Radioactivitat: diferència entre les revisions

Contingut suprimit Contingut afegit
m r2.6.4) (Robot afegeix: ext:Radioativiá
Redirigeix cap a Radiactivitat
Línia 1:
#REDIRECT [[radiactivitat]]
[[Fitxer:Radioaktivita.svg|thumb|Símbol internacional del perill de radioactivitat]]
La '''radioactivitat''' és un fenomen [[Física|físic]] natural que presenten certes substàncies amb [[Nucli atòmic|nuclis atòmics]] inestables, aquestes substàncies radioactives inestables perden energia emetent [[Radiació|radiacions]] en forma de [[Partícula subatòmica|partícules]] o [[Radiació electromagnètica|ones electromagnètiques]] per tal d'assolir uns nuclis atòmics més estables. El terme radioactivitat va ser inventat per [[Marie Curie]] cap el [[1898]].
 
Les radiacions produïdes durant el procés de desintegració dels núclids són capaces de penetrar en cossos opacs, ionitzar l'aire, impressionar plaques fotogràfiques i excitar la fluorescència de certes substàncies. Els radionúclids naturals més freqüents a les [[Roca|roques]] [[Terra|terrestres]] són l'[[isòtop]] 238 de l'[[urani]] (U-238), l'isòtop 232 del [[tori]] (Th-232) i sobretot l'isòtop 40 del [[potassi]] (K-40).
 
La unitat del [[Sistema Internacional d'Unitats]] per a la desintegració radioactiva (tant per a la [[radioactivitat natural]] com per a l'artificial) és el [[Becquerel (unitat)|Becquerel]] (Bq). Una antiga unitat havia estat el [[curie]] (Ci), que primer es va definir com l'activitat d'un gram de l'isòtop 226 del [[Radi (element)|radi]] en estat pur i després com l'activitat d'un radionúclid amb una taxa de desintegració de 3,7 × 10<sup>10</sup> Bq.
 
La '''desintegració radioactiva''' designa també la transformació espontània, amb el pas del temps, dels [[àtom]]s d'un [[element químic]], en un o més elements distints. És diu també [[radioactivitat]]. La radioactivitat no es dóna en tots els [[isòtop]]s, sinó en els isòtops inestables ([[radioisòtop]]s).
 
No s'ha de confondre la radioactivitat, entesa com a desintegració radioactiva, amb l'absorció, i emissió de [[fotó|fotons]] per algunes molècules, per exemple el [[diòxid de carboni|CO<sub>2</sub>]]; ja que si bé, des del punt de la física suposa un procés similar a la desintegració, per que implica la absorció, o emissió, de partícules, per una altre partícula, en el segon cas no canvia el [[nombre atòmic]] de cap element.
 
== Descripció ==
[[Fitxer:Alfa beta gamma radiation.svg|280px|thumb|right|Aquest diagrama mostra la constitució i poder de penetració de diferents radiacions ionitzants. Les partícules alfa són aturades per una fulla de paper mentre que per aturar les beta cal una placa d'[[alumini]]. Finalment, la radiació gamma és frenada per la matèria però calen 4 m de [[plom]] per aturar-les]]
Cada [[àtom]] és format per un [[nucli atòmic]], constituït per un cert nombre de [[neutrons]], [[Protó|protons]] i d'[[Electró|electrons]]. Totes les [[Partícula subatòmica|partícules subatòmiques]] es governen segons diversos tipus d'interaccions:
* La [[força nuclear forta]], que no és observable a escala [[Macroscòpic|macroscòpica]], és la més important a distàncies subatòmiques.
* La [[Llei de Coulomb|força electrostàtica]] té la seva importància.
* La '''[[força nuclear feble]]''' que és la responsable de les [[Emissió beta|emissions beta]].
 
Els protons, en ser [[Càrrega elèctrica|carregats]] positivament, tendeixen a repel·lir-se a causa de la [[llei de Coulomb]] de tal manera que si no hi hagués d'altres [[Força|forces]] el nucli no seria estable. La força nuclear forta és la responsable principal de la cohesió del nucli atòmic i requereix de la presència de neutrons per a manifestar-se. Quan les forces a l'interior del nucli no són en un estat d'equilibri, el nucli és inestable i tendeix espontàniament a assolir un estat estable per mitjà de l'emissió d'una o més partícules. Històricament, a partir dels estudis de Marie Curie les radiacions es van classificar en tres grups principals:
 
* [[Partícula alfa|partícules α]]
* [[Emissió beta|partícules β]]
* [[Radiació gamma|radiació γ]]
 
Posteriors investigacions van identificar altres tipus com l'[[emissió de neutrons]], l'[[emissió de protons]], la [[captura electrònica]] o la [[fissió espontània]] entre d'altres. Mentre l'emissió alfa i l'emissió beta canvien el nombre de protons del nucli i, en conseqüència, el nombre d'electrons, canviant la natura química del mateix àtom; les radiacions gamma succeeixen només en estats excitats del nucli i només comporten la pèrdua d'energia.
 
