Alcanzar el conocimiento nuclear a todos los sectores y lugares del país, es una responsabilidad que todas las instituciones dedicadas a la ciencia y tecnología tenemos, pues con mayor información especializada, las decisiones serán mejores. Los más comprometidos con adquirir nuevos conocimientos son los estudiantes universitarios y técnicos, pues ellos son los que lo utilizarán para mejorar las condiciones de vida de la sociedad peruana. En esa dirección estamos proponiéndole este boletín a modo de notas para los estudiantes interesados en conocer los fundamentales de la ciencia y tecnología nuclear.

1. MIRADOR NUCLEAR
Lima, Enero 2015Volumen 2 nº 1Agustín Zúñiga Gamarra

2. C
on Demócrito, 400
años A.C, se inició la
propuesta del ato-
mismo, es decir que la ma-
teria estaría constituida
por unidades indivisibles.
Sin embargo recién en el
siglo XIX, con Dalton, reco-
menzó el estudio moderno
del atomismo, pero solo al
inicio del siglo XX, con la
incorporación de la teoría
cuántica, el comportamien-
to de los electrones y su
interacción con el núcleo,
quedó muy bien descrita.
La disciplina que la estudia
es la física atómica. Su con-
tribución a la sociedad es
impresionante, toda la re-
volución de la microelectró-
nica es producto de esa teo-
ría y la búsqueda de sus
aplicaciones.
Pero algunos fenómenos
que aparecieron a fines del
siglo XIX no pudieron ser
explicados por el comporta-
miento electrónico, así sur-
gieron los estudios de las
radiaciones por los pioneros
Becquerel y Curie, y luego
el trabajo célebre de Rut-
herford, descubriendo la
existencia del núcleo, y que
el átomo era prácticamente
vacío. Pero, ese núcleo, aun
tenía componentes, los pro-
tones y neutrones. El estu-
dio de las propiedades de
ese micro mundo nuclear lo
hace la física nuclear. Su
reto está siendo más difícil
que el átomo, tanto como
que no existe un equivalen-
te de la teoría cuántica que
la describa a plenitud, más
bien se tienen modelos, por
islas, donde funcionan muy
bien, pero no en otras.
De modo similar al átomo,
el estudio del núcleo ha
llevado al uso de muchas
de sus propiedades. La ma-
yor, es sin duda, la capaci-
dad de liberar energía des-
de su interior cuando ellas
son manipuladas bajo cier-
tas condiciones. La magni-
tud de la energía se deter-
mina por la relación mas
famosa de la física, dada
por Einstein, E= mc2. Esa
energía es aprovechada
para la generación de ener-
gía eléctrica, cuando se
parten los núcleos de ura-
nio en la reacción nuclear
de fisión. Otras aplicacio-
nes de los núcleos cuando
se encuentran en estados
excitados y emiten las ra-
diaciones ionizantes se ex-
tienden a la salud princi-
palmente, mediante los
radioisótopos, pero también
pueden aplicarse a la agri-
cultura, hidrología, control
de calidad y otros procesos
productivos.
Pero como ocurre siempre,
el uso de una tecnología
trae consigo el contraste
del costo y beneficio. En el
caso nuclear las radiacio-
nes que se emiten denomi-
nadas ionizantes, deben ser
administradas por perso-
nas expertas, o certificadas,
por ello no habiendo el nú-
mero suficiente de especia-
listas en el país, muchas de
sus aplicaciones no se im-
plementan, aun cuando se
reconoce una gran deman-
da nacional. Por eso llevar
mas conocimiento nuclear a
los jóvenes estudiantes es
una responsabilidad e in-
versión en favor de la socie-
dad peruana. Así lo convo-
camos a presentarse al
IPEN a hacer los cursos
que siempre se dictan con
este fin.
Contenido:
Fundamentos de físi-
ca nuclear
2
El átomo 3
Estructura atómica 3
Radiación electromag-
nética
3
El núcleo 4
Estructura nuclear 4
Defecto de masa 4
Radiactividad 5
Rayos X 5
Radiaciones α, β, γ 5
Reacciones nucleares 6
Desintegración alfa 6
Desintegración beta 6
Desintegración gama 7
Series radiactivas 7
Ejercicios actividad 8
Excitación , ioniza- 8
Características de las
radiaciones
8
Neutrones 9
Efecto fotoeléctrico 9
Dispersión Compton 9
Producción de pares 10
Atenuación de radia-
ciones
10
Captura electrónica 7
Presentaciones 11
Fundamentos de Física Nuclear
El reactor nuclear RP10
MIRADOR NUCLEAR
Lima, Enero 2015Volumen 2 nº 1 Agustín Zúñiga Gamarra

