Pep Vañó Piedra
Departament de Física i Química

 

 

Ida Noddack  (1896 – 1978)

Irène Joliot-Curie ( 1897-1956)

Ida Noddack (1896 – 1978)

La possibilitat de la fissió del nucli havia sigut suggerida per la química alemanya Ida Tacke-Noddack, que també treballava a Berlín, i que conjuntament amb el seu home Walter Noddack havia descobert l’element 75, reni (Re). Ida Noddack havia escrit ha propòsit dels experiments de Fermi, un article titulat “ Sobre l’element 93” en el qual deia:  “És possible pensar que en bombardejar nuclis pesants amb neutrons, aquest nuclis es trenquen en diversos fragments més grans, que per suposat podrien ser isòtops d’elements coneguts, però no dels veïns (a la taula periòdica) de l’element irradiat”.

La suggerència d’Ida Tacke fou ignorada i la ciència tingué que esperar quatre anys més per a què es descobrira la fissió nuclear.

Antecedents

De fadrina Ida Eva Tacke, nasqué el 25 de febrer de 1896, fou una química i física alemanya. Fou la primera científica en esmentar la idea de fissió nuclear, en 1934. Juntament amb el seu home Walter Noddack, descobrí l’element reni, de nombre atòmic 75.

Assistí a l’escola superior de xiquetes de Wesel. Posteriorment volgué estudiar en l’escola de Santa Úrsula a Aquisgran que tanmateix no l’admetè. S’examinà com alumna lliure del batxillerat i desprès fou a Berlín per estudiar química a una escola tècnica,  des dels anys 1915-1921 a la Universitat Tècnica de Charlottenburg . En 1921 assolí el doctorat amb una tesi  sobre els anhídrids dels àcids greixosos alifàtics superiors. Posteriorment treballa amb son pare en la fàbrica  de pintures Tacke.

Quan tingué l’oportunitat de continuar investigant , deixà la fábrica i conjuntament amb el químic Walter Noddack es dedicaren a  la recerca dels elements desconeguts  de nombres atòmics 43 i 75.

Fissió nuclear

Noddack criticà amb encert la interpretació química que féu Enrico Fermi dels seus experiments de 1934 sobre bombardeig de neutrons, en la qual postulava que podien haver-se produït els elements transurànids, i que fou amplament acceptada durant alguns anys. L’article que hui es considerat d’importància històrica no tant sols perquè asssenyalà acertadament l’errada en la interpretació química de Fermi, sinó perquè suggerí la possibilitat  què “és concebible que el nucli es trenque en diversos fragments grossos que serien, per suposat, isòtops d’elements coneguts però no veïns de l’element irradiat”. D’aquesta manera es presagiava allò que seria conegut més tard com la fissió nuclear.

Prioridad en el descobrimient de l’ element reni

Noddack  i el seu home cercaren els elements encara desconeguts de nombre atòmic 43 i 75. Tan sols fou confirmat el descobriment del  reni que anunciaren en 1925 a partir dels minerals de platí, columbita ( fins a un 0,2% de reni), gadolinita i molibdenita: a partir de 660 kg de molibdenita obtingueren 1 gram de reni en 1928. No foren capaços d’aïllar l’element 43 i els seus resultats no foren reproduibles.

El reni és el darrer element estable que es va descobrir. Probablement, ja havia estat descobert per MasatakaOgawa, l’any 1908, al Japó, i s’hauria pogut anomenar niponi si Ogawa no hagués cregut i afirmat que havia descobert l’element que és just damunt del reni en la taula periòdica: l’element 43, que hui coneixem amb el nom de tecneci.

Taula periòdica d’Ida Noddack (1925)

 

Ida Noddack estudià la taula periòdica en la primera meitat del segle XX i va ser  co-descobridora de l’últim element no radioactiu aïllat, el  reni

Des del descobriment del reni, van passar molts anys fins que va ser possible disposar-ne en quantitats que permeteren l’ús comercial i, de fet atès que és tan escàs encara hui és car ( estem parlant d’uns quants centenars d’euros per una unça troy, que equival a 31,1035 grams). La major part del reni s’utilitza en els superaliatges de níquel i ferro emprats per a fabricar els àleps de les turbines dels motors dels avions de reacció de combat.

És un metall blanc platejat amb brillantor metàl·lica, pesant ( la seua densitat tan sols la superen el platí, iridi i osmi). És molt dúctil i pot doblar-se, embobinar-se, enrotllart-se, etc. El seu punt de fusió tan sols el superen el wolframi i el carboni.

