Decaimiento por emisón de partículas

El decaimiento radioactivo es un proceso en el cual un núcleo inestable se transforma en otro estable mediante la emisión de partículas y/o fotones.
A continuación describiremos el decaimiento de un núcleo radioactivo por emisión de partículas.

Emisión alfa:
La desintegración alfa es típica de elementos pesados, con un número atómico mayor a 82 que deben reducir su masa para alcanzar la estabilidad nuclear. La partícula alfa, es un átomo de Helio doblemente ionizado, que se forma dentro del núcleo madre, y por ser estable vive un tiempo suficiente para ser expulsado de su origen.

(1)
\begin{align} _Z^AX\longrightarrow{_{Z-4}^{A-4}Y+He^{++}+E_k} \end{align}

Durante la emisión alfa, el núcleo madre transmuta a un elemento con dos protones menos, y reduce su masa atómica en 4. Además se observa la expulsión de la partícula alfa que se mueve con cierta energía cinética Ek.La emisión de la partícula debe darse a través de una barrera de potencial, por lo que solo puede explicarse gracias a la teoría del efecto túnel.
El rango de energías a las que son emitidas las partículas alfa comprenden entre los 2 [Mev] y los 8.78 [Mev]. La característica que poseen estas emisiones para un cierto núcleo es que el espectro de emisión es discreto.
La emisión alfa es de poco interés en medicina nuclear, ya que a pesar de tener una gran cantidad de energía por partícula, poseen un corto rango en materiales sólidos o líquidos. Esto se debe a su gran masa y carga, la cual lo hace interactuar fuertemente con los electrones orbitales, teniendo una penetración no mayor a 0.03 [mm] en tejidos biológicos.

Emisión beta:
Es un tipo de desintegración en la cual un núcleo inestable emite una partícula beta, la cual puede ser un electrón o un positrón, con el fin de optimizar la relación Z/N. En el caso de emitirse un electrón esta emisión se conoce como $\beta^-$ en el caso de emitirse un positrón se llama $\beta^+$. El tipo de partícula que se emitirá dependerá de la transformación que se realice en el núcleo, las cuales se describen a continuación.

Emisión $\beta^-$
Esta emisión se da por que en el núcleo atómico un neutrón es transformado en un protón y un electrón. El proceso puede describirse según:

(2)
\begin{align} n\longrightarrow{p^++e^-+v+E_k} \end{align}

El electrón y el neutrino son expulsados del núcleo llevándose energía cinética producida en el proceso. El electrón emitido se llama partícula $\beta^-$. El neutrino es una partícula sin carga eléctrica, que no interactúa con la materia y por ello es casi indetectable, solo contribuye a la conservación de la energía del proceso radioactivo.
Esquemáticamente el fenómeno puede representarse como:

(3)
\begin{align} _Z^AX\longrightarrow{_{Z+1}^{A}Y+\beta^-+v+E_k} \end{align}

El radionucleido X y el producto Y del proceso, son compuestos químicos diferentes, ya que ahora el núcleo residual queda constituido por Z+1 protones y N-1 neutrones, conservándose A (numero másico) sin variaciones, es un decaimiento isobárico. Por lo mencionado anteriormente, el decaimiento $\beta^-$ resulta en una transmutación de elementos.

Emisión $\beta^+$

En este decaimiento radioactivo, en el núcleo un protón se transforma en un neutrón y un positrón

(4)
\begin{align} p^+\longrightarrow{}n+e^++\bar{v}+E_k \end{align}

La partícula que sale del núcleo junto con la partícula $\beta^+$ o positrón (antipartícula del electrón), con una determinada energía cinética es el antineutrino, de iguales características que el neutrino mencionado anteriormente.
Esquemáticamente este decaimiento puede representarse como:

(5)
\begin{align} _Z^AX\longrightarrow{}_{Z-1}^{A}Y+ \beta^++\bar{v}+E_k \end{align}

Es un decaimiento isobárico, con transmutación de elemento.

La característica esencial de la desintegración beta (positiva o negativa) consiste en que las partículas emitidas por los nucleídos presentan un espectro continuo de energías. Es decir, las energías de los rayos beta varían en forma continua dentro de un intervalo, que depende de cada nucleído y que se halla siempre comprendido entre cero y una energía máxima, característica del nucleído madre.
Generalmente los núcleos hijos resultantes de una desintegración beta (positiva o negativa), se hallan en estados de excitación. La energía de excitación se pierde por emisión de uno o varios rayos gamma por lo cual en estos casos se da una desintegración beta, con la consiguiente radiación gamma.