3. El átomo (10-10m) está constituido
por electrones, y en su región
central el núcleo (10-15m). Las dimen-
siones nos muestran que el átomo es
prácticamente vacío. El núcleo está
constituido por protones (Z) y neutro-
nes (N). La carga del átomo es neutro
de modo que en los niveles hay Z elec-
trones, de carga negativa equivalente
a la carga positiva del núcleo. Las
masas de los neutrones son un poco
mayores que los protones pero en la
práctica pueden considerarse iguales,
y son muy pesados comparado con los
electrones (1840 menos). El número
total de protones se
denomina el número
atómico (Z); el nú-
mero total de nucleo-
nes, es el número
másico (A = Z +N). A
los átomos de similar
Z se les denominan,
Isótopos, a los de igual N, Isótonos, y a
los de igual A, Isobaros. Las propieda-
des químicas de los elementos la esta-
blecen los átomos, a través del número
de electrones de su última capa
(valencia). Esta regularidad de las
propiedades fue estudiada por prime-
ra vez por Mendeleiev (1869), de ahí
surgió la tabla periódica. Los modelos
del átomo fueron de Dalton, Thom-
pson, Rutherford, previamente al de
Bohr, que es la base del actual unido
a la teoría cuántica.
Estas radiaciones de acuerdo
por los procesos físicos de
interacción con la materia
han permitido el amplio uso
en todos los frentes de la vida. Así, el
tema es cómo producimos RX en los
átomos y cómo producimos Rγ desde
los núcleos. Los primeros por bombar-
deo de electrones sobre blancos
(equipos de rayos x), los segundos re-
quieren que por alguna reacción nu-
Las radiaciones ionizantes
(capaces de ionizar los átomos),
se presentan en forma de radiación
electromagnética (fotón). Las que nos
interesan son los rayos x (RX) y los
rayos gamma(Rγ), los primeros se pro-
ducen en el cambio de nivel de un
electrón, y los segundos por des exci-
tación de los nucleones en el núcleo.
Estas se caracterizan por su longitud
de onda, l, energía, E, y frecuencia.
clear se puedan excitar los núcleos
inicialmente estables, esto se realiza
principalmente en los reactores nu-
cleares (reacciones con neutrones) y
también con aceleradores (como posi-
trones por protones). En el Perú, se
tienen los dos instrumentos.
El Átomo
La Radiación Electromagnética
de una probabilidad (Schrödinger,
1926), de ahí que es mejor visualizar-
los como “nubes” u “orbitales”. Utili-
zando esta teoría, se puede describir
la tabla periódica a plenitud, usando
el principio de exclusión de Pauli.
Con ello se puede concluir que, en ca-
da nivel (n) pueden haber a lo sumo
(2n2) electrones, los que pueden dife-
renciarse con el número de momento
angular (l), magnético (m) y spin (s).
Así, un
e l e c -
t r ó n
q u e d a
identi-
f i c a d o
por (n,
l,m, s). Sin embargo se sigue mante-
niendo la descripción espectroscópica
para identificar al electrón usando los
índices s, p, d, f.
Los electrones en la imagen de
Bohr (1913), están en órbitas, con
un radio que depende de la energía. Y,
que pueden emitir radiación solo
cuando cambian de nivel. El éxito de
este modelo se dio porque pudo expli-
car la presencia de las líneas espectra-
les, que desde 1884, Balmer, los calcu-
laba por una relación empírica. Pero
con la teoría cuántica no se puede ha-
blar de una posición del electrón sino
La Estructura Atómica
Página 3 MIRADOR NUCLEAR

