Fisica General Burbano

734 EL NÚCLEO ATÓMICO
cambia ni el número másico ni el atómico, solamente cede energía electromagnética
como consecuencia de ajustes energéticos. Para que se produzca, el núcleo ha de
estar inicialmente excitado, lo que suele ocurrir tras una desintegración a o b. La
medida de la energía de los fotones y emitidos por los núcleos es uno de los métodos
más importantes para el estudio de la naturaleza de las fuerzas nucleares.
Dentro de la radiación b se incluye el proceso de captura electrónica, que se
produce cuando un electrón de la corteza es atrapado por el núcleo, y que se da sobre
todo en átomos pesados, en los que la capa electrónica K está muy próxima al
núcleo. Se conoce también como captura K. Tras una captura electrónica el número
atómico disminuye en una unidad sin variar el número másico (Fig. XXX-13). El
hueco dejado por el electrón capturado es ocupado por otro electrón exterior, que
al pasar a la capa K emite un fotón X del espectro característico del átomo.
Fig. XXX-14.– La partícula a es emitida con una
energía E (< U B
) tras atravesar la barrera de potencial
por efecto túnel.
XXX – 13. Desintegración alfa
Es la emisión de partículas a por un núcleo. El proceso se puede representar de
la forma (Fig. XXX-12):
Fig. XXX-15.– En una desintegración a, estas partículas
se emiten con un espectro discreto de energías.
Si el núcleo hijo queda excitado, puede pasar al estado
fundamental por emisión de fotones g.
Fig. XXX-16.– La desintegración
beta negativa (Z′ =Z + 1, N′ =N – 1)
y las beta positiva y captura electrónica
(Z′ =Z – 1, N′ =N + 1) son formas
de transmutación de núcleos
próximos a la zona de estabilidad.
Un ejemplo es la desintegración del U-238:
238
92
A
Z
234
90
A − 4
Z − 2
X → Y + He
Los núcleos pesados al desintegrarse emiten siempre partículas a y nunca otras partículas,
como podrían ser protones o núcleos de berilio. La razón de esto radica en la gran energía de ligaduras
de las partículas a, no en vano tienen un número mágico de protones y de neutrones (son
doblemente mágicas). La relación que deben verificar las energías de enlace de los núcleos que intervienen
en este tipo de desintegración, se puede expresar de la forma:
E B
(Z, N) ≤ E B
(Z – 2, N – 2) + E B
(a)
y de derecho, todas las desintegraciones a que cumplen esta relación se dan realmente.
El que un núcleo emita una partícula a no significa que ésta exista permanentemente en su interior;
las interacciones de los nucleones hacen que, esporádicamente, dos protones y dos neutrones
se agrupen durante un corto tiempo, y si tal agrupamiento se verifica en la superficie del núcleo,
entonces existe la posibilidad de que salga de el como partícula independiente.
Para que esto se produzca, la partícula a ha de vencer una barrera de potencial
como la de la figura XXX-14, que en núcleos emisores a es de aproximadamente
30 MeV; sin embargo, los valores experimentales de la energía que poseen las
partículas emitidas están entre 4 y 7 MeV. Con esta energía la partícula debería
permanecer indefinidamente en el interior del núcleo.
Esta contradicción fue aclarada en 1928 por Gamow gracias a la mecánica
cuántica: la partícula a tiene una cierta probabilidad de atravesar la barrera por
efecto túnel (Párrafo XXVII-41).
Una prueba de la existencia de niveles energéticos en el núcleo es el hecho de
que el espectro de energías de la radiación a es discreto; un núclido determinado
emite siempre partículas con una serie de valores de energía determinados, y nunca
con los intermedios. Por ejemplo, el Ra–226 puede emitir, desde su estado fundamental,
con energías de 5,784, 5,597 ó 5,334 MeV, lo que significa que el
Rn–222 tiene al menos tres niveles discretos de energía: el fundamental y dos exci-
4
2
4
2
U → Th + a ( a ≡ He)
tados, con energías de 5,784 – 5,597 = 0,187 MeV y de 5,784 – 5,334 = 0,450 MeV por encima
del fundamental. Si en una emisión a del radio, el núcleo de radón, queda en estado excitado, éste
emitirá a continuación un fotón g pasando así a su estado fundamental (Fig. XXX-15).
Las medidas experimentales de las energías de la partícula a y del fotón emitidos concuerdan
con las esperadas a partir de las energías de enlace de los núcleos padre e hijo.
XXX – 14. Desintegración beta. El neutrino
Se entiende por desintegración nuclear beta aquella la en que el número másico permanece
constante y el número atómico cambia en una unidad.
En la desintegración beta negativa se emite un electrón, pudiendo representarse el proceso en
la forma:
por ejemplo:
14
6
14
7
A
Z
0
≡ − 1
C → N+ b ( b e)
A 0
Z + 1 −1
X → Y + e
La razón N/Z disminuye, es por tanto la forma de ganar estabilidad que tienen los núcleos situados
inmediatamente por encima de la zona de estabilidad del diagrama de Segrè (Fig. XXX-16).
En la desintegración beta positiva (b + ) la partícula emitida es un positrón:
(1)
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