La pèrdua d'energia per desintegració radioactiva d'un [[núclid]] inestable, per tenir un excés de [[Protó|protons]], de [[neutrons]] o de tots dos, ocasionarà que es transformi en un núclid més estable. Per exemple, un àtom de [[carboni-14]] emet radiacions i es transforma en un àtom de [[nitrogen]]-14. El procés de desintegració és [[Atzar|aleatori]] i no és possible predir quin serà el nucli que es desintegrarà, tanmateix, donada una gran quantitat d'àtoms similars, és possible determinar la taxa mitjana de desintegració.
 
El procés de desintegració és dirigit per consideracions d'[[entropia]], l'energia no canvia però al final es troba més difosa a l'espai. Una reacció d'aquest tipus és una [[reacció nuclear]] que comporta canvis a l'estructura del nucli, en contrast amb una [[reacció química]], que també segueix consideracions d'entropia, però que només ocasiona canvis en la distribució dels electrons exteriors dels àtoms en comptes del nucli.
 
Algunes reaccions nuclears necessiten que hi hagi implicada una font exterior d'energia, en forma de col·lisions amb partícules exteriors. Tanmateix, aquest tipus de reacció no es considera una "desintegració" sinó una reacció nuclear induïda, la [[fissió nuclear]] i la [[fusió nuclear]] són dos exemples de reaccions nuclears induïdes.
 
== Història ==
La radioactivitat va ser descoberta el [[1896]] pel científic [[França|francès]] [[Henri Becquerel]] mentre treballava sobre el fenomen de la [[fosforescència]]. Els materials fosforescents emeten una radiació lluminosa a la foscor després d'haver estat exposats a la [[llum]], Becquerel va pensar que la radiació que es produïa als [[Tub de raigs catòdics|tubs de raigs catòdics]] en ser exposats als [[raigs X]] podia estar relacionada amb la fosforescència. Va experimentar a posar diferents substàncies fosforescents sobre una placa fotogràfica embolcallada en un paper negre, però tots els experiments van resultar negatius i no impressionaven la placa tret d'aquells als que havia utilitzat sals d'urani. Aviat va quedar clar que la impressió de la placa no tenia res a veure amb la fosforescència perquè es produïa fins i tot sense que l'urani hagués estat exposat a la llum. A més tots els composts d'urani impressionaven la placa, fins i tot els que no eren fosforescents i l'urani [[Metall|metàl·lic]], havia de tractar-se d'una forma de radiació capaç de travessar el paper.
 
A primera vista la nova radiació semblava similar als raigs X, que havien estat descoberts l'any [[1895]] pel físic [[Alemanys|alemany]] [[Wilhelm Röntgen]]. Estudis posteriors de Becquerel, [[Marie Curie]] per consell del seu marit [[Pierre Curie]], [[Ernest Rutherford]] i d'altres van descobrir que la radioactivitat era força més complexa que els raigs X. Rutherford fou el primer a adonar-se que totes les formes de desintegració segueixen aproximadament la mateixa fórmula exponencial.
 
Es va trobar que un [[camp elèctric]] o [[Camp magnètic|magnètic]] separava les radiacions en tres feixos diferents, que van batejar com α, β i γ. La direcció de la desviació dels feixos mostrava que les partícules α transportaven una [[càrrega elèctrica]] positiva, les β una càrrega negativa i les γ eren neutres. D'altra banda la magnitud de la [[refracció]] indicava que les partícules α eren més massives que les β.
 
Fent passar les raigs α per un [[tub de descàrrega]] i estudiant les [[Línia espectral|línies espectrals]] produïdes s'arriba a la conclusió que la radiació alfa és formada per [[Nucleó|nucleons]] d'[[heli]] (He-4). D'altres experiències van permetre d'establir que la radiació beta és composada per [[Electró|electrons]] com les partícules emeses a un [[tub de raigs catòdics]] i que les radiacions gamma són com els raigs X, formades per [[Fotó|fotons]], [[radiació electromagnètica]] d'alta energia.
 