4. Ernest Rutherford (1911) sacudió las
bases de la propuesta del átomo de
Thompson, al demostrar que cuando
bombardeaba con partículas alfa, la-
minas delgadas de oro, la mayoría de
ellas salían casi si afectarse en su di-
rección, sin embargo, algunas se dis-
persaban hacia atrás (mayor a 90 gra-
dos). El comprendió que, la imagen del
átomo vigente del “pastel de pasas”,
estaba equivocado y que la masa del
átomo estaba concentrado en su cen-
tro, en el NÚCLEO, y el resto prácti-
camente estaba vacía. De esta mane-
ra nació la Física Nuclear. Posterior-
mente, Chadwick (1932), descubrió la
existencia del neutrón. Entonces sur-
gieron contradicciones mayores, cómo
es que partículas de la misma carga
(protones) pueden estar juntas ?. Pos-
teriormente se propuso la existencia
fuerza nuclear, que explicaba la unión
en el núcleo. Así las fuerzas que se
presentan en la naturaleza actual-
mente son: gravitatoria, eléctrica,
nuclear fuerte y nuclear débil. Está
última para explicar el decaimiento
beta. Finalmente se ha probado que
también los protones y neutrones es-
tán compuestos por los quarks que son
los últimos constituyente de la mate-
ria .
deuterio (1H2), la Ee = 2.22 MeV, que
es la cantidad de energía que requiere
para romper ese núcleo, es por ello
que estas energías son conocidas como
la ENERGÍA DE ENLACE o de liga-
dura (Ee), y su valor dividido por A
(número de nucleones) es la que expli-
ca que los núcleos grandes tienden a
mayor estabilidad por fisión, contra-
riamente los pequeños por fusión. El
pico de estabilidad están por los A=56
(8MeV/nucleón).
El hecho que la suma de la masa de
las partículas que constituyen el nú-
cleo (Z, N), por separado, es mayor
que la masa del núcleo constituido, se
denomina DEFECTO DE MASA (∆m),
nos deja la pregunta: ¿a dónde se per-
dió esa masa inicial?. Utilizando la
relación de Einstein, esa masa se con-
vierte en energía necesaria para cons-
tituir el nucleído, Ee = ∆mc2. Cuanto
mas grande sea esta energía, el nu-
cleído será mas estable. En el caso del
El Núcleo
El Defecto de Masa (Energía de Enlace)
Energía de enlace nuclear
El experimento de Rutherford
mientras que la atómica son del orden
1g/cc. El número de protones y neutro-
nes van a definir si el núcleo es esta-
ble o radiactivo, a esta se la conoce
como al curva de la estabilidad, de los
3000 nucleídos que se conocen solo son
estables 266, estos últimos requieren
mayor N. Al igual que los átomos no-
bles, aquí hay una estabilidad especial
en los números mágicos (Z, N= 2, 8,
20, 28, 50, 82, 126).
Los núcleos (Z, N) o (Z, A), se les deno-
mina nucleídos. Ellos pueden estar en
su estado fundamental o excitado
(radiactivo). Si están en lo segundo
entonces se dice que es radiactivo.
Ellos se agrupan en isótopos (igual Z),
isóbaros (igual A), isótonos (igual N),
isómeros (igual Z e igual A, pero dife-
rente estado energético). El inmenso
valor de la fuerza nuclear se refleja en
la densidad nuclear (2 x 1014 g/cc),
La Estructura del Núcleo (Nucleídos)
Volumen 2 nº 1 Página 4

