pone de relieve gracias a la propiedad

(la cual la podemos localizar en el espacio) de orientar

un magnetómetro (laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La

aguja de una brújula, que evidencia la existencia del campo magnético

terrestre, puede ser considerada un magnetómetro.

4

3. NOMBRE

El nombre de campo magnético o intensidad del campo magnético se aplica

a dos magnitudes:

La excitación magnética o campo H es la primera de ellas, desde el punto de

vista histórico, y se representa con H.

La inducción magnética o campo B, que en la actualidad se considera el

auténtico campo magnético, y se representa con B.

Desde un punto de vista físico, ambos son equivalentes en el vacío, salvo en

una constante de proporcionalidad (permeabilidad) que depende del sistema de

unidades: 1 en el sistema de Gauss,   en el SI. Solo se

diferencian en medios materiales con el fenómeno de la magnetización.

4. USO

El campo H se ha considerado tradicionalmente el campo principal o intensidad

de campo magnético, ya que se puede relacionar con

unas cargas, masas o polos magnéticos por medio de una ley similar a la de

Coulomb para la electricidad. Maxwell, por ejemplo, utilizó este enfoque,

aunque aclarando que esas cargas eran ficticias. Con ello, no solo se parte de

leyes similares en los campos eléctricos y magnéticos (incluyendo la posibilidad

de definir un potencial escalar magnético), sino que en medios materiales, con

la equiparación matemática de H con E, por un lado, y de B con D, por otro, se

pueden establecer paralelismos útiles en las condiciones de contorno y las

relaciones termodinámicas; las fórmulas correspondientes en el sistema

electromagnético de Gauss son:

En electrotecnia no es raro que se conserve este punto de vista porque resulta

práctico.

Con la llegada de las teorías del electrón de Lorentz y Poincaré, y de la

relatividad de Einstein, quedó claro que estos paralelismos no se corresponden

con la realidad física de los fenómenos, por lo que hoy es frecuente, sobre todo

en física, que el nombre de campo magnético se aplique a B (por ejemplo, en

los textos de Alonso-Finn y de Feynman).1En la formulación relativista del

5

electromagnetismo, E no se agrupa con H para el tensor de intensidades, sino

con B.

En 1944, F. Rasetti preparó un experimento para dilucidar cuál de los dos

campos era el fundamental, es decir, aquel que actúa sobre una carga en

movimiento, y el resultado fue que el campo magnético real era B y no H.2

Para caracterizar H y B se ha recurrido a varias distinciones. Así, H describe

cuan intenso es el campo magnético en la región que afecta, mientras que B es

la cantidad de flujo magnético por unidad de área que aparece en esa misma

región. Otra distinción que se hace en ocasiones es que H se refiere al campo

en función de sus fuentes (las corrientes eléctricas) y B al campo en función de

sus efectos (fuerzas sobre las cargas).

5. FUENTES DEL CAMPO MAGNÉTICO

Un campo magnético tiene dos fuentes que lo originan. Una de ellas es

una corriente eléctrica de conducción, que da lugar a un campo magnético

estático, si es constante. Por otro lado una corriente de desplazamiento origina

un campo magnético variante en el tiempo, incluso aunque aquella sea

estacionaria.

La relación entre el campo magnético y una corriente eléctrica está dada por

la ley de Ampère. El caso más general, que incluye a la corriente de

desplazamiento, lo da la ley de Ampère-Maxwell.

5.1 Campo magnético producido por una carga puntual

El campo magnético generado por una única carga en movimiento (no por

una corriente eléctrica) se calcula a partir de la siguiente expresión:

Donde  . Esta última expresión define un campo

vectorial solenoidal, para distribuciones de cargas en movimiento la

expresión es diferente, pero puede probarse que el campo magnético

sigue siendo un campo solenoidal.

5.2 Campo magnético producido por una distribución de cargas

6

La inexistencia de cargas magnéticas lleva a que el campo magnético es

un campo solenoidal lo que lleva a que localmente puede ser derivado de

un potencial vector  , es decir:

A su vez este potencial vector puede ser relacionado con el

vector densidad de corriente mediante la relación:

La ecuación anterior planteada sobre  , con una distribución de cargas

contenida en un conjunto compacto, la solución es expresable en forma de

integral. Y el campo magnético de una distribución de carga viene dado

por:

5.3 Inexistencia de cargas magnéticas aisladas

Cabe destacar que, a diferencia del campo eléctrico, en el campo

magnético no se ha comprobado la existencia de monopolos magnéticos,

sólo dipolos magnéticos, lo que significa que las líneas de campo

magnético son cerradas, esto es, el número neto de líneas de campo que

entran en una superficie es igual al número de líneas de campo que salen

de la misma superficie. Un claro ejemplo de esta propiedad viene

representado por las líneas de campo de un imán, donde se puede ver que

el mismo número de líneas de campo que salen del polo norte vuelve a

entrar por el polo sur, desde donde vuelven por el interior del imán hasta el

norte.

