Francisco Dalmases Moncayo - Fundamentos físicos de la protección radiológica en odontología

- los isótopos naturales del carbono: , todos ellos con 6 protones, pero con 6, 7 y 8 neutrones, respectivamente. El "carbono-12" es el más abundante (99,89%) y el adoptado desde 1961 como referencia para la medida de masas atómicas.

Entre los distintos isótopos de un mismo elemento químico generalmente uno es el que más abunda en la naturaleza: el hidrógeno ordinario en el primer ejemplo, o, como se ha dicho, el en el segundo.

El término "radioisótopo" se aplica a los isótopos cuyos núcleos son radiactivos (radionúclidos o radionucleidos). Resultan de gran utilidad como trazadores en la industria y la ciencia, la biomédica en particular. Según se ha indicado, la radiactividad se comenta como complemento al final del capítulo.

Isótonos, Isóbaros y Isómeros

Se denominan "isótonos" los núclidos que poseen igual número de neutrones N , pero no de protones, e "isóbaros" los núclidos con igual número másico A , pero con distintos números de protones Z y neutrones N que suman el mismo A.

Así, por ejemplo, en la siguiente serie de núclidos, serán isótopos (como sus átomos correspondientes) los de cada uno de los tres grupos:

mientras que serán isóbaros : (ambos con A = 131), así como e isótonos (los tres con N = A - Z = 78), así como

Señalar por último que para una determinada especie nuclear, los protones y neutrones pueden presentar también diferentes estados de energía, correspondientes, a grosso modo, a sus distintas posibilidades de rotación y vibración en el núcleo. Y se denomina "isómero" al núclido que se encuentra en un estado de energía excitado , es decir, con energía superior a la mínima o fundamental. Suele designarse con un superíndice * a la derecha del símbolo:

Un isómero normalmente se desexcita por emisión de energía ("transición isomérica"). Pero en algunas situaciones puede permanecer en el estado excitado el suficiente tiempo como para poder resultar detectable, en cuyo caso se denomina "metaestable" . Se le representa entonces con una 'm' a continuación del número másico de su símbolo. Por ejemplo el , o 'tecnecio-99 metaestable', isótopo del tecnecio que puede permanecer varias horas en su estado excitado y es ampliamente utilizado en medicina nuclear.

1.5 FUERZAS NUCLEARES

Debido a su carga eléctrica positiva, la repulsión electrostática de los protones dentro del exiguo recinto del núcleo es enorme lo que, de no existir algún otro mecanismo atractivo, conduciría a la absoluta disgregación nuclear.

Pero tanto los protones como los neutrones nucleares se encuentran sometidos a un tercer tipo de fuerza atractiva, distinta de la gravitatoria y de la electromagnética, que son las únicas que percibimos en nuestra experiencia cotidiana. Se trata de las "fuerzas nucleares" , que sólo actúan a nivel subatómico pero cuya intensidad es muy superior a la de las otras dos, dentro de su rango de acción: fuerzas de naturaleza distinta a las gravitatorias y electromagnéticas, y mucho más intensas que ellas, que unen entre sí a los protones y neutrones dentro del núcleo atómico .

Las fuerzas nucleares presentan las propiedades distintivas fundamentales relacionadas seguidamente.

• Son de muy corto alcance, del orden de 10 -15m, esto es, las dimensiones nucleares, en contraste con el alcance infinito de las gravitatorias y electromagnéticas. Ello las hace indetectables fuera del núcleo. De otra manera el núcleo crecería atrayendo protones y neutrones adicionales. A menos que una partícula se acerque mucho a un núcleo, ese núcleo parecerá comportarse como una carga puntual positiva, con sus efectos eléctricos correspondientes.

• En su dominio de acción son atractivas y de intensidad considerablemente mayor que las electromagnéticas y, por supuesto, que las gravitatorias; debido a lo cual también se las designa como "interacción fuerte".

• Son independientes de la carga, por lo cual unen entre sí indistintamente a protones y neutrones que, equivalentes en cuanto a la fuerza nuclear, reciben por ello la denominación común de "nucleones".

• Son 'saturadas' en el sentido de que cada nucleón sólo puede interactuar simultáneamente con el reducido grupo de sus vecinos más cercanos y no con todos los demás nucleones del núcleo. Ello permite una distribución uniforme de nucleones, con una densidad prácticamente constante de materia en todo el recinto nuclear.

• A distancias mucho menores que su alcance presentan un 'core' repulsivo, que evita que los nucleones se aplasten entre sí y permite, para una separación media entre nucleones constante, el mantenimiento del volumen nuclear.

• Su energía de unión procede, como se indicó, del defecto de masa nuclear.

En la perspectiva científica actual, las fuerzas nucleares se interpretan, de hecho, como un efecto remanente de la interacción que ejercen entre sí los quarks, subpartículas que a su vez se han revelado como constitutivas de los protones, neutrones y otras partículas elementales. Conocidas todas las partículas así constituidas como 'hadrones' (del griego hadrós: fuerte, denso), las fuerzas nucleares también se designan por ello como "interacción fuerte residual" o "hadrónica".

Radiactividad

¿Es siempre estable el núcleo de un átomo? No. Además de las muchas especies estables existen también numerosas especies nucleares que presentan en la distribución de sus nucleones configuraciones inestables, esto es, configuraciones que las fuerzas nucleares no pueden mantener unidas. Por tanto, cuando uno de tales núcleos, en uno de sus continuos cambios de configuración, pase por una de esas configuraciones inestables, buscará una configuración más estable a través de la emisión de radiación electromagnética y/o corpuscular. Al fenómeno se le denomina "radiactividad" : propiedad de los núcleos inestables de transformarse de forma aleatoria y espontánea, esto es, sin intervención de agentes externos, en otros núcleos distintos con configuración más estable, a expensas de la emisión de radiación electromagnética o corpuscular .