5. Roentgen (1895), hizo público la exis-
tencia de una radiación desconocida,
RX, desde Alemania. En Francia, tra-
bajando en ese tema Becquerel (1896)
descubrió emisiones desde el uranio
de manera natural sin ninguna fuente
externa. Los Curie (1898), descubrie-
ron el Polonio, luego el Radio. El uso
desenfrenado del radio, llevó a conta-
minaciones en contra de la vida. En-
tonces, hoy se conoce que, las radiacio-
nes que provienen del núcleo, pueden
ser útiles pero también dañinas. Las
radiaciones que emiten son de la for-
ma de partículas (alfa, beta) y fotones
(gamma), son las mas conocidas. La
velocidad con que estas radiaciones se
emiten siguen el comportamiento de
una ley exponencial. Que nos define
que todos los nucleídos radiactivos,
tienen un periodo de semidesintegra-
ción (t1/2) diferente, y que su emisión
es independiente del estado en la que
se encuentre el material. Con fines
operativos y de medición se han esta-
blecido algunos conceptos: becquerel
(Actividad); Roentgen (Exposición, 1/
s); Gray (Dosis, J/kg), Sievert (Dósis
equivalente, J/kg)). Y, con fines de
protección de la vida se disponen de
niveles de radiación permitidos.
Las radiaciones α, β, y
γ, de acuerdo a su ma-
sa, carga y energía,
interactúan de mane-
ra diferente con la
materia, la distancia
que recorre hasta fre-
narse (alcance), son
diferentes. α, papel;
β, aluminio; γ, plomo.
La Radiactividad
Las Radiaciones α, β, γγγγ
todos) acelerados (generadores de vol-
taje).
Igualmen-
te se pro-
ducen RX,
por efecto
de la ace-
leración de
electrones
c u a n d o
pasan por los núcleos de un material,
y se le conoce como Bremsstrahlung
(radiación de
frenado).
Los fotones (o radiaciones electromag-
néticas), pueden dividirse en ionizan-
tes (que pueden excitar o ionizar los
átomos) y las no-ionizantes. Entre las
primeras están los rayos (x, a, b, g),
las últimas tres provienen del núcleo.
En el caso de los RX, la energía son
mayores a unos 100eV. Su producción
práctica, ocurre cuando se bombar-
dean superficies metálicas (ánodos)
por electrones (emitidos desde los cá-
Los Rayos X
Página 5 MIRADOR NUCLEAR

6. En la física nuclear la radiactividad
puede explicarse como “el núcleo pa-
dre decae en la hija mas la emisión de
una partícula o radiación” . Sin em-
bargo, y en general, la física nuclear
considera que un núcleo padre
(blanco) cuando es impactado con una
partícula incidente que trae la energía
adecuada, puede transmutarse
(decaer) a otro núcleo (hijo o hija) y
usualmente mas una partícula o ra-
diación emergente: (Padre + Partícula
-> Hijo + Partícula). A esto se denomi-
na una reacción nuclear. “el núcleo se
transformó en otro”. A diferencia de
una reacción química donde se juntan
átomos mediante la interacción de sus
electrones para nada intervienen los
núcleos. Ahí, radica, también, la dife-
rencia energética entre ambas, la quí-
mica del orden de electrones voltios
(por ejemplo la energía de ligadura del
último electrón en el hidrogeno es de
13.6 eV, mientras que la energía de
ligadura de un protón o neutrón son
del orden de 1 a 8 MeV (millones de
electrones voltios), es decir de 1 millón
mayor para el núcleo. Esto hace que
las reacciones nucleares requieren de
tecnologías más complicadas, tales
como un reactor nuclear (para el caso
de reacciones nucleares con neutro-
nes) o de aceleradores (ciclotrones, o
LHC) para el caso de reacciones con
protones u otras partículas incidentes.
En la nomenclatura mas estricta re-
sulta X(x, y) Y:
En las reacciones nucleares se deben
cumplir que: la carga se conserva (la
suma de Z), y también, el número de
nucleones (la suma de A).
protón mas un electrón, similarmente,
el protón se transforma a un neutrón
mas un positrón. Para salvar un pro-
blema posterior del espectro continuo,
Pauli propuso la existencia del neu-
trino. Así las desintegraciones beta
son:
Los núcleos excitados pueden decaer
mediante la emisión de electrones co-
munes (negativos), a esta se la deno-
mina “beta negativo”, o por positrones
(electrones positivos, estos es su carga
positiva) y se llaman “beta positivos”.
Pero, el problema inmediato que surge
es que, cómo pueden salir electrones
desde el núcleo si solo hay protones y
neutrones, eso se resolvió planteándo-
se que un neutrón se transforma a un
La mayoría de los núcleos radiactivos
siguen este camino para su estabili-
dad. Su masa y carga, son ligerísimas,
por lo que su alcance (distancia reco-
rrida hasta detenerse) es mucho ma-
yor que la partícula alfa, pero mucho
menor que la gama que no tiene ni
masa ni carga. Junto con los gamas se
utilizan ampliamente en la salud sea
para el diagnóstico cuanto en terapia.
Las Reacciones Nucleares
La Desintegración Beta (β)
una partícula alfa. A este proceso se le
denomina decaimiento o desintegra-
ción alfa. Esta partículas emitidas
salen con una energía cinética que
pueden alcanzar hasta 8 MeV. En la
naturaleza muchos núcleos excitados
o inestables o radiactivos decaen me-
diante este proceso, de los mas conoci-
dos son las denominadas series natu-
rales que se identifican con el nombre
del núcleo iniciantes: uranio, actinio y
torio. De los hijos del uranio el mas
conocido es el gas RADÓN (86Rn222),
emisor alfa, dañino para la salud en
grandes cantidades, porque las alfas
entregan su gran energía a muy cor-
tas distancias (alcance). En la nota-
ción de la física nuclear esta desinte-
gración es:
La partícula alfa es un átomo de helio
doblemente ionizado (esto es que no
tienen electrones), por lo que en reali-
dad se trata de un núcleo de helio.
Por alguna razón el núcleo padre se
excita (su energía no está en el estado
fundamental sino está en otro supe-
rior, por ello es inestable). Para volver
a su estado fundamental, el núcleo
padre, puede seguir varios caminos,
uno de tales es mediante la emisión de
La Desintegración Alfa (α)
Volumen 2 nº 1 Página 6