 

El reni, es comercialitza en forma  de pólvores o  compacta, amb major densitat

El reni s’obté actualment a partir del molibdè: l’òxid es troba en les pólvores de tostació de la molibdenita; per reducció amb hidrogen s’obté l’element en frorma granulosa. Altre mètode consisteix en reducció de perrenat amònic (NH4ReO4) amb hidrògen a elevada temperatura. És estable a l’aire, però a temperatures superiors a 400ºC s’inflama produint-se l’heptaòxid. És també estable als àcids, excepte al sulfúric concentrat.

El reni s’utilitza en contactes elèctrics degut a la seua bona resistència a la fatiga i a la corrosió causada per l’arc elèctric. En fil s’usa en làmpades de flash fotogràfics. S’usa com additiu d’aliatges de wolframi i molibdè, conferint-li propietats molt interessants: les de molibdè són superconductores a 10º K; les de wolframi s’usen com termopars per mesurar temperatures de fins a 2200ºC. Aquests aliatges s’usen en filaments d’espectrògrafs de masses i medidorsd’ions.

Els catalitzadors d’aquest metall són molt resistent a l’enverinament per nitrogen, sofre i fòsfor, per la qual cosa s’utilitzen en molts processos: hidrogenacions.

Es coneix poc sobre la seua toxicitat, per la qual cosa cal manejar-lo amb cura.

Els recursos del reni comprovats a les menes d’EUA s’estimen en uns 5 milions de kilograms. A la resta del món s’estimen en uns 6 milions de kg. Els països productors són: Armènia, Xile, , Kazajstan, Mèxic, Perú, Rússia i Uzbekistan. La majoria del reni que es consumeix a EUA és importat de Xile i Kazajstan, la resta procedeix de Mèxic.

Tecneci

L’element 43 fou produït artificialment en 1937 per Emili Segre i Carlo Perrier en un tros de molibdé, deixalla d’un ciclotró, el qual s’havia sotmés a desintegració β. Fou anomenat tecneci perquè va ser el primer element descobert que no es troba en la natura ( tret d’en certes menes minerals de la pechblenda, fet que es va descobrir al 1962, en quantitats molt petites) sinó que va ser creat artificialment: existeix només gràcies a la tecnologia.

 

Gammagrafia obtinguda quan el 99Tc injectat en un pacient s’ha fixat en les zones de creixement ossí

El tecneci és una rara anomalia, un element radioactiu situat al bell mig del conjunt dels elements més estables i més eficaços de la taula periòdica, els metalls de transició del cinquè període. Hi ha una clara línia divisòria entre els elements estables i els radioactius: els que tenen el nobre atòmic superior al bismut (83) són radioactius; els que el tenen inferior, són tots estables. Per a comptar-ne les excepcions- el tecneci (43) i el prometi (61)- no calen els dits d’una mà.

Però si mai us fessin molt mal els dits o les mans, i hi hagués la possibilitat que fos a causa d’un càncer de l’os, podria ser que us injectessin un isòtop metaestable del tecneci amb un període de semidesintegració particularment curt, el 99Tc, que es fixa al teixit ossi, cosa que permet, mitjançant una càmera que enregistra la radiació gamma emesa, obtenir imatges de les zones on hi ha un creixement anòmal.

El 99Tc és tan radioactiu que, per a transportar-lo, el personal sanitari col·loca les xeringues de tecneci a punt per a ser injectades al pacient en uns contenidors de plom (82) o de tungsté (74) que protegeixen de les radiacions. Com que una part important de la radiació s’escapa fins i tot a través dels contenidors, els carretons amb què es transporten tenen mànecs extraordinàriament  llargs.

Deu intimidar tant veure que un sanitari entra a la vostra habitació amb un dispositiu dissenyat per a mantenir allò que us vol injectar tan lluny d’ell com siga possible. Però el fet és que, mentre que a vosaltres us poden posar una injecció d’aquestes un cop a la vida, el personal mèdic està exposat al material dia rere dia, i ha d’anar amb molt de compte per a evitar acumular una dosi perillosa al llarg dels anys.