Tot i que les radiacions alfa, beta i gamma són els tipus de desintegració radioactiva més comuns, es van descobrir d'altres tipus. Poc després del descobriment del [[neutró]] el [[1932]], [[Enrico Fermi]] va trobar que algunes reaccions de desintegració emeten neutrons. D'altra banda, ocasionalment es va observar l'[[emissió de protons]] an alguns elements. Després del descobriment dels [[Positró|positrons]] als [[raigs còsmics]] es va trobar que el mateix procés es produïa a l'[[emissió beta]], que podia produir [[emissió de positrons]] i de manera anàloga a la ja coneguda emissió d'electrons. Cadascun dels dos tipus d'emissió beta actua per tal de portar el nucli cap a una relació de neutrons i protons que tingui la mínima energia.
 
Es van descobrir d'altres tipus de desintegració radioactiva que emetien partícules prèviament identificades però degudes a mecanismes diferents. Un exemple en seria la [[conversió interna]] que produeix un electró i de vegades una emissió de fotons d'alta energia, fins i tot si no implica ni una emissió beta ni gamma.
 
Els primers investigadors també van descobrir que molts d'altres [[element químic|elements químics]] tenen [[isòtop]]s radioactius. La cerca sistemàtica de les fonts de radiació al mineral d'urani van portar a Marie Curie, després de tractar algunes tones de pechblenda, una mena d'[[uraninita]] (òxid d'urani, UO<sub>2</sub>), al descobriment d'un nou element, el [[poloni]] (Po) i a aconseguir aïllar alguns mil·ligrams de [[Radi (element)|radi]] del [[Bari (element)|bari]], tots dos tenen unes propietats químiques similars, tots dos són metalls [[alcalinoterri]]s que es diferencien per la radioactivitat del radi.
 
El perill de la radioactivitat i la radiació per a la salut no va se reconegut immediatament, el [[1896]][[Nikola Tesla]] va sotmetre voluntàriament els seus [[dit]]s a una irradiació per raigs X constatant uns efectes aguts que consistien en cremades importants, però ell ho va atribuir a la presència d'[[ozò]] i no als raigs X. D'altra banda, els efectes mutants de les radiacions, en especial el risc de [[càncer]], no van ser descoberts fins el [[1927]] per [[Hermann Joseph Muller]] (el [[1946]] rebria el [[Premi Nobel]] pels seus descobriments. Abans que els efectes nocius de les radiacions sobre els teixits biològics fossin coneguts, alguns metges i certes empreses van atribuir a les substàncies radioactives propietats terapèutiques, el radi, en particular, va ser popular com a tonificant i va ser prescrit en forma d'amulets i pastilles. Marie Curie es va enfrontar a aquella moda argumentant que els efectes de les radiacions sobre el cos no eren encara ben coneguts (La Mateixa Curie moriria a causa d'una [[anèmia aplàstica]], en principi es va pensar que a causa del seu treball amb el radi, però una anàlisi més acurada dels seus [[os]]sos revelaria que havia estat molt curosa ateses les baixes traces de radi trobades. Es considera que la causa fou la seva exposició als tubs de raigs X sense protecció com a voluntària durant un treball mèdic al WWI). Durant els [[Dècada del 1930|anys 30]] una sèrie de morts que es van poder relacionar amb la utilització de productes que contenien radi van acabar amb aquella moda.
 
== Processos de desintegració ==
 
La primera diferenciació dels diferents tipus de desintegració es va fer quan es va descobrir que els camps [[Camp elèctric|elèctrics]] i [[Camp magnètic|magnètics]] podien dividir les emissions dels materials radioactius en dos feixos. A falta d'altres termes més adients, es va començar a utilitzar l'[[alfabet grec]] i així tenim termes com [[partícula alfa]], [[partícula beta]] o [[radiació gamma]] que encara s'utilitzen avui dia. Mentre la [[desintegració alfa]] només s'observa als elements més pesants (aquells que tenen un [[nombre atòmic]] igual o superior a 52), mentre que els altres dos tipus és present a tots els elements.
 
En analitzar la natura dels productes de la desintegració, va ser obvi a partir de l'observació de la direcció de la [[força electromagnètica]] que la desintegració alfa comportava càrregues positives, les partícules beta transportaven càrrega negativa i la radiació gamma era neutra elèctricament. I a partir de la magnitud de la deflexió es va deduir clarament que les partícules alfa eren molt més massives que les de tipus beta. Fent passar partícules alfa a través d'una petita finestra de vidre molt prim i atrapant-les a una [[làmpada de neó]] va permetre els investigadors d'estudiar l'[[espectre d'emissió]] del gas resultant i demostrar que aquestes partícules eren nuclis d'[[heli]]. D'altres experiments van mostrar la similitud entre la radiació beta i els [[raigs catòdics]]; ambdós eren feixos d'electrons.
 