7

Ilustración de un campo magnético alrededor de un alambre a través del

cual fluye corriente eléctrica.

Como se puede ver en el dibujo, independientemente de que la carga en

movimiento sea positiva o negativa, en el punto A nunca aparece campo

magnético; sin embargo, en los puntos B y C el campo magnético invierte

su dirección dependiendo de si la carga es positiva o negativa. La dirección

del campo magnético viene dado por la regla de la mano derecha, siendo

las pautas las siguientes:

en primer lugar se imagina un vector qv, en la misma dirección de la

trayectoria de la carga en movimiento. La dirección de este vector

depende del signo de la carga, esto es, si la carga es positiva y se

mueve hacia la derecha, el vector +qv estará orientado hacia la

derecha. No obstante, si la carga es negativa y se mueve hacia la

derecha, el vector es -qv va hacia la izquierda;

a continuación, vamos señalando con los cuatro dedos de la mano

derecha (índice, medio, anular y meñique), desde el primer vector qv

hasta el segundo vector Ur, por el camino más corto o, lo que es lo

mismo, el camino que forme el ángulo menor entre los dos vectores. El

pulgar extendido indicará en ese punto la dirección del campo

magnético.

5.4 Energía almacenada en campos magnéticos

La energía es necesaria para generar un campo magnético, para trabajar

contra el campo eléctrico que un campo magnético crea y para cambiar la

magnetización de cualquier material dentro del campo magnético. Para los

materiales no-dispersivos, se libera esta misma energía tanto cuando se

8

destruye el campo magnético para poder modelar esta energía, como

siendo almacenado en el campo magnético.

Para materiales lineales y no dispersivos (tales que   donde μ es

independiente de la frecuencia), la densidad de energía es:

Si no hay materiales magnéticos alrededor, entonces el μ se puede

substituir por μ0. La ecuación antedicha no se puede utilizar para los

materiales no lineales, se utiliza una expresión más general dada abajo.

Generalmente la cantidad incremental de trabajo por el δW del volumen de

unidad necesitado para causar un cambio pequeño del δB del campo

magnético es: δW= H*δB

Una vez que la relación entre H y B se obtenga, esta ecuación se utiliza

para determinar el trabajo necesitado para alcanzar un estado magnético

dado. Para los materiales como los ferromagnéticos y superconductores el

trabajo necesitado también dependerá de cómo se crea el campo

magnético.

6. DETERMINACIÓN DEL CAMPO DE INDUCCIÓN MAGNÉTICA B

El campo magnético para cargas que se mueven a velocidades pequeñas

comparadas con velocidad de la luz, puede representarse por un campo

vectorial. Sea una carga eléctrica de prueba   en un punto P de una región del

espacio moviéndose a una cierta velocidad arbitraria v respecto a un cierto

observador que no detecte campo eléctrico. Si el observador detecta una

deflexión de la trayectoria de la partícula entonces en esa región existe un

campo magnético. El valor o intensidad de dicho campo magnético puede

medirse mediante el llamado vector de inducción magnética B, a veces llamado

simplemente "campo magnético", que estará relacionado con la fuerza F y la

velocidad v medida por dicho observador en el punto P: Si se varía la dirección

de v por P, sin cambiar su magnitud, se encuentra, en general, que la magnitud

de F varía, si bien se conserva perpendicular a v . A partir de la observación de

una pequeña carga eléctrica de prueba puede determinarse la dirección y

módulo de dicho vector del siguiente modo:

La dirección del "campo magnético" se define operacionalmente del

siguiente modo. Para una cierta dirección de v, la fuerza F se anula. Se

define esta dirección como la de B.

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Una vez encontrada esta dirección el módulo del "campo magnético" puede

encontrarse fácilmente ya que es posible orientar a v de tal manera que la

carga de prueba se desplace perpendicularmente a B. Se encuentra,

entonces, que laF es máxima y se define la magnitud de B determinando el

valor de esa fuerza máxima:

En consecuencia: Si una carga de prueba positiva   se dispara con una

velocidad v por un punto P y si obra una fuerza lateral F sobre la carga que se

mueve, hay una inducción magnética B en el punto P siendo B el vector que

satisface la relación:

La magnitud de F, de acuerdo a las reglas del producto vectorial, está dada por

la expresión:

Expresión en la que   es el ángulo entre v y B.