7. Los núcleos excitados o radiactivos
pueden pasar a su estado fundamen-
tal sin transformarse a otro núcleo,
solo emitiendo energía o fotones gam-
ma. En el diagrama siguiente, el
27Co60 por emisión beta negativo,
(neutrón pasa a protón, ver el número
Z) para al 28Ni60, dejando a este en un
estado excitado (solemos usar el sím-
bolo Ni*), para ir a su estado funda-
mental emitirá un fotón gamma o más
(1.1732, y 1.3325 MeV). En la figura
llamada esquema de decaimiento, el
eje vertical, está en unidades de ener-
gía, en el eje horizontal se suele poner
los núcleos sean padre o hijos, con las
flechas anotamos hacia donde va la
desintegración, aquí se nota dos cami-
nos, hacia dos niveles de energía dife-
rentes, la fracción de cuántos van por
uno o por otro, se llama la intensidad
relativa (Iγ %). Los fotones gamma por
carecer de masa y carga, interaccio-
nan muy débilmente, de ahí que su
alcance es muy prolongado. Debido a
que los núcleos tienen niveles energé-
ticos característicos, emitirán
“gammas” propios, eso se utiliza am-
pliamente en la identificación de ele-
mentos (espectrometría gamma). Una
reacción nuclear muy usada para este
fin es la X (n,γ)X*, “activación neutró-
nica (AAN)”, los neutrones inciden a
los blancos para excitarlos. Es uno de
los usos mas importantes del RP10.
dos:
El ejemplo mas cla-
ro es el caso del
uranio. Si se conoce
la cantidad de sus-
tancia radiactiva
inicial NA se puede
conocer cuánto sur-
ge en el tiempo tan-
to para NB, como
para el estable NC,
Los núcleos radiactivos pueden dar
lugar a una serie de otros hijos tam-
bién radiactivos, ellos pueden en cual-
quier momento por algunos de los pro-
cesos de desintegración antes vistos,
desintegrarse, consecuentemente, ten-
drán, constantes de desintegración (λ)
y periodos de semidesintegración
(T1/2), diferentes, para una serie de
para eso se utiliza el balance
(producción - desaparición), para el
caso de B, se produce por decaimiento
de A, y desaparece por su propio de-
caimiento. Se suele denominar equili-
brio secular cuando (λ1 <<λ2) (caso
serie natural), transitorio (λ1<λ2), no
hay equilibrio si (λ1>λ2).
Desintegración Gamma (γγγγ)
Series Radiactivas
en niveles excitados por lo que sigue
la emisión de rayos gamma. Este no es
una desintegración beta.
La Conversión Interna (ci), es otro
proceso que no es realmente beta, por-
que, se trata de que un rayo gama
desde el núcleo impacta en un elec-
trón y lo extrae.
Otro de los procesos menos conocidos
es la captura de un electrón de las
capas interiores del átomo próximo al
núcleo (ejemplo capa K), entonces en
la reacción nuclear ese electrón sería
como una partícula incidente.
Usualmente los núcleos hijos quedan
Captura Electrónica (ce) y Conversión Interna (ci)
Página 7 MIRADOR NUCLEAR