Encara que les desintegracions de tipus alfa, beta i gamma són les més comunes, finalment es van descobrir d'altres tipus. Poc després del descobriment del [[neutró]] l'any [[1932]], [[Enrico Fermi]] va trobar algunes desintegracions rares que cedien neutrons. L'[[emissió de protons]] va ser observada en alguns elements. Poc després del descobriment del [[positró]] als [[raigs còsmics]], els investigadors se n'adonaren que a la desintegració beta es produïa un procés similar i podia produir positrons ([[emissió de positrons]]) de manera anàloga a la producció d'electrons. Cadascun d'aquests dos tipus de desintegració beta actua per tal de portar els nuclis ver una relació de neutrons i protons amb l'energia més baixa possible. També hi ha un fenomen anomenat [[desintegració de cluster]] on es produeixen combinacions específiques de neutrons i protons i en ocasions s'emeten partícules alfa dels àtoms.
 
Encara es van descobrir més tipus de desintegració, amb les mateixes partícules prèviament detectades, però amb mecanismes de funcionament diferents. Un exemple seria la [[conversió interna]] que produeix una emissió d'un electró i de vegades d'un fotó d'alta energia sense que això impliqui ni una desintegració beta o gamma.
 
=== Tipus de desintegració ===
Els nuclis dels materials radioactius poden patir diferents tipus de reaccions que es mostren a la taula següent. Un nucli amb [[nombre màssic]] ''A'' i [[nombre atòmic]] ''Z'' es representa a la taula com (''A'', ''Z''). La columna denominada ''Diferència'' mostra la diferència entre el nou nucli i l'original, així (''A''–1, ''Z'') significa que el nombre màssic ha disminuït en una unitat mentre que el nombre atòmic roman inalterat.
 
{| class="wikitable"
|- bgcolor="#eee0e0" style="white-space: nowrap"
! Tipus de desintegració!! Partícules implicades !! Diferència
|-
|bgcolor=#cccccc colspan=3 | '''Desintegració amb emissió de nucleons:'''
|-
|[[Desintegració alfa]] || Una [[partícula alfa]] (''A''=4, ''Z''=2) és emesa pel nucli || (''A''–4, ''Z''–2)
|-
|[[Emissió de protons]] || Un protó és expulsat del nucli || (''A''–1, ''Z''–1)
|-
|[[Emissió de neutrons]] || Un neutró és expulsat del nucli || (''A''–1, ''Z'')
|-
|[[Doble emissió de protons]] || Dos protons són expulsats simultàniament del nucli|| (''A''–2, ''Z''–2)
|-
|[[Fissió espontània]] || Els nuclis es desintegren en dos o més nuclis més petits i d'altres partícules||
|-
|[[Desintegració de clusters]] || Els nuclis emeten un tipus específic de petits nuclis (''A''<sub>1</sub>, ''Z''<sub>1</sub>) més petits o més grans que una partícula alfa || (''A''–''A''<sub>1</sub>, ''Z''–''Z''<sub>1</sub>) + (''A''<sub>1</sub>,''Z''<sub>1</sub>)
|-
|bgcolor=#cccccc colspan=3 | '''Diferents tipus de desintegració beta:'''
|-
|[[Emissió beta negativa]] || Un nucli emet un electró i un [[antineutrí]] || (''A'', ''Z''+1)
|-
|[[Emissió de positrons]], o emissió beta positiva || Un nucli emet un [[positró]] i un [[neutrí]] || (''A'', ''Z''–1)
|-
|[[Captura electrònica]] || Un nucli captura un electró dels propis orbitals i emet un neutrí&nbsp;— El nucli resultant queda en un estat excitat i inestable || (''A'', ''Z''–1)
|-
|[[Doble desintegració beta]] || Un nucli emet dos electrons i dos antineutrins || (''A'', ''Z''+2)
|-
|[[Doble captura electrònica]] || Un nucli absorbeix dos electrons dels seus orbitals i emet dos neutrins&nbsp;— El nucli resultant queda en un estat excitat i inestable || (''A'', ''Z''–2)
|-
|[[Captura electrònica amb emissió de positrons]] || Un nucli absorbeix un electró dels seus orbitals, emet un positró i dos neutrins || (''A'', ''Z''–2)
|-
|[[Doble emissió de positrons]] || Un nucli emet dos positrons i dos neutrins || (''A'', ''Z''–2)
|-
|bgcolor=#cccccc colspan=3 | '''Transicions entre diferents estats del mateix nucli:
|-
|[[Transició isomèrica]] || El nucli excitat emet un fotó d'alta energia ([[radiació gamma]]) || (''A'', ''Z'')
|-
|[[Conversió interna]] || El nucli excitat transfereix energia a un electró dels seus orbitals i és expulsat de l'àtom || (''A'', ''Z'')
|}
 
