T3. Radiaciones ionizantes

Se denomina radiación ionizante a toda propagación de ondas electromagnéticas o de partículas cargadas, con la energía suficiente para desprender electrones de la superficie de un átomo, dando como resultado un ion de dicho elemento. En el caso de las ondas electromagnéticas, dado que la energía de un fotón depende directamente de la frecuencia del mismo, únicamente aquellos fotones de muy alta frecuencia (mayor a 10^15 Hz) tienen la energía suficiente para ionizar la materia. En este rango del espectro electromagnético se encuentran, ordenados de menor a mayor energía, los rayos ultravioleta, rayos X y los rayos gamma (γ). A pesar de que no nos vamos a centrar en ello, la emisión de neutrones también es una radiación ionizante.

Debido a la diferente naturaleza de cada tipo de radiación, la interacción con la materia de cada una será diferente. Así, unos tipos de radiación sean más difíciles de "detener" que otros. A esta capacidad de atravesar la materia se le denomina penetración de la radiación.  En la siguiente figura se muestra de manera esquemática la barrera física necesaria para detener cada tipo de radiación

En general, a mayor masa de la partícula irradiada, mayor será la interacción de ésta con la materia y menor la penetración, debido al mayor número de choques con los átomos del medio. Estos choques, como en el caso macroscópico, pueden ser elásticos, sin destrucción ni alteración del átomo, o elásticos, cuando algún electrón es excitado o expulsado del átomo. Además se puede producir otro tipo de interacción, denominada radioactiva, en la que, por proximidad de la trayectoria de la partícula radiada con el núcleo del átomo, se produce una desviación de la trayectoria de la misma y, como consecuencia del mantenimiento del momento lineal, se libera un fotón con ángulo opuesto.

Ejercicios propuestos:

1.- Estimar el número de átomos que hay en un segmento de 1 cm de materia.

• Se un compuesto, en este caso agua.
•  Se toma 1 cm^3 que equivale a 1 gramo de H20.
• La masa molar del agua es = 2* masa molar del H + masa molar de 0 = 2+16 = 18 gr
• Por tanto en 1 cm^3 hay 1/18 = 0.056 moles de agua
• Dado que en un mol hay 6,023*10^23 átomos ==> en 1 cm^3 hay 0.056 * 6,023*10^23 =  3.37*10^22 átomos 
• Finalmente, en una sola arista habrá (3.37*10^22)^1/3 = 3.2*10^7 átomos

2.-Qué fotón tiene más energía, ¿uno rojo o uno azul?¿Cuanto?

La energía de un fotón es proporcional a su frecuencia, y viene determinada por la relación E=h*υ donde h es la constante de Planck. Por tanto, siendo la luz de color azul de mayor frecuencia que la roja, el fotón de la luz azul será de mayor energía.

La frecuencia de la luz roja es de unos 450 THz y la de la azul de 650 THz. Así, la diferencia de energía en términos absolutos será:

      ΔE=(Fazul - Frojo)*h = 200 * 10^12 * 6.626×10⁻³⁴  = 1.3*10^-19 J

         Y de manera relativa:

      Erojo/Eazul = Fazul/Frojo= 450 THz / 650 THz = 1.44 , es decir, la energía del fotón rojo es un 44 % mayor que la del azul.