8. En ciencias la explicación y predicción
se da mediante un modelo, que a su
ves se expresa con el “lenguaje de los
dioses”, la matemática. Para el caso
del decaimiento de las sustancias ra-
diactivas es la expresión exponencial.
Para realizar los cálculos de manera
muy sencilla debemos tener en cuenta
las definiciones: 1) la contante de de-
caimiento (l) también se entiende co-
mo la probabilidad por unidad de
tiempo que el núcleo decaiga (1/s). 2)
el periodo de semidesintegración (T1/2)
(s), representa el tiempo transcurrido
para que la población de átomos ra-
diactivos o la actividad descienda a la
mitad, 3) la vida promedio (media) (τ)
(s), representa el tiempo promedio con
que decaen los núcleos radiactivos
desde 0 a infinito. Etas tres cantida-
des están relacionadas, de modo que
ahí solo hay que recordar las definicio-
nes. La población de núcleos en una
determinada masa (m) se debe tener
en cuenta el numero de Avogadro (Na)
para saber cuántos átomos (núcleos)
hay. Luego para un determinado
tiempo, t, el número de sobrevivientes
se calcula por la formula exponencial.
Así, nos pueden pedir la actividad, lo
que se hace es multiplicar por la cons-
tante de decaimiento. Las unidades
antiguas son los Ci, como son cantida-
des grandes, se suele emplear los pre-
fijos de microcurie (10-6 Ci) o picocurie
(10-12 Ci). Las ecuaciones claves son
las que se muestran en la figura.
cuando ellas se
generan dentro
del organismo
(contaminación
interna), pero
nada dañinos
cuando están
afuera porque
hasta el aire lo
frena. Caso con-
trario con los ϒ.
Las radiaciones ionizantes, tienen
masa y/o carga y/o energía, según esto
ellos se harán mas o menos notorias
frente a la materia que interacciona,
por ejemplo la salud humana. En la
materia, estas radiaciones conforme
pierden energía, se frenan y eso define
su alcance, que es menor para la α,
por su masa y carga, comparada con
la β y luego con γ. Así , el efecto en el
organismo debido a la α será mayor
Por ello las radiaciones electromagné-
ticas (RX, y γ), para su blindaje re-
quieren de pesado trajes (hechos de
plomo). Otro dato útil: los espectros
energéticos de las α y ϒ son discretos
pero de los beta son continuos.
Ejercicios de Actividades
Características de las Radiaciones α, ββββ, ϒ
un electrón del átomo pasa de un nivel
inferior a otro exterior, y el de ioniza-
ción, cuando el electrón es arrancado
del átomo. Esta interacción inicial de
la radiación incidente se la denomina
primaria, y si los productos siguen
interaccionando se las denomina in-
teracciones secundarias. Estos proce-
sos son muy usados en la detección y
medición de las radiaciones incidentes
(ejemplo detectores Geiger o INa).
En física nuclear aplicado se denomi-
na radiación a todo lo que sale del nú-
cleo en la forma de aquellos con masa
y carga (α, β) o sin ella (fotones = ϒ). Y,
como la materia es en si átomos, que a
su vez tienen electrones y núcleos.
Entonces la interacción de las radia-
ciones tienen que ver con el átomo.
Con el núcleo son colisiones inelásti-
cas, y con los electrones ligados son
dos: la excitación, que consiste en que
Interacción de la Radiación con la Materia: Excitación y Ionización
Volumen 2 nº 1 Página 8