El hecho de que la fuerza magnética sea siempre perpendicular a la dirección

del movimiento implica que el trabajo realizado por la misma sobre la carga, es

cero. En efecto, para un elemento de longitud   de la trayectoria de la

partícula, el trabajo   es   que vale cero por ser   y   

perpendiculares. Así pues, un campo magnético estático no puede cambiar la

energía cinética de una carga en movimiento.

Si una partícula cargada se mueve a través de una región en la que coexisten

un campo eléctrico y uno magnético la fuerza resultante está dada por:

Esta fórmula es conocida como Relación de Lorentz

7. CAMPO MAGNÉTICO EN RELATIVIDAD

7.1 Campo magnético en relatividad:

La teoría de la relatividad especial probó que de la misma manera que

espacio y tiempo no son conceptos absolutos, la parte eléctrica y magnética

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de un campo electromagnético dependen del observador. Eso significa que

dados dos observadores   y   en movimiento relativo un respecto a otro el

campo magnético y eléctrico medido por cada uno de ellos no será el

mismo. En el contexto de la relatividad especial si los dos observadores se

mueven uno respecto a otro con velocidad uniforme v dirigida según el eje

X, las componentes de los campos eléctricos medidas por uno y otro

observador vendrán relacionadas por:

Y para los campos magnéticos se tendrá:

Nótese que en particular un observador en reposo respecto a una carga

eléctrica detectará sólo campo eléctrico, mientras que los observadores que

se mueven respecto a las cargas detectarán una parte eléctrica y

magnética.

7.2 Campo creado por una carga en movimiento:

El campo magnético creado por una carga en movimiento puede probarse

por la relación general:

que es válida tanto en mecánica newtoniana como en mecánica relativista.

Esto lleva a que una carga puntual moviéndose a una

velocidad v proporciona un campo magnético dado por:

Donde el ángulo   es el ángulo formado por los vectores   y  . Si el

campo magnético es creado por una partícula cargada que tiene

aceleración la expresión anterior contiene términos adicionales

(ver potenciales de Liénard-Wiechert).

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8. Unidades y magnitudes típicas

La unidad de B en el SI es el tesla, que equivale a wéber por metro cuadrado

(Wb/m²) o a voltio segundo por metro cuadrado (V s/m²); en unidades básicas

es kg s−2 A−1. Su unidad en sistema de Gauss es el gauss (G); en unidades

básicas es cm−1/2 g1/2 s−1.

La unidad de H en el SI es el amperio por metro (A/m) (a veces llamado

amperivuelta por metro, (Av/m)). Su unidad en el sistema de Gauss es el

oérsted (Oe), que es dimensionalmente igual al Gauss.

La magnitud del campo magnético terrestre en la superficie de la Tierra es de

alrededor de 0.5G. Los imanes permanentes comunes, de hierro, generan

campos de unos pocos cientos de Gauss, esto es a corto alcance la influencia

sobre una brújula es alrededor de mil veces más intensa que la del campo

magnético terrestre; como la intensidad se reduce con el cubo de la distancia, a

distancias relativamente cortas el campo terrestre vuelve a dominar. Los

imanes comerciales más potentes, basados en combinaciones demetales de

transición y tierras raras generan campos hasta diez veces más intensos, de

hasta 3000-4000 G, esto es, 0.3-0.4 T. El límite teórico para imanes

permanentes es alrededor de diez veces más alto, unos 3 Tesla. Los centros

de investigación especializados obtienen de forma rutinaria campos hasta diez

veces más intensos, unos 30T, mediante electroimanes; se puede doblar este

límite mediante campos pulsados, que permiten enfriarse al conductor entre

pulsos. En circunstancias extraordinarias, es posible obtener campos incluso

de 150 T o superiores, mediante explosiones que comprimen las líneas de

campo; naturalmente en estos casos el campo dura sólo unosmicrosegundos.

Por otro lado, los campos generados de forma natural en la superficie de

un púlsar se estiman en el orden de los cientos de millones de Tesla.3

En el mundo microscópico, atendiendo a los valores del momento dipolar de

iones magnéticos típicos y a la ecuación que rige la propagación del campo

generado por un dipolo magnético, se verifica que a un nanómetro de distancia,

el campo magnético generado por un electrón aislado es del orden de 3 G, el

de una molécula imán típica, del orden de 30 G y el de un ion magnético típico

puede tener un valor intermedio, de 5 a 15 G. A un Angstrom, que es un valor

corriente para un radio atómico y por tanto el valor mínimo para el que puede

tener sentido referirse al momento magnético de un ion, los valores son mil

veces más elevados, esto es, del orden de magnitud del Tesla.