Irène Joliot-Curie ( 1897-1956)

Frédéric Joliot (1900-1958) i Irène Curie, marit i muller, parella de físics francesos, aconseguien descobrir quelcom sensacional. Les primeres reaccions nuclears portades amb èxit produïen isòtops que ja se sabia que havien d’existir dins la natura, encara que no s’havia pogut comprovar. Es diu isòtop a cada una de les espècies d’un mateix element químic que difereixen quant a la massa atòmica, puix que en el nucli tenen idèntic nombre de protons, però diferent nombre de neutrons. Els isòtops radioactius són els que sofreixen desintegració radioactiva a causa de llur inestabilitat nuclear, al contrari dels isòtops estables, que no són radioactius. Aquests fenòmens de radioactivitat artificial foren el resultat, doncs, dels treballs que en aquesta data els Joliot-Curie pogueren completar. Es tractava de bombardejar alumini amb partícules alfa.

París, 1897 – 1956. Fisicoquímica francesa, filla de Pierre y Marie Curie. En 1926 es casà amb Jean FrédéricJoliot i adoptà el llinatge Joliot-Curie. La seua filla Helene, famosa física, es casà amb el net de Paul Langevin, i seu fill Pierre Joliot treballà com bioquímic. La seua germana Eve Denise Curie es féu famosa per la biografia que escriví  de sa mare Marie Curie.

La notorietat de tots aquests personatges amb el seu entorn familiar més proper expliquen, però tan sols en part, que la figura de IrèneJoliot-Curie i els seus espectaculars èxits hagen quedat relativament enfosquits, malgrat obtenir conjuntament amb el seu home el Premi Nobel de Química de 1935. Tal vegada sense el concurs de sa mare que li aplanà el camí, difícilment hauria gaudit de les oportunitats acadèmiques i d’investigació que disposà, però al mateix temps la celebritat de sa mare féu que moltes vegades es passara per alt les seus espectaculars contribucions a la ciència.

Irène Joliot-Curie mostrà des de la infància la seua intel·ligencia i el seu talent excepcional per les matemàtiques. Comença el col·legi als 6 anys a l’escola del carrer Cassini. Als 10 anys  estudià en l’escola coneguda com la Cooperativa, junt a altres xiquets de prestigiosos intel·lectuals. Entre els professors es trobaven Marie Curie, Paul Langevin i Jean Perrin. També foren molt importants pel seu desenvolupament intel·lectual les contínues xerrades i conversacions amb sa mare  i la mútua correspondència.

Irène finalitzà  els seus estudis de secundària en el Col·legi de Sévigné, una escola independient situada en el centre de París. Ingressà a la Universidat de La Sorbona en octubre de 1914 per a estudiar física i matemàtiques. Degut a l’esclat de la Primera Guerra Mundial, deixà  la Sorbona en 1916 per treballar com infermera radiològica, ajudant a sa mare a salvar la vida dels nombrosos ferits de guerra. Irène amplià aquest treball diriguint el desenvolupament dels dispositius de diagnòstic de raigs X a les instal·lacions d’ hospitals militars de Bèlgica i França. Desprès de la guerra rebé la Medalla Militar.

En 1918 s’uneix a la plantilla de l’Institut de Radi com assistent de sa mare. Durant aquest període de temps completa la seua tesi doctoral sobre els raigs α del poloni, que defensà en 1925 a la Universitat de París. Frédéric Joliot, seguint la suggerència del seu mentor Paul Langevin, visità l’ Institut uns mesos abans (desembre de 1924) per trobar-se amb Marie. Aquesta l’invità a quedar-se com un dels seus assistents. Irène fou l’encarregada de ensenyar-li les tècniques radioactives.

El 29 d’octubre de 1926, Irène es casà en una ceremònia civil amb Frédéric. Al igual que féu sa mare, Irène sapigué combinar els seus deures familiars amb la seua activitat científica, malgrat que tant ella com el seu home dedicaven molt de temps al laboratori. Les vacances les passaven tots junts en la seua casa  de L’Arcouest (a la Bretanya francesa) fins que començà la Segona Guerra Mundial.

Isòtops radioactius artificials

Són els creats per l’home i a l’igual que els d’origen naturals es desintegren fins convertir-se en estables, emetent en el procés radiacions ionitzant: α, β o ϒ. Existeix un nombre impressionantment elevat d’isòtops radioactius artificials, però, tan sols uns pocs deuen sotmetre’s a estudi i control sistemàtic. En particular aquells que acompleixen les següents condicions:

  • Es produeixen en una proporció important.
  • Tinguen una presència duradora a la naturalesa.
  • Siguen fàcilment i eficient incorporats al nostre organisme.