La desintegració radioactiva comporta una reducció de la [[massa en repòs]] total, un cop l'energia alliberada (''l'energia de desintegració'') ha sortit. L'energia comporta massa (vegeu [[Relativitat especial#Equivalència de la massa i l'energia|Equivalència de la massa i l'energia a la relativitat especial]]) d'acord amb l'equació <math>E = mc^2</math>. L'energia de desintegració s'allibera com a l'[[energia cinètica]] de les partícules emeses. Més tard aquestes partícules arriben a un [[equilibri termodinàmic]] amb el seu entorn. L'energia continua associada amb la mesura de la massa invariant del sistema, tant l'energia cinètica de les partícules emeses primer i com després l'energia tèrmica del la matèria circumdant contribueixen a la massa invariant total del sistema. Això significa que la suma de la massa invariant de les partícules no es [[Llei de conservació|conserva]] en el procés de desintegració, però si que es conserva la massa invariant del sistema com a sistema total d'energia.
 
=== Cadena de desintegració ===
Els nuclis resultants de la desintegració també poden ser inestables (radioactius), i en aquest cas també es desintegraran produint radiació. El segon nucli resultant també pot ser radioactiu i així successivament, el que porta a una cadena de diferents processos de desintegració fins que s'arriba a la producció d'un nucli estable. Aquesta procés seqüencial rep el nom de [[cadena de desintegració]].
 
Un exemple és la cadena de desintegració de l'[[urani]]-238, que seria com segueix:
 
* desintegració mitjançant una emissió alfa, amb un [[període de semidesintegració]] de 4.468 milions d'[[any]]s, vers el [[tori]]-234
* al seu torn es desintegra mitjançant una emissió beta, amb un període de semidesintegració de 24 dies, vers el [[protoactini]]-234
* al seu torn es desintegra mitjançant una emissió beta, amb un període de semidesintegració de 1,2 [[minut]]s, vers l'urani-234
* al seu torn es desintegra mitjançant una emissió alfa, amb un període de semidesintegració de 240.000 anys, vers el tori-230
* al seu torn es desintegra mitjançant una emissió alfa, amb un període de semidesintegració de 77.000 anys, vers el [[Radi (element)|radi]]-226
* al seu torn es desintegra mitjançant una emissió alfa, amb un període de semidesintegració de 1.600 anys, vers el [[radó]]-222
* al seu torn es desintegra mitjançant una emissió alfa, amb un període de semidesintegració de 3,8 dies, vers el [[poloni]]-218
* al seu torn es desintegra mitjançant una emissió alfa, amb un període de semidesintegració de 3,1 minuts vers el [[plom]]-214
* al seu torn es desintegra mitjançant una emissió beta, amb un període de semidesintegració de 27 minuts vers el [[bismut]]-214
* al seu torn es desintegra mitjançant una emissió beta, amb un període de semidesintegració de 20 minuts vers el poloni-214
* al seu torn es desintegra mitjançant una emissió alfa, amb un període de semidesintegració de 160 [[microsegon]]s vers el plom-210
* al seu torn es desintegra mitjançant una emissió beta, amb un període de semidesintegració de 22 anys vers el bismut-210
* al seu torn es desintegra mitjançant una emissió beta, amb un període de semidesintegració de 5 dies vers el poloni-210
* al seu torn es desintegra mitjançant una emissió alfa, amb un període de semidesintegració de 140 dies vers el plom-206, que té un nucli estable.
 
Alguns radionuclis poden presentar més d'un procés de desintegració, per exemple, en el cas del bismut-212 un 36% aproximadament es desintegra mitjançant l'emissió alfa en [[tal·li]]-208 mentre que l'aproximadament 64% restant ho fa mitjançant una emissió beta veres el poloni-212. Ambdós productes són també radioactius i es desintegren directament vers el plom-208 que és estable.
 
=== Ritme de desintegració ===
El '''ritme de desintegració''' o '''activitat''' d'una substància radioactiva es caracteritza per:
 
Magnituds ''constants'':
* [[període de semidesintegració]]&nbsp;— simbolitzat ''t''<sub>1/2</sub>&nbsp;— és el temps necessari perquè es desintegri la meitat d'una determinada quantitat d'una substància radioactiva.
* [[vida mitjana]]&nbsp;— simbolitzat ''τ''&nbsp;— és la vida mitjana d'una partícula radioactiva.
* [[constant de desintegració]]&nbsp;— simbolitzat ''λ''&nbsp;— és la inversa de la vida mitjana.
 
