La radiactividad I

¿Por qué el material radiactivo es peligroso?

   ¡Curiosidad! 

El hombre es un animal que busca explicaciones a todo y nuestra evolución a lo largo de la historia se ha consolidado gracias a esta característica.

   Ya en la antigua Grecia se trató de explicar la materia que nos rodea a través de muchas teorías revolucionarias entonces, y que ahora despiertan nuestras sonrisas. Leucipo de Mileto (Siglo V a.C.) propuso una de ellas, que originó la llamada Escuela Atomista. 

   Esta escuela postulaba que el universo estaba formado por combinaciones de pequeñas partículas indivisibles denominadas átomos.

John Dalton 1776-1844

   Con el desarrollo de la química en los siglos XVIII y XIX el hombre intentó explicar desde un punto de vista racional todo lo que nos rodea. John Dalton hizo resurgir la idea de las partículas indivisibles o átomos a través de su modelo atómico, y que todo lo que nos rodea esta formado por una combinación de éstas partículas.

   Y es que a veces me sorprende que todo lo que nos rodea está formado por poco mas de 100 tipos de piezas diferentes, los elementos químicos.

Evolución de los modelos atómicos

   Pero si queremos entender el comportamiento del material radiactivo, no podiamos quedarnos en el modelo de "canicas de diferente tamaño" en el que se quedaba el modelo atómico de Dalton, ya que dicho modelo no llega a explicar el por qué de la radiactividad.

   El siglo XX, con el auge de la física nuclear, empezó a dar razonamientos que ya podían explicar los fenómenos radiactivos de manera científica. La razón se imponía, y la radiactividad no se dejó al caprichoso comportamiento de los átomos.

   Fue entonces cuando se mejoraron los modelos atómicos evolucionando en muy poco tiempo desde el modelo de Thomson (1904) al modelo de Schrödinger (1926). En ese proceso se postularon los componentes básicos que todos conocemos: protones, neutrones y electrones. Eso es, todos los elementos eran mezcla de estas tres partículas subatómicas.

   La física de partículas actual postula que estas tres partículas están formadas a su vez por otros componentes mas pequeños, los quarks, pero no nos vamos a entretener con ellos. Para tener una idea de cómo se produce la radiactividad, nos bastará con quedarnos con  las tres partículas subatómicas.

   Cuando estudiamos los diferentes átomos, observamos que los protones (con carga electromagnética positiva) y neutrones (sin carga electromagnética), denominados nucleones, se establecen cómodamente en el centro, denominado núcleo, y los electrones (con carga electromagnética negativa), algo díscolos, tienden a moverse a su alrededor en órbitas, no de manera aleatoria, sino en determinados niveles energéticos que son, pese a todo, bastante predecibles.

   Todos los átomos tienen características comunes en función de esos niveles energéticos. Si se ordenan en la llamada Tabla Periódica en función de su número de protones se observan agrupaciones que tienen características físicas y químicas similares.

Tabla periódica de los elementos

Pensando en las cargas electromagnéticas como si fueran imanes, sabemos que las cargas del mismo signo (mismo polo) se repelen, y las de signo contrario se atraen.  

   Sin embargo, en un elemento específico, todos los protones se encuentran en el núcleo, ¿Por qué? ¿Qué los hace juntarse en el núcleo, en un espacio muy pequeño? No entraremos en una explicación detallada, pero baste decir que es debido a una fuerza atractiva de corto alcance denominada interacción nuclear fuerte.

   Esta interacción se denomina de corto alcance, y se produce tan solo a distancias muy cercanas (a diferencia de la interacción electromagnética que se produce a cualquier distancia). Una característica de esta interacción es que para distancias inferiores al diámetro de un proton, se vuelve repulsiva. Esto impide que exista un aplastamiento de los protones y neutrones en un punto. Por otro lado, la interacción nuclear fuerte es tanto mas importante cuantas más partículas estén involucradas.

Gráfica de estabilidad nuclear

   Por lo tanto existe una lucha de fuerzas en el interior de un núcleo entre la repulsión electromagnética de los protones entre si que intenta separarlos entre sí, y las fuerzas de interacción fuerte que los mantiene unidos.

   Entonces ¿para que sirven los neutrones que también hay en el núcleo?  Un neutrón es una partícula que no es estable cuando se encuentra aislada (su vida no es mayor de 1000 segundos en promedio), pero se vuelve estable y sirve de "pegamento" dentro del núcleo, al proporcionar estabilidad en esa lucha de fuerzas.


Se puede observar que elementos con un número atómico pequeño, necesitan aproximadamente un número de neutrones similar al de portones para ser estable. Sin embargo, a medida que el número atómico aumenta, la estabilidad se consigue aportando mas neutrones, con relaciones que pueden llegar hasta 1.56 neutrones por cada proton que exista en el núcleo. Esto es debido a que la fuerza electromagnética tan solo se puede compensar aumentando el número de partículas del núcleo, y por lo tanto la atracción derivada de la interacción nuclear fuerte para obtener la estabilidad.

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