Premi Nobel de Química 1935

Frédéric Joliot i Irène Curie es trobaven investigant l’acció dels raigs α sobre el beril·li. Per això feien passar les partícules α procedents d’unes mostres de poloni contingudes en un recipient a través d’una finestra,consistent en una làmina d’alumini molt fina. Trobaren que l’alumini es convertia en radioactiu, i que la radioactivitat no provenia d’un dipòsit d’emanació gasosa, ja que en aquest aspecte el poloni no s’asemblava al radi. Immediatament desprès que l’alumini deixava d’exposar-se a l’acció dels raigs α, l’alumini es desintegrava amb un període de semidesintegració de tres minuts. Si es dissolia l’alumini en sosa caústica i es portaven a terme ràpides separacions químiques en presència de “transportadors”, podia demostrar-se que la radioactivitat no estava associada amb l’alumini, sinó amb l’element fòsfor.

Així doncs, el fòsfor-30 era un isòtop artificial, que no es presentava dins la natura. La raó per la qual no s’hi trobava ni s’hi podia trobar era evident; era radioactiu, amb una vida mitjana de només catorze dies. La seua radioactivitat era la font de la contínua radiació de partícules que els Joliot-Curie havien descobert. Això significava que els Joliot-Curie havien produït el primer cas de radioactivitat artificial. Després d’això, s’han format en laboratori milers d’isòtops no existents dins la natura i tots són radioactius. Avui se sap que cada element posseeix un o més isòtops radioactius, fins i tot l’hidrogen, que en té un, l’hidrogen-3, anomenat triti, amb una vida mitjana de dotze anys.

Aquestes reaccions poden representar-se de la següent forma:

El símbol β+ representa l’electró carregat positivament. El positró, o electró positiu, posseix la mateixa massa que l’electró i , tan sols difereix en la polaritat de la seua càrrega elèctrica. L’existència d’aquesta partícula fou predita teòricament per P.A.M. Dirac, en 1930, i fou detectada en els raigs còsmics a partir de fotografies de traces en les cambres de boira en presència d’un camp magnètic (Anderson i, independentment, Blackett, 1932).

No sols l’alumini, sinó també el bor i el magnesi eren transmutats per partícules α en isòtops radioactius artificials, de nitrogen (13N, T=10 minuts), i de silici ( 27Si, T= 4s), respectivament.En cada cas els elements radioactius nous resultaven ser emissors de positrons, i es desintegraven en isòtops estables d’elements el nombre atòmic dels quals era menor en una unitat. Aquesta és una extensió interessant d’una de les lleis de desplaçament de Soddy (l’emissió d’una partícula beta condueix a un element que és major en una unitat de número atòmic).

Diagrama de l’equip utilitzat en el descobriment de la radioactividat artificial. (a) mostra de Po. (b) cambra de vidri amb CO2. (c) finestra d’Al (d) detector de radiacions.

Producció d’isòtops radiactius per irradiacions amb neutrons. El nucli X captura un neutró (n) per donar un nucli compost. * el qual a la seua vegada es desintegra per donar un isòtop radiactiu.

El descobriment de la radioactivitat artificial ha fet possible preparar al laboratori isòtops radioactius de cadascun dels elements del sistema periòdic, amb la qual cosa, actualment, l’estudi de la radioactivitat no és limita als elements que es desintegren de forma natural en un o més isòtops radioactius. L’ajuda que presten la gran varietat d’aquest isòtops radioactius en els treballs d’investigació física, química, biològica i en problemes pràctics de la indústria, agricultura i medicina és hui en dia de moltíssima importància.

Aplicacions dels isòtops radioactius

Medicina

La radioteràpia. S’ha comprovat que determinades cèl·lules canceroses abbsorbeixen més radiació que les cèl·lules normals, de manera que es possible eliminar-les mitjançant dosis ajustades de radiació.

La radioteràpia pot aplicar-se utilitzant un feix dèlectrons d’alta energia ( radiació β) dirigit al teixit que necessita tractament. Actualment aquesta radiació es genera  mitjantçant un accelerador linial. També pot aplicar-se mitjançant la ingestió d’una dissolució radioactiva que es diposita en l’òrgan que cal tractar ( per exemple, en el tractament de la glàndula tiroide).

El radiodiagnòstic. L’ús de raigs X per al diagnòstic de malalties és ja antic.Actualment, la medicina nuclear empra diverses substàncies que contenen isòtops radioactius, que s’injecten en el cos humà. Posteriorment diversos dispositius detecten el raigs γ (gammagrafies), els positrons (PET), etc. emesos per aquestes substàncies i així s’obtenen imatges 3D d’organs i teixits.

