Pregrado
  1. Mecánica clásica  1.1. dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. projectile motion  1.1.4. Velocidad relativa  1.1.5. Movimiento circular uniforme  1.1.6. Movimiento circular no uniforme  1.1.7. Sistemas de referencia y transformaciones  1.2. Newton's Laws of Motion  1.2.1. Primera ley del movimiento  1.2.2. Segunda ley del movimiento  1.2.3. Tercera Ley del Movimiento  1.2.4. Aplicaciones de las leyes de Newton  1.2.5. Fricción y sus tipos  1.2.6. Diagrama de Cuerpo Libre  1.2.7. Restricciones y pseudo-fuerzas  1.3. Trabajo y energía  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial en la mecánica clásica  1.3.5. Fuerzas conservativas y no conservativas  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.4. Velocidad y colisiones  1.4.1. Momento lineal  1.4.2. Conservación del momento  1.4.3. Impulso y fuerza de impacto  1.4.4. Colisión elástica e inelástica  1.4.5. Centro de masa y velocidad  1.4.6. Propulsión de Cohetes  1.5. Movimiento rotacional  1.5.1. Torque y Momento Angular  1.5.2. Momento de inercia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energía Rotacional  1.5.5. Movimiento de rodadura  1.5.6. Precesión y movimiento giroscópico  1.6. Fuerza gravitacional  1.6.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.6.2. Energía potencial gravitatoria  1.6.3. Mecánica orbital  1.6.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.6.5. Campo y potencial gravitatorio  1.7. Mecánica de fluidos  1.7.1. Presión y el Principio de Pascal  1.7.2. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  1.7.3. Dinámica de Fluidos y el Principio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidad y la ley de Poiseuille  1.7.5. Tensión superficial y capilaridad  1.8. Oscilaciones y ondas  1.8.1. Movimiento Armónico Simple  1.8.2. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  1.8.3. Oscilaciones acopladas y modos comunes  1.8.4. Propiedades y tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras y el Efecto Doppler  1.8.6. Interferencia de ondas y superposición
  2. Electromagnetismo  2.1. Electrostática  2.1.1. Carga eléctrica y propiedades  2.1.2. Ley de Coulomb  2.1.3. Electric field and electric potential  2.1.4. La Ley de Gauss  2.1.5. Capacitancia y Dieléctrico  2.1.6. Dipolo eléctrico y energía potencial  2.2. Circuitos eléctricos  2.2.1. Corriente y Resistencia  2.2.2. Ley de Ohm  2.2.3. Leyes de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuitos de CA y Reactancia  2.2.6. Electricidad y energía eléctrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos y Fuerzas Magnéticas  2.3.2. La Ley de Ampere  2.3.3. Momento dipolar magnético  2.3.4. Ley de Biot-Savart  2.3.5. Materiales Magnéticos y Histeresis  2.4. Inducción electromagnética  2.4.1. Ley de Faraday  2.4.2. La ley de Lenz  2.4.3. Autoinducción y mutua inducción  2.4.4. Transformadores y Circuitos Inductivos  2.5. Ecuaciones de Maxwell  2.5.1. La ley de Gauss para la electricidad  2.5.2. Ley de Gauss para el magnetismo  2.5.3. La ley de inducción de Faraday  2.5.4. Ley de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas electromagnéticas
  3. Termodinámica  3.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.1. Ley cero de la termodinámica  3.1.2. Primera ley de la termodinámica  3.1.3. Segunda Ley  3.1.4. Tercera Ley  3.2. Calor y trabajo  3.2.1. Transferencia de calor (conducción, convección, radiación)  3.2.2. Expansión térmica  3.2.3. Motores térmicos y refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot y eficiencia  3.3. Mecánica estadística  3.3.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropía y Probabilidad  3.3.3. Función de partición  3.3.4. Estadísticas de Fermi–Dirac y Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexión y refracción  4.1.2. Espejos y lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. El principio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferencia en la óptica de ondas  4.2.2. Difracción  4.2.3. Polarización  4.2.4. Coherencia y holografía
  5. Mecánica cuántica  5.1. Dualidad onda-partícula  5.1.1. Radiación de cuerpo negro en la dualidad onda-partícula en la mecánica cuántica  5.1.2. Efecto fotoeléctrico  5.1.3. Dispersión Compton  5.1.4. Longitud de onda de De Broglie  5.2. Ecuación de Schrödinger  5.2.1. Ecuación de Schrödinger independiente del tiempo  5.2.2. Partícula en una caja  5.2.3. Efecto túnel cuántico  5.2.4. Pozos de potencial y obstáculos  5.3. Estados Cuánticos  5.3.1. Función de onda  5.3.2. Operadores cuánticos  5.3.3. Principio de incertidumbre de Heisenberg  5.3.4. Momento angular y espín
  6. Relatividad  6.1. Relatividad especial  6.1.1. Transformaciones de Lorentz  6.1.2. Expansión del tiempo y contracción de la longitud  6.1.3. Energía y momento relativista  6.2. Relatividad general  6.2.1. Principio de Equivalencia  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionales  6.2.4. Agujeros negros y horizontes de eventos
  7. Física del estado sólido  7.1. Estructura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difracción de rayos X  7.1.3. Teoría de bandas  7.1.4. Fonones y vibraciones de red  7.2. Propiedades Eléctricas y Magnéticas  7.2.1. Conductores, Semiconductores e Aislantes  7.2.2. Superconductividad  7.2.3. Efecto Hall
  8. Física nuclear y de partículas  8.1. Estructura Atómica  8.1.1. Modelo Atómico  8.1.2. Energía de enlace nuclear  8.2. Radiactividad  8.2.1. Desintegración alfa, beta, gamma  8.2.2. Vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Estándar  8.3.2. Quarks y Leptones  8.3.3. antimateria  8.3.4. Interacciones fundamentales
  9. Astrofísica y cosmología  9.1. Evolución estelar  9.1.1. Formación estelar  9.1.2. Agujeros negros y estrellas de neutrones  9.1.3. Enanas blancas y supernovas  9.2. Cosmología  9.2.1. La Teoría del Big Bang  9.2.2. Materia oscura y energía oscura  9.2.3. Fondo cósmico de microondas