Encara que aquestes magnituds són constants, són associades amb el comportament estadístic de les poblacions dels àtoms, i, en conseqüència, les prediccions a les que es pot arribar utilitzant aquestes constants són menys precises per a un nombre petit d'àtoms.
 
Magnituds ''variables amb el temps'':
* '''Activitat total'''&nbsp;— simbolitzat ''A''&nbsp;— nombre de desintegracions per segon que pateix un objecte.
* '''Nombre de partícules'''&nbsp;— simbolitzat ''N''&nbsp;— nombre total de partícules que hi ha a la mostra.
* '''Activitat específica'''&nbsp;— simbolitzat ''S<sub>A</sub>''&nbsp;— nombre de desintegracions per segon per quantitat de substància. (La "quantitat de substància" pot ser el seu volum o la seva massa.)
 
Aquestes magnituds es relacionen d'aquesta manera:
:<math> t_{1/2} = \frac{\ln(2)}{\lambda} = \tau \ln(2)</math>
:<math> A = - \frac{dN}{dt} = \lambda N </math>
:<math> S_A a_0 = - \frac{dN}{dt}\bigg|_{t=0} = \lambda N_0 </math>
on ''a''<sub>0</sub> és la quantitat inicial de substància activa&nbsp;— substància que té el mateix percentatge de partícules inestables que quan es va formar.
 
==== Mesura de l'activitat radioactiva ====
Al [[Sistema Internacional]] d'unitats l'activitat radioactiva es mesura en [[Becquerel (unitat)|becquerels]] (simbolitzat Bq), una unitat que es defineix com la radioactivitat d'una quantitat de material radioactiu a la que es desintegra un nucli per [[segon]].
 
Una vella unitat era el curie (simbolitzat Ci) que equivalia a 3,7x10<sup>10</sup> Bq.
 
Alguns valors de l'activitat de substàncies radioactives:
* 0,0001 Bq / [[gram|g]] = Radioactivitat natural de l’aigua dolça.
* 1 Bq / g = Radioactivitat natural típica dels [[granit]]s
* 10 000 Bq / g = Radioactivitat d’un mineral d’[[urani]].
* 1 GBq / g (10<sup>9</sup>) = Activitat específica del [[plutoni]]-239
 
== Temps de desintegració ==
La desintegració dels nuclis inestables és un procés aleatori i no podem predir quan es desintegrarà un determinat àtom, tanmateix la probabilitat de desintegració és la mateixa per a qualsevol moment. Per tant, donada una mostra d'un radioisòtop particular, el nombre de desintegracions −''dN'' que s'espera que es produeixen durant un petit interval de temps ''dt'' serà proporcional al nombre d'àtoms presents. Si ''N'' és el nombre d'àtoms llavors la probabilitat de desintegració (−''dN''/''N'') serà proporcional a ''dt'':
 
:<math> \left(-\frac{dN}{N} \right) = \lambda \cdot dt.</math>
 
Cada tipus de radionucli es desintegra a un ritme diferent, cadascun presenta la seva [[constant de desintegració]] particular (''λ''). El signe negatiu indica que ''N'' disminueix amb cada ocurrència d'una desintegració. La solució a aquesta [[equació diferencial]] de primer ordre és la següent [[funció matemàtica]]:
 
:<math>N(t) = N_0\,e^{-{\lambda}t} = N_0\,e^{-t/ \tau}. \,\!</math>
 
On ''N''<sub>0</sub> és el valor de ''N'' en el moment inicial (''t'' = 0). A la segona equació s'observa que el diferencial de la constant de desintegració ''λ'' té per unitats 1/temps, i pot ser representada com 1/''τ'', on ''τ'' és el temps característic per al procés, i rep el nom de [[constant de temps]] del procés. En la desintegració radioactiva aquest temps de procés és també la [[vida mitjana]] de la desintegració dels àtoms. Cada àtom ''viu'' durant un període de temps finit abans de desintegrar-se i es pot demostrar que aquesta vida mitjana és la [[mitjana aritmètica]] de la vida de tots els àtoms, que és ''τ'', que es relaciona amb la constant de desintegració d'aquesta manera:
 
:<math>\tau = \frac{1}{\lambda}.</math>
 
L'anterior [[funció exponencial]] representa generalment el resultat d'una [[desintegració exponencial]], però només es tracta d'una solució aproximada per dues raons: la primera és que aquesta funció és [[Funció contínua|contínua]], però la magnitud física ''N'' només pot prendre valors [[Nombre natural|sencers positius]]; i la segona perquè descriu un procés aleatori i, per tant només és certa estadísticament. Tot i això, en els casos més habituals ''N'' és un nombre extremadament gran, comparable amb el [[nombre d'Avogadro]], i la funció és una bona aproximació.
 