Efectes biològics de la radiació ionitzant. Ja en el segle XIX, els investigadors que usaven raigs X van comprovar que es produïen lesions a la pell de les mans. Alguns científics es van irradiar voluntàriament i van comprovar que una forta exposició podia causar enrogiment o cremades unes quantes setmanes després del contacte.

Els primers investigadors amb substàncies radioactives van comprovar la seua perillositat (M. Curie  va morir de càncer produït per la radiació, ja va advertir al final de la seua vida de la seua perillositat).

Hui se sap que els raigs gamma només provoquen lesions en punts concrets, de manera que el teixit viu pot reparar les lesions causades. Contràriament, les partícules alfa provoquen grans danys en àrees petites i són més perjudicials per al teixit viu. Els neutrons també son molt perillosos.

Magnituds i unitats radiològiques

La mesura de la perillositat de la radioactivitat es realitza avaluant la seua interacció amb la matèria. Algunes de les magnitus i unitats empredes habitualment en aquest camp són:

Com es mostra a la taula, la primera font de radiació artificial la constitueixen els raigs X mèdics. Noteu que els nombres de la taula són els valors mitjans i que en casos específics les dodis podrien ser apreciablement superiors.

Emanació de gas radó

La segona font de radiació en orde d’importància la constitueixen les edificacions, ja que els materials de contrucció, especialment la pedra, el rajol i el formigó, contenen elements pesants, incloent alguns que són radioactius (de forma natural). En efecte, alguns dels edificis més famosos i monuments construïts en granit i marbre, presenten els majors nivells de radiació. La radiació pot assolir nivells de 100 mrem/any en espais rodejats per murs massius de granit i marbre. Els edificis convencionals de rajol i formigó poder irradiar una dosi de fins 50 mrem/anys als seus habitants.

  • Activitat nuclear. És la quantitat de desintegracions que es produeixen per unitat de temps en una mostra radioactiva. En el Sistema Internacional (S.I.) es mesura en becquerels (Bq)

1 Bq és una desintegració per segon

És habitual utilitzar el curi (Ci). Això és aproximadament l’activitat d’un gram de l’isòtop de radi 22688Ra, una substància estudiada pels pionersdela radiologia, Marie i Pierre Curie.

1 Ci = 3.7×1010 Bq

  • Exposició. És la càrrega elèctrica produïda per la ionització de l’aire a conseqüència de la radiació γ emesa per 1 kg de mostra. En el SI s’expressa en C (coulombis)/kg. Encara que es sol utilitzar el roetgen (R).

1R = 2,57·10-9 C/kg

  • Dosi absorbida. És la quantitat d’energia absorbida per 1 kg de matèria sotmesa a radiació. La seua unitat en el SI és el J ( Joule)/kg anomenat gray (Gy), encara que sol utilitzar-se el rad (1rad = 0,01 Gy)

La dosi absorbida varia amb el material considerat, però en el teixit orgànic humà  1R↔ 1 rad. Entre 25-50 rad poden produir alteracions en la sang, i 400 rad ( 4 Gy) són mortals.

  • Dosi equivalent. És el producte de la dosi absorbida per un coeficient equivalent anomenat d’eficàcia biològica relativa (EBR), que depèn del tipus de radiació. Per als raigs X de 250 kV, l’EBR és 1,; tanmateix , per als neutrons i partícules α, l’EBR és 10.

Una unitat habitual és el rem (1 rem = 0,01 j/kg) encara que en el SI s’utilitza el sievert (Sv): 1Sv= 100 rem.

Atés que la dosi de radiació ionitzant que rep uyna persona al llarg de la seua vida és acumulativa, la Unió Europea estableix els límits que pot rebre una persona en períodes concrets de temps, mesurats sobre un fons natural de radiació 0,0024 Sv l’any:

  1. Per a persones que treballen amb radiacions ionitzants ( per exemple, en una central nuclear o en un centre mèdic), el límit és de 0,1 Sv en 5 anys
  2. Per a persones que no treballen amb radiacions ionitzants, el límit és 0,01 Sv l’any.
  • Bomba de Cobalt ( 6027 Co )

És fonamentalment un dispositiu que actua com font de radiacions, per radiocobalt. S’utilitza preferentment pel tractament de tumors malignes (radioteràpia) .També poden obtenir-se radiografies, en una tècnica anàloga a la dels raigs X.

