Ejercicio resuelto de Física nuclear · Física · 2022

Escriba las reacciones nucleares que tienen lugar cuando el neptunio (Np-241) se desintegra emitiendo dos partículas $\beta$ seguidas de una partícula $\alpha$. Puede ayudarse del siguiente fragmento de la tabla periódica para obtener la información necesaria; incluya los números atómicos.

90	91	92	93	94	95	96 Th	Pa	U	Np	Pu	Am	Cm Torio	Protactinio	Uranio	Neptunio	Plutonio	Americio	Curio

Las reacciones nucleares deben cumplir la conservación del número másico y del número atómico, y eso es lo que permite escribirlas paso a paso.

En una desintegración $\beta^-$ un neutrón del núcleo se transforma en un protón, emitiendo un electrón:

$^{1}_{0}\text{n}\ \longrightarrow\ ^{1}_{1}\text{p} + ^{\ \ 0}_{-1}\beta$

de modo que el número másico no cambia y el número atómico aumenta en una unidad.

En una desintegración $\alpha$ el núcleo emite un núcleo de helio, $^{4}_{2}\text{He}$, con lo que pierde cuatro unidades de número másico y dos de número atómico.

El neptunio tiene número atómico $93$, según la tabla del enunciado. Partiendo del $^{241}_{\ 93}\text{Np}$:

Primera desintegración $\beta$, que lleva al elemento de número atómico $94$, el plutonio:

$^{241}_{\ 93}\text{Np}\ \longrightarrow\ ^{241}_{\ 94}\text{Pu} + ^{\ \ 0}_{-1}\beta$

Segunda desintegración $\beta$, que lleva al número atómico $95$, el americio:

$^{241}_{\ 94}\text{Pu}\ \longrightarrow\ ^{241}_{\ 95}\text{Am} + ^{\ \ 0}_{-1}\beta$

Y finalmente la desintegración $\alpha$, que resta dos al número atómico —de $95$ a $93$, otra vez neptunio— y cuatro al másico:

$^{241}_{\ 95}\text{Am}\ \longrightarrow\ ^{237}_{\ 93}\text{Np} + ^{4}_{2}\alpha$

El proceso completo puede resumirse en una sola línea:

$^{241}_{\ 93}\text{Np}\ \longrightarrow\ ^{237}_{\ 93}\text{Np} + 2\,^{\ \ 0}_{-1}\beta + ^{4}_{2}\alpha$

Es interesante observar que el núcleo final vuelve a ser neptunio, con el mismo número atómico que el inicial: las dos desintegraciones $\beta$ suben dos unidades y la $\alpha$ las baja. Lo que sí ha cambiado es el número másico, que ha pasado de $241$ a $237$: se trata de otro isótopo del mismo elemento.