9. Los neutrones tienen masa de casi 1
u, pero no tienen carga. Eso los hace
menos interactuantes con la materia,
y menos fáciles de detectar, pues la
mayoría de las detecciones se basan
en la colección de electrones ionizados
de la materia por efecto del pasaje de
la radiación. Consecuentemente su
frenado, también es mas complicado.
Los neutrones son muy útiles porque
pueden transmutar a los núcleos blan-
cos en otros, llevándolos luego a emitir
radiaciones características que luego
son utilizadas para el análisis multi-
elemental (AAN) y producción de ra-
dioisótopos. Pero la reacción nuclear
mas importante con los neutrones es
la fisión, que consiste en que el blanco
habiendo absorbido un neutrón, termi-
na partiéndose en dos nuevos núcleos
y abundante radiación. Esta reacción
es una de las mas usadas tanto para
la paz (nucleoelectricidad) cuanto lo
bélico (bombas). Los neutrones existen
en la naturaleza en la calidad de li-
bres, como pertenecientes a la lluvia
cósmica, en este caso son inestables y
decaen a protones, con un periodo de
11 minutos. Mientras en el núcleo no
tienen este comportamiento dado que
e s t á n
l i g a -
d o s .
L o s
n e u t r o n e s d e m a n e r a
“artificial” (provocada) se producen en
los reactores nucleares, a partir de la
fisión de los núcleos de uranio ( en
especial del isótopo U-235, presente
en la naturaleza con 0.7%, caso RP10).
Otras formas de producir neutrones
también es por bombardeo de otros
núcleos blancos por ejemplo, Be(α, n)
( americio - berilio). Su uso es con fi-
nes portátiles.
Este proceso
p r e v a l e c e
cuando la
e n e r g í a
supera los
1 0 0 k e V .
Por ejem-
plo si el
medio es
c o n o c i d o
(Z) la com-
En 1923 A. H. Compton, explicó la
presencia de las longitudes de onda
cuando se dispersaba los RX, median-
te la propuesta que los fotones pueden
interactuar con electrones libres, como
lo harían dos bolas de billar, y la teo-
ría de Einstein de los fotones, que via-
jarían como cuantos de energía E= hv,
y momento hv/c, utilizando las leyes
de conservación de la energía total y
la conservación del momento lineal.
paración de los proceso se deja notar:
Neutrones
Dispersión Compton
rias). Este proceso es mucho mas pro-
bable cuando se trata de fotones de
energías ba-
jas (menores
a 100keV),
pero también
crece con el
número ató-
mico del ma-
terial (Z4),
d i s m i n u y e
con la ener-
gía (1/Eϒ
3
),
aumenta
fuertemente
cuando las
energías son
similares a
las energías
de ligadura
de las capas
atómicas
Las partículas no cargadas (fotones)
pueden ser absorbidas por el átomo
liberando un electrón, con una energía
cinética (Ee= Eϒ– Eu), donde: Eϒ: es la
energía incidente del fotón, Eu es la
energía de ligadura del electrón al
átomo. Este proceso de absorción
(desaparece el fotón incidente), se de-
nomina fotoeléctrico, es el principal
proceso de ionización del átomo para
bajas energías (por colisiones prima-
Efecto Fotoeléctrico
Página 9 MIRADOR NUCLEAR