12

CAPÍTULO II

RADIOACTIVIDAD

1. DEFINICIÓN

La radiactividad o radioactividad1 es un fenómeno físico por el cual

los núcleos de algunos elementos químicos, llamados radiactivos,

emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas

radiográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar cuerpos

opacos a la luz ordinaria, entre otros. Debido a esa capacidad, se les

suele denominar radiaciones ionizantes (en contraste con las no

ionizantes). Las radiaciones emitidas pueden ser electromagnéticas, en

forma de rayos X o rayos gamma, o bien corpusculares, como pueden

ser núcleos de helio, positrones, protones u otras. En resumen, es un

fenómeno que ocurre en los núcleos de ciertos elementos, inestables,

que son capaces de transformarse, o decaer, espontáneamente, en

núcleos atómicos de otros elementos más estables.

La radiactividad ioniza el medio que atraviesa. Una excepción la

constituye el neutrón, que posee carga neutra (igual carga positiva

como negativa), pero ioniza la materia en forma indirecta. En las

desintegraciones radiactivas se tienen varios tipos de

radiación: alfa, beta, gamma y neutrones libres.

La radiactividad es una propiedad de los isótopos que son "inestables",

es decir, que se mantienen en un estado excitado en sus capas

electrónicas o nucleares, con lo que, para alcanzar su estado

fundamental, deben perder energía. Lo hacen en emisiones

electromagnéticas o en emisiones de partículas con una

determinada energía cinética. Esto se produce variando la energía de

sus electrones (emitiendo rayos X) o de sus nucleones (rayo gamma) o

variando el isótopo (al emitir desde el núcleo electrones, positrones,

neutrones, protones o partículas más pesadas), y en varios pasos

sucesivos, con lo que un isótopo pesado puede terminar convirtiéndose

en uno mucho más ligero, como el uranio que, con el transcurrir de los

siglos, acaba convirtiéndose en plomo.

La radiactividad se aprovecha para la obtención de energía nuclear, se

usa en medicina (radioterapia y radiodiagnóstico) y en aplicaciones

industriales (medidas de espesores y densidades, entre otras).

La radiactividad puede ser:

Natural: manifestada por los isótopos que se encuentran en la

naturaleza.

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Artificial o inducida: manifestada por los radioisótopos producidos

en transformaciones artificiales.

8. RADIACTIVIDAD NATURAL

En 1896 Henri Becquerel descubrió que ciertas sales de uranio emiten

radiaciones espontáneamente, al observar que velaban las placas

fotográficas envueltas en papel negro. Hizo ensayos con el mineral en

caliente, en frío, pulverizado, disuelto en ácidos y la intensidad de la

misteriosa radiación era siempre la misma. Por tanto, esta nueva

propiedad de la materia, que recibió el nombre de radiactividad, no

dependía de la forma física o química en la que se encontraban los

átomos del cuerpo radiactivo, sino que era una propiedad que radicaba

en el interior mismo del átomo.

El estudio del nuevo fenómeno y su desarrollo posterior se debe casi

exclusivamente al matrimonio de Marie y Pierre Curie, quienes

encontraron otras sustancias radiactivas: eltorio, el polonio y el radio. La

intensidad de la radiación emitida era proporcional a la cantidad

de uranio presente, por lo que Marie Curie dedujo que la radiactividad

es una propiedad atómica. El fenómeno de la radiactividad se origina

exclusivamente en el núcleo de los átomos radiactivos. Se cree que se

origina debido a la interacción neutrón-protón. Al estudiar la radiación

emitida por el radio, se comprobó que era compleja, pues al aplicarle un

campo magnético parte de ella se desviaba de su trayectoria y otra

parte no.

Pronto se vio que todas estas reacciones provienen del núcleo

atómico que describió Ernest Rutherford en 1911, quien también

demostró que las radiaciones emitidas por las sales de uranio pueden

ionizar el aire y producir la descarga de cuerpos cargados

eléctricamente.

Con el uso del neutrón, partícula teorizada en 1920 por Ernest

Rutherford, se consiguió describir la radiación beta.

En 1932, James Chadwick descubrió la existencia del neutrón que

Rutherford había predicho en 1920, e inmediatamente después Enrico

Fermi descubrió que ciertas radiaciones emitidas en fenómenos no muy

comunes de desintegración son en realidad neutrones.

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9. RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad artificial, también llamada radiactividad inducida, se

produce cuando se bombardean ciertos núcleos estables con partículas

apropiadas. Si la energía de estas partículas tiene un valor adecuado,

penetran el núcleo bombardeado y forman un nuevo núcleo que, en

caso de ser inestable, se desintegra después radiactivamente. Fue

descubierta por la pareja Jean Frédéric Joliot-Curie eIrène Joliot-Curie,

bombardeando núcleos de boro y de aluminio con partículas alfa.

