Fonaments de radiació

1999/11/01 Plazaola, Fernando Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Ingurumena
• Energia

El nucli de l'àtom està format per neutrons i protons carregats positivament. La seva estabilitat depèn del nombre de protons i neutrons, i de la divisió entre ells. Un element químic pot contenir diversos isòtops, amb diferents quantitats i divisions, com per exemple urani 235 i 238 (tots dos tenen el mateix nombre de protons, 92, ja que el nombre de protons defineix l'element químic, però el primer té 143 neutrons i el segon 146, i s'escriuen com: 23592U primer i 23892U segon. Els isòtops inestables es desintegren mitjançant l'emissió de partícules alfa, beta o raigs gamma.

1. Partícules alfa heli
   
   són els nuclis del tomàquet. La seva càrrega és +2 (dos protons) i la seva massa es mou amb una gran energia (dos protons més 2 neutrons). Estant en l'aire circularan una distància mitjana de 4,5 cm. i només uns micròmetres en el cos, però això sí, ionitzen tot el que troben en el camí. Les partícules alfa no travessaran el paper normal o la pell del cos, per la qual cosa no són perilloses si estan fora del cos, però són molt perilloses per a causar càncer si entren dins del cos pel nas o la boca.
2. les partícules beta són electrons, tenen una càrrega de -1 (un electró) i una massa molt petita. Les partícules beta poden recórrer uns metres en l'aire o uns centímetres en el nostre cos. No poden travessar el cristall de la finestra o escapar de la cuba d'acer. Aquests també són perillosos si entren dins del cos, ja que poden ionitzar qualsevol cosa que chocen, però no són tan perilloses com les partícules alfa.
3. els raigs gamma tenen una massa 0 i una càrrega 0, però grans energies. Igual que els raigs X d'alta energia, per a protegir-los d'ells es necessiten grans cobertes, és a dir, formigó, plom o aigua.

En els residus d'alta activitat la radiació de raigs gamma és molt alta. Però només un petit grup de residus transurànics emet una radiació beta o gamma evident; ells són els alfa-emissors.

La desintegració de les mostres radioactives és estadística i és impossible predir quan un àtom concret es desintegra. El que podem predir és el temps que ha de transcórrer en una mostra radioactiva d'àtoms inestables del mateix tipus per a desintegrar la meitat d'aquests àtoms inestables. Aquest interval de temps es denomina semivesidad (T1/2).

- L'activitat (A) representa la velocitat de desintegració (nombre de desintegracions ocorregudes en un segon) i és proporcional al nombre de nuclis inestables. L'activitat va disminuint exponencialment al llarg del temps segons la següent llei: A = A0e-lt, on l és proporcional al revés de la semi-vida (A = activitat en l'instant t, A0 activitat en l'instant inicial). Com més llarga sigui la vida mitjana, l'activitat d'aquest nucli radioactiu anirà disminuint més lentament. Plutoni 239, un emissor d'alfa molt estès entre els residus, té una vida mitjana de 24.000 anys i el temps necessari perquè l'activitat es redueixi a la meitat. Si la vida mitjana és molt curta, l'activitat d'aquest nucli es reduirà ràpidament.

- Unitats:

1 Bq (becquerel) = 1 desintegració/s

1 Ci (curie) = 3,7 x 1010 Bq

- Reacció de fissió: divisió d'un nucli per atrapament d'un neutró, per exemple

23592U + 10n > 13552Te + 9740Zr + 4 en 10

235La reacció anterior indica que en atrapar un neutró (10n) l'urani pot dividir-se en dues fraccions, una de 135 La del tel·luri i una altra la del 97Zirconio, en la qual s'alliberen altres 4 neutrons. Normalment aquests neutrons es perdran sense causar cap efecte, però si la quantitat (massa) del 235 Urani és evident, pot ocórrer que un dels neutrons alliberats sigui atrapat i es produeixi un altre fissió, continuant la reacció de fissió. La massa mínima de nucli fisionable necessària per a mantenir en continu la reacció de fissió es denomina massa crítica. Si la quantitat de massa és menor, la reacció és sub-crítica i la velocitat de les reaccions de fissió disminueix; si la quantitat de massa és major que la crítica, la reacció és supercrítica i el nombre de reaccions de fissió augmenta (alliberant molta energia). Per això, els residus fisionables que es dipositin en les cubes han d'estar en quantitats sub-crítiques.