Pregrado → Física nuclear y de partículas → Radiactividad ↓


Vida media


Introducción a la radiactividad

La radiactividad es un concepto fundamental en la física nuclear y de partículas, donde ciertos tipos de átomos o isótopos experimentan una transformación espontánea. Esta transformación implica la emisión de partículas y radiación ionizante. El estudio de estos procesos nos ayuda a entender la estructura de los núcleos atómicos y sus fuerzas subyacentes.

Los átomos están compuestos por protones, neutrones y electrones. El núcleo de un átomo contiene protones y neutrones, mientras que los electrones orbitan el núcleo. Los elementos radiactivos tienen núcleos inestables que se desintegran emitiendo radiación, convirtiéndose eventualmente en un elemento diferente. Este proceso se conoce como desintegración radiactiva.

Tipos de desintegración radiactiva

Existen varios tipos de desintegración radiactiva, cada uno de los cuales emite diferentes partículas:

  • Desintegración alfa: Se libera una partícula alfa (dos protones y dos neutrones) del núcleo.
  • Desintegración beta: Cuando un neutrón se convierte en un protón o viceversa, se emite una partícula beta (electrón o positrón).
  • Desintegración gamma: El núcleo libera energía en forma de rayos gamma, que son fotones de alta energía.

¿Qué es la vida media?

El concepto de vida media es importante para entender el proceso de desintegración radiactiva. La vida media de una sustancia radiactiva se define como el tiempo que tarda la mitad de los núcleos radiactivos en una muestra en desintegrarse. Es un proceso exponencial, lo que significa que una proporción de la sustancia disminuye a la mitad durante cada período de vida media. Esta es una propiedad típica de los procesos de desintegración.

Descripción matemática de la vida media

La desintegración de sustancias radiactivas obedece a la ley de desintegración exponencial. Si N(t) es el número de núcleos no desintegrados en el tiempo t, entonces la desintegración se puede describir con la ecuación:

N(t) = N_0 * e^(-λt)

Dónde:

  • N_0 es el número inicial de núcleos.
  • λ (lambda) es la constante de desintegración, que es única para cada sustancia radiactiva.
  • e es la base del logaritmo natural, que es aproximadamente igual a 2.71828.