Observaron que las sustancias bombardeadas emitían radiaciones

(neutrones libres) después de retirar el cuerpo radiactivo emisor de las

partículas de bombardeo. El plomo es la sustancia que mayor fuerza de

impetración posee por parte de los rayos x y gamma.

En 1934 Fermi se encontraba en un experimento bombardeando

núcleos de uranio con los neutrones recién descubiertos. En 1938, en

Alemania, Lise Meitner, Otto Hahn y Fritz Strassmann verificaron los

experimentos de Fermi. En 1939 demostraron que una parte de los

productos que aparecían al llevar a cabo estos experimentos era bario.

Muy pronto confirmaron que era resultado de la división de los núcleos

de uranio: la primera observación experimental de la fisión.

En Francia, Jean Frédéric Joliot-Curie descubrió que, además del bario,

se emiten neutrones secundarios en esa reacción, lo que hace factible

la reacción en cadena.

También en 1932, Mark Lawrence Elwin Oliphant2 teorizó sobre

la fusión de núcleos ligeros (de hidrógeno), y poco después Hans Bethe

describió el funcionamiento de las estrellas con base en este

mecanismo.

El estudio de la radiactividad permitió un mayor conocimiento de la

estructura del núcleo atómico y de las partículas subatómicas. Se abrió

la posibilidad de convertir unos elementos en otros. Incluso se hizo

realidad el ancestral sueño de los alquimistas de crear oro a partir de

otros elementos, como por ejemplo átomos de mercurio, aunque en

términos prácticos el proceso de convertir mercurio en oro no resulta

rentable debido a que el proceso requiere demasiada energía.

El 15 de marzo de 1994, la Agencia Internacional de la Energía

Atómica (AIEA) dio a conocer un nuevo símbolo de advertencia de

radiactividad con validez internacional. La imagen fue probada en 11

países.

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10. CLASES Y COMPONENTES DE LA RADIACIÓN

Se comprobó que la radiación puede ser de tres clases diferentes,

conocidas como partículas, desintegraciones y radiación:

a) Partícula alfa: Son flujos de partículas cargadas positivamente

compuestas por dos neutrones y dos protones (núcleos de helio).

Son desviadas por campos eléctricos y magnéticos. Son poco

penetrantes, aunque muy ionizantes. Son muy energéticas. Fueron

descubiertas por Rutherford, quien hizo pasar partículas alfa a

través de un fino cristal y las atrapó en un tubo de descarga. Este

tipo de radiación la emiten núcleos de elementos pesados situados

al final de la tabla periódica (A >100). Estos núcleos tienen muchos

protones y la repulsión eléctrica es muy fuerte, por lo que tienden a

obtener N aproximadamente igual a Z, y para ello se emite una

partícula alfa. En el proceso se desprende mucha energía, que se

convierte en la energía cinética de la partícula alfa, por lo que estas

partículas salen con velocidades muy altas.

b) Desintegración beta: Son flujos de electrones (beta negativas)

o positrones (beta positivas) resultantes de la desintegración de los

neutrones o protones del núcleo cuando éste se encuentra en un

estado excitado. Es desviada por campos magnéticos. Es más

penetrante, aunque su poder de ionización no es tan elevado como

el de las partículas alfa. Por lo tanto, cuando un átomo expulsa una

partícula beta, su número atómico aumenta o disminuye una unidad

(debido al protón ganado o perdido). Existen tres tipos de radiación

beta: la radiación beta-, que consiste en la emisión espontánea de

electrones por parte de los núcleos; la radiación beta+, en la que un

protón del núcleo se desintegra y da lugar a un neutrón, a un

positrón o partícula Beta+ y un neutrino, y por último la captura

electrónica que se da en núcleos con exceso de protones, en la cual

el núcleo captura un electrón de la corteza electrónica, que se unirá

a un protón del núcleo para dar un neutrón.

c) Radiación gamma: Se trata de ondas electromagnéticas. Es el tipo

más penetrante de radiación. Al ser ondas electromagnéticas de

longitud de onda corta, tienen mayor penetración y se necesitan

capas muy gruesas de plomou hormigón para detenerlas. En este

tipo de radiación el núcleo no pierde su identidad, sino que se

desprende de la energía que le sobra para pasar a otro estado de

energía más baja emitiendo los rayos gamma, o sea fotones muy

energéticos. Este tipo de emisión acompaña a las radiaciones alfa y

beta. Por ser tan

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penetrante y tan energética, éste es el tipo más peligroso de

radiación.

Las leyes de desintegración radiactiva, descritas por Frederick

Soddy y Kasimir Fajans, son:

Cuando un átomo radiactivo emite una partícula alfa, la masa del

átomo (A) resultante disminuye en 4 unidades y el número

atómico (Z) en 2.