10. Este proceso de absorción de fotones,
es uno de los más difíciles de compren-
der, pues la energía se transforma en
masa. El fotón en su interacción con
los núcleos sufre la transmutación en
un electrón y un positrón, de modo
que por conservación de energía y mo-
mento, el fotón incidente debe tener
una energía como mínimo el valor de
las energías en reposo de las partícu-
las producidas, adicionalmente las dos
partículas deben salir en direcciones
opuestas, con sus respectivas energías
cinéticas. La explicación cuántica e
imposible de visualizar clásicamente
la dio Dirac: “Cuando en la distribu-
ción de estados de energía negativa
falta un electrón, el estado vacío apa-
recerá como una partícula con energía
positiva y carga positiva”. La probabi-
lidad de ocurrencia de este
proceso es nulo si la ener-
gía es menor a 1.02 MeV,
luego aumenta como Z2 .
Este proceso tienen mayor
importancia para energías elevadas y
elementos pesados (ver probabilidad
de absorción)
Producción de Pares
ces), que dependen de la energía de la
radiación y del material en cuestión,
así el coeficiente de atenuación lineal
queda en función de las probabilida-
des correspondientes que pueden re-
sumirse en función del material y
energía como:
Los valores del coeficiente están en
tablas, por ejemplo Kaplan. Fig. 15.7.
Conocido los procesos de interacción
de la radiación con la materia, ahora
nos interesa, cuantificar cómo estos
disminuyen (sea por cambio de ener-
gía o de trayectoria) cuando atravie-
san la materia. La propiedad funda-
mental de la absorción de los rayos γ
es el carácter exponencial de la dismi-
nución de la
intensidad de
la radiación
siempre sea monoenergético, colima-
do, frente a un lámina delgada de
materia.
Los datos del medio y de la energía del
fotón definen el coeficiente de atenua-
ción lineal (µ (cm-1), I (intensidad del
haz, s-1), si µm (cm2 g-1)=µ/ρ, coeficien-
Atenuación de las Radiaciones
Volumen 2 nº 1 Página 10
te másico de absorción; ρ (g/cm3), den-
sidad. En esas condiciones aparecen
nuevas definiciones como la distancia
hemireductora (cuando la intensidad
es atenuada a la
mitad): es sabido
que los rayos gama difieren notable-
mente en su interacción con la mate-
ria de las partículas cargadas como lo
α y β, esta diferencia estriba en el po-
der penetrante mucho mayor de los
rayos γ y en las leyes que rigen su ab-
sorción.
Los tres procesos principales hemos
dicho son: 1) absorción fotoeléctrica, 2)
dispersión Compton y 3) producción
de pares. Físicamente estos procesos
se cuantifican en base a las probabili-
dades de ocurrencia (secciones efica-
).(
)(/
)(
2
5.3
paresPZcte
ComptonEZcte
icoFotoeléctrEZcte n
≈
≈
≈ −
κ
σ
τ
).(2
paresPZcte≈κ

11. Página 11 MIRADOR NUCLEAR

12. Volumen 2 nº 1 Página 12

13. Página 13 MIRADOR NUCLEAR

14. Volumen 2 nº 1 Página 14

15. Página 15 MIRADOR NUCLEAR

16. Volumen 2 nº 1 Página 16

17. Página 17 MIRADOR NUCLEAR

18. Volumen 2 nº 1 Página 18

19. Página 19 MIRADOR NUCLEAR

20. Volumen 2 nº 1 Página 20

21. Página 21 MIRADOR NUCLEAR

22. Volumen 2 nº 1 Página 22

23. Página 23 MIRADOR NUCLEAR

24. Volumen 2 nº 1 Página 24

25. Página 25 MIRADOR NUCLEAR

26. Volumen 2 nº 1 Página 26

27. Página 27 MIRADOR NUCLEAR

28. Volumen 2 nº 1 Página 28

29. Agustín Zúñiga Gamarra
Av. Honorio Delgado 467
San Martín de Porres - Lima - Perú
Teléfono: 0511-4827211
Celular: 990079994
azuniga@ipen.gob.pe
agustincahuide@gmail.com
Más información menos confusión
Alcanzar el conocimiento nuclear a todos los
sectores y lugares del país, es una responsabili-
dad que todas las instituciones dedicadas a la
ciencia y tecnología tenemos, pues con mayor
información especializada, las decisiones serán
mejores. Los más comprometidos con adquirir
nuevos conocimientos son los estudiantes univer-
sitarios y técnicos, pues ellos son los que lo uti-
lizarán para mejorar las condiciones de vida de
la sociedad peruana. En esa dirección estamos
proponiéndole este boletín a modo de notas para
los estudiantes interesados en conocer los fun-
damentales de la ciencia y tecnología nuclear.
MIRADOR NUCLEAR
DESCUBRIENDO
http://chiquianyerupaja.blogspot.com
PRACTICANTES DE REACTORES NUCLEARES 2014