=== Període de semidesintegració ===
 
Un paràmetre habitualment utilitzat és el de [[període de semidesintegració]]. Donat una mostra d'una substància radioactiva particular, el seu període de semidesintegració serà el temps necessari per tal que la meitat dels radionuclis es desintegrin. Aquest concepte està relacionat amb la constant de desintegració d'aquesta manera:
 
:<math>t_{1/2} = \frac{\ln 2}{\lambda} = \tau \ln 2. </math>
 
Aquesta relació entre el període de semidesintegració i la constant de desintegració mostra que les substàncies altament radioactives es consumeixen ràpidament, mentre que les que radien menys duren més. El període de semidesintegració dels radionuclis coneguts varia àmpliament, des de més de 10<sup>19</sup> anys per als més estables (com per exemple el [[Bismut|Bi]]-209) fins 10<sup>−23</sup> segons per als més inestables.
 
El factor '''ln2''' que apareix a les equacions anteriors apareix pel simple fet de seleccionar el [[nombre e]] com la base de l'expressió. La constant de temps '''τ''' és ''1/e'' de la vida (amb un temps de només 1/e = roman un 36,8% aproximadament) en comptes de ''1/2'' de la vida d'un radionucli on roman el 50% (així, '''τ''' és més gran que '''t<sub>½</sub>'''). De manera que és fàcil deduir que l'equació següent és vàlida:
 
:<math>N(t) = N_0\,e^{-t/ \tau} =N_0\,2^{-t/t_{1/2}}. \,\!</math>
 
Mentre que la desintegració radioactiva és exponencial amb una probabilitat constant, cada procés pot ser descrit amb una constant de temps per a períodes particulars, podrien utilitzar ''1/3'' de la vida (el temps necessari per que desaparegui 1/3) o ''1/10'' (el temps necessari per la desaparició del 10% de la substància), etc. El fet d'haver escollit '''τ''' i '''t<sub>½</sub>''' és només per convenció. Reflexa un principi fonamental només en tant que mostra la mateixa proporció d'una substància radioactiva donada que es desintegrarà durant el període de temps escollit.
 
== Perills de les substàncies radioactives ==
[[Fitxer:Radiation warning symbol.jpg|thumb|right|150px|Símbol per al perill de [[radiació ionitzant]]<ref>El nou logotip va se introduït el [[15 de febrer]] del [[2007]] per l'[[Agència Internacional de l'Energia Atòmica]] i la [[Organització Internacional per a l'Estandardització]] (ISO 21482:2007).</ref>]]
Els perills de la radioactivitat i la [[radiació]] no van ser reconeguts fins molt després d'haver descobert aquests fenòmens. Els primers efectes nocius en ser observat van ser els dels [[raigs X]] el [[1876]] quan [[Nikola Tesla]] va publicar els resultats de l'exposició voluntària dels seus [[dit]]s a una radiació d'aquest tipus, Tesla va descriure les cremades que va patir però les va atribuir a l'[[ozó]] en comptes de a la radiació. Les seves ferides es van curar.
 
Els efectes [[Genètica|genètics]] de la radiació, inclosos el risc de desenvolupar un [[càncer]] van ser reconeguts molt més tard. El [[1927]] [[Hermann Joseph Muller]] va publicar investigacions mostrant efectes genètics, pels seus descobriments seria premiat amb el [[Premi Nobel de Medicina o Fisiologia]] el [[1946]].
 
Abans de que els efectes biològics de les radiacions fossin coneguts, molts físics i empreses havien promocionat les substàncies radioactives com a [[medicament]]s o substàncies curatives. Exemples en serien els tractaments amb [[Ènema|ènemes]] de [[radi (element)|radi]] o les [[Aigua|aigües]] amb radia per ser preses com a tònic. [[Marie Curie]] va parlar contra aquests tipus de tractaments, alertant dels efectes de la radiació sobre el cos humà, però no va ser entesa. (Marie moriria a causa d'una [[anèmia aplàstica]] i es va considerar que era a a causa del seu treball amb el radi, però anàlisis posteriors dels seus ossos indicarien que la radiació procedia dels raigs X als que havia estat exposada durant un treball mèdic com a voluntària). A la [[dècada del 1930]], després d'un cert nombre de necrosi d'ossos i morts entre els entusiastes dels productes amb radi aquest tipus de producte gairebé va desaparèixer del mercat.
 