Cuando un átomo radiactivo emite una partícula beta, el número

atómico (Z) aumenta o disminuye en una unidad y la masa

atómica (A) se mantiene constante.

Cuando un núcleo excitado emite radiación gamma, no varía ni

su masa ni su número atómico: sólo pierde una cantidad de

energía hν (donde "h" es la constante de Planck y "ν" es la

frecuencia de la radiación emitida).

Las dos primeras leyes indican que, cuando un átomo emite una

radiación alfa o beta, se transforma en otro átomo de un

elemento diferente. Este nuevo elemento puede ser radiactivo y

transformarse en otro, y así sucesivamente, con lo que se

generan las llamadas series radiactivas.

10.1 CAUSA DE LA RADIACTIVIDAD

En general son radiactivas las sustancias que no presentan un balance

correcto entre protones o neutrones, tal como muestra el gráfico que

encabeza este artículo. Cuando el número de neutrones es excesivo o

demasiado pequeño respecto al número de protones, se hace más

difícil que la fuerza nuclear fuerte debido al efecto del intercambio

depiones pueda mantenerlos unidos. Eventualmente, el desequilibrio se

corrige mediante la liberación del exceso de neutrones o protones, en

forma de partículas α que son realmente núcleos de helio, y partículas

β, que pueden ser electrones o positrones. Estas emisiones llevan a

dos tipos de radiactividad, ya mencionados:

Radiación α, que aligera los núcleos atómicos en 4 unidades

másicas, y cambia el número atómico en dos unidades.

Radiación β, que no cambia la masa del núcleo, ya que implica la

conversión de un protón en un neutrón o viceversa, y cambia el

número atómico en una sola unidad (positiva o negativa, según si la

partícula emitida es un electrón o un positrón).

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La radiación γ, por su parte, se debe a que el núcleo pasa de un estado

excitado de mayor energía a otro de menor energía, que puede seguir

siendo inestable y dar lugar a la emisión de más radiación de tipo α, β o

γ. La radiación γ es, por tanto, un tipo de radiación

electromagnética muy penetrante, ya que tiene una alta energía por

fotón emitido.

PERÍODO DE SEMIDESINTEGRACIÓN RADIACTIVA

La desintegración radiactiva se comporta en función de la ley de

decaimiento exponencial:

donde:

 es el número de radionúclidos existentes en un instante

de tiempo  .

 es el número de radionúclidos existentes en el instante

inicial  .

, llamada constante de desintegración radiactiva, es la

probabilidad de desintegración por unidad de tiempo. A partir de

la definición de actividad (ver Velocidad de desintegración), es

evidente que la constante de desintegración es el cociente entre

el número de desintegraciones por segundo y el número de

átomos radiactivos ( ).

Se llama tiempo de vida o tiempo de vida media de

un radioisótopo el tiempo promedio de vida de un átomo

radiactivo antes de desintegrarse. Es igual a la inversa de la

constante de desintegración radiactiva ( ).

Al tiempo que transcurre hasta que la cantidad de núcleos

radiactivos de un isótopo radiactivo se reduzca a la mitad de

la cantidad inicial se le conoce como periodo de

semidesintegración, período, semiperiodo, semivida o vida

media (no confundir con el ya mencionado tiempo de vida) (

). Al final de cada período, la

radiactividad se reduce a la mitad de la radiactividad inicial.

Cada radioisótopo tiene un semiperiodo característico, en

general diferente del de otros isótopos.

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Ejemplos:

Isótopo Periodo Emisión

Uranio-238 4510 millones de años Alfa

Carbono-

145730 años Beta

Cobalto-60 5,271 años Gamma

Radón-222 3,82 días Alfa

10.2 VELOCIDAD DE DESINTEGRACIÓN

La velocidad de desintegración o actividad radiactiva se mide en Bq, en

el SI. Un becquerel vale 1 desintegración por segundo. También existen

otras unidades: el rutherford, que equivale a 106 desintegraciones por

segundo, o el curio, Ci, que equivale idénticamente a

3,7·1010 desintegraciones por segundo (unidad basada en la actividad

de 1 g de226Ra que es cercana a esa cantidad). Empíricamente se ha

determinado que la velocidad de desintegración es la tasa de variación

del número de núcleos radiactivos por unidad de tiempo:

Dada la ley de desintegración radiactiva que sigue   (ver Periodo

de semidesintegración), es evidente que:

,

donde:

 es la actividad radiactiva en el instante  .

 es la actividad radiactiva inicial (cuando  ).

 es la base de los logaritmos neperianos.

es el tiempo transcurrido.