La vida media T_{1/2} está relacionada con la constante de desintegración por la siguiente fórmula:

T_{1/2} = ln(2) / λ

donde ln es el logaritmo natural.

Ejemplo visual: Desintegración exponencial

Imagina una muestra que contiene 1000 núcleos radiactivos. Si la vida media es de 5 años, entonces después de 5 años, quedarán aproximadamente 500 núcleos. Después de otros 5 años (10 años en total), quedarán aproximadamente 250, y así sucesivamente. Cada 5 años el número de núcleos no desintegrados se reduce a la mitad.

Aplicaciones de la vida media

Datación por radiocarbono

Una de las aplicaciones más conocidas de la vida media es la datación por radiocarbono. Este método se utiliza para estimar la edad de material orgánico, como fósiles, midiendo la cantidad de carbono-14, que es un isótopo radiactivo del carbono. La vida media del carbono-14 es de aproximadamente 5730 años. Al comparar la proporción de carbono-14 y carbono-12 en una muestra, los científicos pueden determinar cuánto tiempo ha pasado desde que el organismo murió.

Usos médicos

En medicina, ciertos isótopos se utilizan en la imagen diagnóstica, como en las tomografías por emisión de positrones (PET). Estos isótopos se eligen en función de su vida media para garantizar que puedan desintegrarse lo suficientemente rápido como para minimizar la exposición a la radiación de los pacientes. Por ejemplo, el tecnecio-99m, que se utiliza mucho en imágenes médicas, tiene una vida media de aproximadamente 6 horas, lo que lo hace ideal para pruebas diagnósticas cortas.

Energía nuclear

En las centrales nucleares, el control de los isótopos radiactivos es crítico para operaciones seguras. Comprender las vidas medias ayuda a gestionar los desechos radiactivos. Los isótopos con vidas medias largas, como el plutonio-239, requieren un almacenamiento cuidadoso a largo plazo, mientras que los isótopos con vidas medias cortas se desintegran rápidamente hasta alcanzar niveles seguros.

Ejemplo de lección: Cálculo de los núcleos restantes

Supongamos que un isótopo radiactivo tiene una vida media de 10 años, y se comienza con una muestra que contiene 8000 átomos radiactivos. Puedes calcular el número de átomos restantes después de un cierto período de tiempo utilizando el concepto de vida media.

Después de una vida media (10 años), el número de átomos restantes es:

N(10) = 8000 * (1/2) = 4000

El número restante después de dos vidas medias (20 años) es:

N(20) = 4000 * (1/2) = 2000

A medida que avanzamos en estos cálculos, es notable que con cada período de vida media la cantidad de átomos no disociados se reduce a la mitad.

Importancia y limitaciones de la vida media

La vida media es un aspecto esencial de la radiactividad, proporcionando una medida consistente para entender y predecir el comportamiento de los materiales radiactivos a lo largo del tiempo. Sin embargo, es importante recordar que la vida media es un concepto estadístico que se aplica bien a grandes cantidades de átomos debido a la naturaleza aleatoria de la desintegración nuclear individual.

En la práctica, a menudo se aplica en áreas donde se requieren predicciones precisas de desintegración a lo largo del tiempo, compensando su naturaleza probabilística. La precisión de usar la vida media como medida predictiva se reduce en sistemas con un número muy pequeño de átomos.

Conclusión

Entender el concepto de vida media proporciona una visión más profunda de los procesos nucleares y el comportamiento de los minerales o elementos radiactivos. Ya sea en investigaciones científicas, aplicaciones médicas, estudios arqueológicos o producción de energía, comprender cómo los isótopos se desintegran a lo largo del tiempo nos permite aprovechar y gestionar los beneficios y desafíos que plantea la radiactividad.


Pregrado → 8.2.2


U
username
0%
completado en Pregrado

← Anterior (8.2.1)
Desintegración alfa, beta, gamma
Siguiente (8.2.3) →
Fisión y Fusión Nuclear

Comentarios 



Vida media

https://www.physicsflow.com/ug/8.2.2?pfal=es