== Referències ==
{{referències}}
 
== Vegeu també ==
<div style="-moz-column-count:3; column-count:3;">
* [[Datació radiomètrica]]
* [[Dosi absorbida]]
* [[Dosi eficaç]]
* [[Dosi equivalent]]
* [[Física nuclear]]
* [[Període de semidesintegració]]
* [[Química nuclear]]
* [[Radiació]]
* [[Radiació ionitzant]]
* [[Radioteràpia]]
* [[Reactor nuclear]]
* [[Taula de núclids (combinada)|Taula de núclids]]
</div>
 
== Bibliografia ==
* Stolz, Werner: ''Radioaktivität. Grundlagen, Messung, Anwendungen'', 2005, Teubner, ISBN 978-3519530220
* B. Povh, K. Rith, C. Scholz, Zetsche: ''Teilchen und Kerne. Eine Einführung in die physikalischen Konzepte'', 2006, Springer, ISBN 978-3540366850
* K. Bethge, G. Walter, B. Wiedemann: ''Kernphysik'', 2001, Springer, ISBN 978-3540414445
* Krieger, Hanno: ''Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes'', 2007, Teubner, ISBN 978-3835101999
* [[Agència Internacional de l'Energia Atòmica|IAEA]]: ''IAEA Safety Glossary. Terminology Used in Nuclear Safety and Radiation Protection'', 2007, IAEA Publications, ISBN 92-0-100707-8
* M. G. Stabin: ''Radiation Protection and Dosimetry. An Introduction to Health Physics'', 2007, Springer, ISBN 978-0387499826
* Knoll, Glenn: ''Radiation Detection and Measurement'', 2007, Wiley & Sons, ISBN 978-0471073383
 
{{Processos nuclears}}
{{1000 Ciències naturals}}
 
[[Categoria:Radioactivitat| ]]
 
[[af:Radioaktiwiteit]]
[[als:Radioaktivität]]
[[an:Radioactividat]]
[[ar:نشاط إشعاعي]]
[[ast:Radiactividá]]
[[az:Radioaktivlik]]
[[be:Радыеактыўны распад]]
[[be-x-old:Радыяактыўнасьць]]
[[bg:Радиоактивност]]
[[bn:তেজস্ক্রিয়তা]]
[[bs:Radioaktivnost]]
[[cs:Radioaktivita]]
[[cy:Dadfeilio ymbelydrol]]
[[da:Radioaktivitet]]
[[de:Radioaktivität]]
[[el:Ραδιενέργεια]]
[[en:Radioactive decay]]
[[eo:Radiaktiveco]]
[[es:Radiactividad]]
[[et:Radioaktiivsus]]
[[eu:Desintegrazio erradioaktibo]]
[[ext:Radioativiá]]
[[fa:واپاشی هسته‌ای]]
[[fi:Radioaktiivisuus]]
[[fr:Radioactivité]]
[[ga:Meath radaighníomhach]]
[[gl:Radiactividade]]
[[he:רדיואקטיביות]]
[[hr:Radioaktivnost]]
[[ht:Radyo-aktivite]]
[[hu:Radioaktivitás]]
[[ia:Radioactivitate]]
[[id:Peluruhan radioaktif]]
[[is:Geislavirkni]]
[[it:Radioattività]]
[[ja:放射性崩壊]]
[[kn:ವಿಕಿರಣಶೀಲ ಅಪಕರ್ಷಣ]]
[[ko:방사성 감쇠]]
[[la:Radioactivitas]]
[[lt:Radioaktyvumas]]
[[lv:Radioaktivitāte]]
[[mk:Радиоактивност]]
[[ml:ആണവവികിരണം]]
[[ms:Reputan radioaktif]]
[[nds:Radioaktivität]]
[[nl:Radioactiviteit]]
[[nn:Radioaktivitet]]
[[no:Radioaktivitet]]
[[oc:Radioactivitat]]
[[pl:Radioaktywność]]
[[pnb:تابکاری]]
[[pt:Desintegração radioativa]]
[[qu:Illanchaykuy]]
[[rm:Radioactivitad]]
[[ro:Radiație]]
[[ru:Радиоактивный распад]]
[[sh:Radioaktivnost]]
[[simple:Radioactive decay]]
[[sk:Rádioaktívny rozpad]]
[[sl:Radioaktivnost]]
[[sq:Radioaktivitet]]
[[sr:Радиоактивност]]
[[sv:Radioaktivitet]]
[[ta:கதிரியக்கம்]]
[[th:การสลายตัวของสารกัมมันตรังสี]]
[[tr:Radyoaktivite]]
[[uk:Радіоактивність]]
[[ur:اشعاعی تنزل]]
[[vi:Phóng xạ]]
[[war:Dunot radyoaktibo]]
[[zh:放射性]]