¿Qué elementos radiactivos naturales existen y cuales son sus propiedades nucleares de cada elemento químico?
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La radiactividad [1] (también conocida como radioactividad, radiación nuclear o desintegración nuclear) es el proceso por el cual un núcleo atómico inestable pierde energía mediante la emisión de radiación, como una partícula alfa, partícula beta con neutrino o solo un neutrino en el caso de la captura electrónica, o un rayo gamma o electrón en el caso de conversión interna. Un material que contiene estos núcleos inestables se considera radiactivo. Ciertos estados nucleares de vida corta altamente excitados pueden decaer a través de emisión de neutrones, o más raramente, emisión de protones.
La desintegración radioactiva es un proceso estocástico (es decir, aleatorio) a nivel de átomos individuales. Según la teoría cuántica, es imposible predecir cuándo se desintegrara un átomo en particular,[2][3][4] independientemente de cuánto tiempo haya existido el átomo. Sin embargo, para una colección de átomos, la tasa de decaimiento esperado de la colección se caracteriza en términos de su constante de decaimientos o vidas medias medidas. Esta es la base de la datación radiométrica. Las vidas medias de los átomos radioactivos no tienen un límite superior conocido, que abarca un rango de tiempo de más de 55 órdenes de magnitud, desde casi instantáneo hasta mucho más largo que la edad del universo.
Un núcleo radioactivo con espín cero puede no tener una orientación definida y, por lo tanto, emite el total momentum de sus productos de descomposición isotrópica (en todas las direcciones y sin sesgo). Si hay múltiples partículas producidas durante una sola desintegración, como en la desintegración beta, su distribución angular relativa o las direcciones de espín pueden no ser isotrópicas. Los productos de desintegración de un núcleo con espín pueden estar distribuidos de forma no isotrópica con respecto a esa dirección de espín, ya sea debido a una influencia externa como un campo electromagnético, o porque el núcleo se produjo en un proceso dinámico que limitó la dirección de su espín. Tal proceso padre podría ser una descomposición previa, o una reacción nuclear.[5][6][7][nota 1]
El núcleo en desintegración se llama radionucleido padre (o radioisótopo padre[nota 2]), y el proceso produce al menos un nucleido hijo. Excepto por la desintegración gamma o la conversión interna de un estado excitado nuclear, la desintegración es un transmutación nuclear que resulta en una hija que contiene un número diferente de protones o neutrones (o ambos). Cuando el número de protones cambia, se crea un átomo de un elemento químico diferente.
Los primeros procesos de desintegración que se descubrieron fueron la desintegración alfa, la desintegración beta y la desintegración gamma. La desintegración alfa ocurre cuando el núcleo expulsa una partícula alfa (núcleo de helio). Este es el proceso más común de emisión de nucleones, pero los núcleos altamente excitados pueden expulsar nucleones individuales, o en el caso de desintegración del racimo, núcleos ligeros específicos de otros elementos. ocurre de dos maneras: i) decaimiento beta-negativo, cuando el núcleo emite un electrón y un antineutrino en un proceso que convierte un neutrón en un protón, o (ii) decaimiento beta-positivo, cuando el núcleo emite un positrón y un neutrino en un proceso que convierte un protón en un neutrón. Los núcleos ricos en neutrones altamente excitados, formados como producto de otros tipos de descomposición, ocasionalmente pierden energía por medio de la emisión de neutrones, resultando en un cambio de un isótopo a otro del mismo elemento. El núcleo puede capturar un electrón en órbita, haciendo que un protón se convierta en un neutrón en un proceso llamado captura de electrones. Todos estos procesos resultan en una transmutación nuclear bien definida.
Por el contrario, hay procesos de desintegración radiactiva que no dan lugar a una transmutación nuclear. La energía de un núcleo excitado puede ser emitida como un rayo gamma en un proceso llamado desintegración gamma, o esa energía puede perderse cuando el núcleo interactúa con un electrón orbital causando su expulsión del átomo, en un proceso llamado conversión interna.
Otro tipo de desintegración radiactiva da como resultado productos que varían, apareciendo como dos o más "fragmentos" del núcleo original con un rango de posibles masas. Esta desintegración, llamada fisión nuclear espontánea, ocurre cuando un gran núcleo inestable se divide espontáneamente en dos (u ocasionalmente tres) núcleos hijos más pequeños, y generalmente conduce a la emisión de rayos gamma, neutrones u otras partículas de esos productos.