19

 es la constante de desintegración radiactiva propia de cada

radioisótopo.

La actividad también puede expresarse en términos

del número de núcleos a partir de su propia

definición. En efecto:

11. CONTADOR GEIGER

Un contador Geiger es un instrumento que permite medir la

radiactividad de un objeto o lugar. Cuando una partícula radiactiva se

introduce en un contador Geiger, produce un breve impulso de corriente

eléctrica. La radiactividad de una muestra se calcula por el número de

estos impulsos. Está formado, normalmente, por un tubo con un fino hilo

metálico a lo largo de su centro. El espacio entre ellos está aislado y

relleno de un gas, y con el hilo a unos 1000 voltios relativos con el tubo.

Un ion o electrón penetra en el tubo (o se desprende un electrón de la

pared por los rayos X o gamma) desprende electrones de los átomos

del gas y que, debido al voltaje positivo del hilo central, son atraídos

hacia el hilo. Al hacer esto ganan energía, colisionan con los átomos y

liberan más electrones, hasta que el proceso se convierte en un alud

que produce un pulso de corriente detectable. Relleno de un gas

adecuado, el flujo de electricidad se para por sí mismo o incluso el

circuito eléctrico puede ayudar a pararlo. Al instrumento se le llama un

"contador" debido a que cada partícula que pasa por él produce un

pulso idéntico, permitiendo contar las partículas (normalmente de forma

electrónica) pero sin decirnos nada sobre su identidad o su energía

(excepto que deberán tener energía suficiente para penetrar las paredes

del contador). Los contadores de Van Allen estaban hechos de un metal

fino con conexiones aisladas en sus extremos.

12. RIESGOS PARA LA SALUD

El riesgo para la salud no sólo depende de la intensidad de la radiación

y de la duración de la exposición, sino también del tipo

de tejido afectado y de su capacidad de absorción. Por ejemplo, los

órganos reproductores son 50 veces más sensibles que la piel.

20

1.5. Consecuencias para la salud de la exposición a las radiaciones

ionizantes

Los efectos de la radiactividad sobre la salud son complejos.

Dependen de la dosis absorbida por el organismo. Como no todas

las radiaciones tienen la misma nocividad, se multiplica cada

radiación absorbida por un coeficiente de ponderación para tener en

cuenta las diferencias. Esto se llama dosis equivalente, que se mide

en sieverts (Sv), ya que el becquerel, para medir la peligrosidad de

un elemento, erróneamente considera idénticos los tres tipos de

radiaciones (alfa, beta y gamma). Una radiación alfa o beta es

relativamente poco peligrosa fuera del cuerpo. En cambio, es

extremadamente peligrosa cuando se inhala. Por otro lado, las

radiaciones gamma son siempre dañinas, puesto que se neutralizan

con dificultad.

1.6. Dosis aceptable de irradiación

Hasta cierto punto, las radiaciones naturales (emitidas por el medio

ambiente) son inofensivas. El promedio de tasa de dosis

equivalente medida a nivel del mar es de 0,00012 mSv/h (0,012

mrem/h).

La dosis efectiva (suma de las dosis recibida desde el exterior del

cuerpo y desde su interior) que se considera que empieza a producir

efectos en el organismo de forma detectable es de 100 mSv (10 rem)

en un periodo de 1 año.3

Los métodos de reducción de la dosis son: 1) reducción del tiempo

de exposición, 2) aumento del blindaje y 3) aumento de la distancia a

la fuente radiante.

A modo de ejemplo, se muestran las tasas de dosis en la actualidad

utilizadas en una central nuclear para establecer los límites de

permanencia en cada zona, el personal que puede acceder a ellas y

su señalización:

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Zona Dosis

Zona gris o azul de 0,0025 a 0,0075 mSv/h

Zona verde de 0,0075 a 0,025 mSv/h

Zona amarilla de 0,025 a 1 mSv/h

Zona naranja de 1 a 100 mSv/h

Zona roja > 100 mSv/h

1.7. Dosis efectiva permitida

La dosis efectiva es la suma ponderada de dosis equivalentes en los

tejidos y órganos del cuerpo procedentes de irradiaciones internas y

externas. En la Unión Europea, la Directiva 96/29/EURATOM limita la

dosis efectiva para trabajadores expuestos a 100 mSv durante un

período de cinco años consecutivos, con una dosis efectiva máxima

de 50 mSv en cualquier año, y existen otros límites concretos de

dosis equivalentes en determinadas zonas del cuerpo, como

el cristalino, la piel o las extremidades, además de límites concretos

para mujeres embarazadas o lactantes. Para la población general, el

límite de dosis efectiva es de 1 mSv por año, aunque en

circunstancias especiales puede permitirse un valor de dosis efectiva

más elevado en un único año, siempre que no se sobrepasen 5 mSv

en cinco años consecutivos.4

En el caso de intervenciones (emergencias radiológicas), sin

embargo, estos límites no son aplicables. En su lugar se recomienda

que, cuando puedan planificarse las acciones, se utilicen niveles de

referencia. En estos casos, las actuaciones comienzan cuando la

dosis al público puede superar los 10 mSv en dos días (permanencia

en edificios). En cuanto a los trabajadores, se intentará que la dosis

que reciban sea siempre inferior al límite anual, salvo en medidas

urgentes (rescate de personas, situaciones que evitarían una dosis

elevada a un gran número de personas, impedir situaciones

catastróficas). En estos casos se intentará que no se supere el doble

del límite de dosis en un solo año (100 mSv), excepto cuando se

trate

22

de salvar vidas, donde se pondrá empeño en mantener las dosis por

debajo de 10 veces ese límite (500 mSv). Los trabajadores que

participen en acciones que puedan alcanzar este nivel de 500 mSv

deberán ser informados oportunamente y deberán ser voluntarios.5

La dosis efectiva es una dosis acumulada. La exposición continua a

las radiaciones ionizantes se considera a lo largo de un año, y tiene

en cuenta factores de ponderación que dependen del órgano

irradiado y del tipo de radiación de que se trate.

La dosis efectiva permitida para alguien que trabaje con radiaciones

ionizantes (por ejemplo, en una central nuclear o en un centro

médico) es de 100 mSv en un periodo de 5 años, y no se podrán

superar en ningún caso los 50 mSv en un mismo año. Para las

personas que no trabajan con radiaciones ionizantes, este límite se

fija en 1 mSv al año. Estos valores se establecen por encima del

fondo natural (que en promedio es de 2,4 mSv al año en el mundo).

Las diferencias en los límites establecidos entre trabajadores y otras

personas se deben a que los trabajadores reciben un beneficio

directo por la existencia de la industria en la que trabajan, y por tanto,

asumen un mayor riesgo que las personas que no reciben un

beneficio directo.

Por ese motivo, para los estudiantes se fijan límites algo superiores a

los de las personas que no trabajan con radiaciones ionizantes, pero

algo inferiores a los de las personas que trabajan con radiaciones

ionizantes. Para ellos se fija un límite de 6 mSv en un año.

Además, esos límites se establecen en función de ciertas hipótesis,

como es la del comportamiento lineal sin umbral de los efectos de las

radiaciones ionizantes sobre la salud (el modelo LNT). A partir de

este modelo, basado en medidas experimentales (de grandes grupos

de personas expuestas a las radiaciones, como los supervivientes

deHiroshima y Nagasaki) de aparición de cáncer, se establecen

límites de riesgo considerado aceptable, consensuados con

organismos internacionales tales como laOrganización Internacional

del Trabajo (OIT), y a partir de esos límites se calcula la dosis

efectiva resultante.

1.8. Ley de la radiosensibilidad

La ley de la radiosensibilidad (también conocida como ley de

Bergonié y Tribondeau, postulada en 1906) dice que los tejidos y

órganos más sensibles a las radiaciones son los menos

diferenciados y los que exhiben alta actividad reproductiva.

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Como ejemplo, tenemos:

a) Tejidos altamente radiosensibles: epitelio intestinal, órganos

reproductivos (ovarios, testículos), médula ósea, glándula

tiroides.

b) Tejidos medianamente radiosensibles: tejido conectivo.

c) Tejidos poco radiosensibles: neuronas, hueso.

13. EJEMPLOS DE ISÓTOPOS RADIACTIVOS

Isótopos naturales

Uranio 235U y 238U

Torio 234Th y 232Th

Radio 226Ra y 228Ra

Carbono 14C

Tritio 3H

Radón 222Rn

Potasio 40K

Polonio 210Po

Isótopos artificiales

Plutonio 239Pu y 241Pu

Curio 242Cm y 244Cm

Americio 241Am

Cesio 134Cs, 135Cs y 137Cs

Yodo 129I, 131I y 133I

Antimonio 125Sb

Rutenio 106Ru

Estroncio 90Sr

Criptón 85Kr y 89Kr

Selenio 75Se

Cobalto 60Co

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COCLUSIONES

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BIBLIOGRAFÍA

http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/magnet/ campomag.html

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/magnetic/magfie.html

http://www.monografias.com/trabajos95/informe-de-radioactividad/informe-de- radioactividad.shtml

http://energia-nuclear.net/definiciones/radioactividad.html

http://dieumsnh.qfb.umich.mx/moderna/radioactividad.htm

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