PET ( PositronEmissionTomography)

La Tomografia per Emissió de Positrons és una tècnica no invasiva de diagnòstic i investigació per imatge capaç de mesurar l’activitat metabòlica dels diferents teixits del cos humà, especialment del sistema nerviós central. Al igual que la resta de tècniques diagnòstiques en Medicina Nuclear como la Tomografia Computada per Emissió de fotó simple (SPECT), la PET es basa en detectar i analitzar la distribució que adopta a l’interior del cos un radioisòtop administrat a través d’una injecció.

Activitat de la glàndula tiroides

L’iode-131  ( 13153 I )es fixa preferentment a la glàndula tiroides, i en major quantitat si esta té un desenvolupament anormal.Administrant iode-131 a una persona i mesurant amb un detector, desprès d’unes hores, la radioactivitat de la seua tiroides, es té informació sobre el desenvolupament d’aquesta glàndula ( hipo o hiperactivitat), que es relaciona amb el creixement de l’individu.

Metabolisme de substàncies

Si es beu aigua amb sal comuna radioactiva s’observa que al cap d’uns dos minuts les gemes dels dits dels peus i mans presenten una petita radioactivitat. Per aqueste mètode s’ha comprovat que en animals joves el 90% del calci injectat es concentra als ossos; en animals adults, aquesta quantitat es redueix al 40%.  De forma anàloga poden estudiar-se certes malalties de la sang, com la leucèmia (excès de glòbuls blancs) i la policitèmia (sobreproducció de glòbuls rojos).

Model d’avaluació de metabolisme i perfusió en el miocardi de rata mitjançant 18F–FDG, 1–11C–acetat, 13N–amoniac i micro–tomografia per emissió de positrons (micro PET)

En el diagnòstics’utilitzenradiofàrmacs per a diversos estudis de:

- Tiroides.

- Fetge

- Ronyò

- Metabolisme.

- Circulació sanguínea.

- Cor.

- Pulmó.

- Tractegastrointestinals.

Agricultura

Millorament de collites

Les radiacions poden produir mutacions en les plantes, que donen fruits de millor qualitat (canya de sucre, creïlles, bresquilles de dues collites, etc.). L’objectiu de la tècnica, és l’obtenció de noves varietats d’espècies amb característiques particulars que permeten un augment de la seua resistència i productivitat.

Control de Plagues

Se sap que alguns insectes poden ser molt perjudicials tant per la qualitat i productivitat de cert tipus de collites, com per la salut humana. En moltes regions del planeta encara se les combat amb l’ajuda d’una gran varietat de productes químics, molts d’ells qüestionats o prohibits pels efectes nocius que produeixen en l’organisme humà. Però, amb la tecnologia nuclear es possible aplicar l’anomenada “ Tècnica dels Insectes Estèrils” (TIE), que consisteix en subministrar altes emissions de radiació ionitzant a un cert grup d’insectes mascles mantinguts al laboratori. Desprès els mascles estèrils, es deixen en llibertat per facilitar el seu aparellament amb els insectes femella. Per tant no es produeix descendència. D’aquesta manera, desprès de successives i rigoroses repeticions del procés, és possible controlar i minvar la població en una determinada regió geogràfiques

Conservació dels aliments

Molts aliments es conserven en bon estat durant molt de temps si són sotmesos a dosi mínimes de radiació. Probablement, en el futur, aquesta tècnica complemente el procediment clàssic de conservació dels aliments per congelació. Al món moren cada any milers de persones, per tant, cada vegada existeix major preocupació per procurar un adequat emmagatzament i manutenció dels aliments. Les radiacions són utilitzades en molt països per augmentar el període de conservació de molts aliments. És important assenyalar, que la tècnica d’irradiació no genera efectes secundaris en la salut humana, essent capaç de reduir considerablement el nombre d’organismes i microorganismes patògens presents en diversos aliments de consum massiu.

Absorció d’adobs

Els adobs o fertilitzants prèviament “marcats” amb radioisòtops, pot seguir-se el seu curs en ser absorbits i assimilats per les plantes, i deduir-se de manera més eficaç la forma d’aplicar l’adob ( sota de la llavor, en el fullatge, etc.).

Indústria

Mesura de grossàries

Són instruments radioisotòpics que permeten realitzar mesuraments sense contacte físic. S’utilitzen indicadors de nivell, de grossària o bé de densitat.Un ús molt estés entre les nombroses companyies geològiques, és el mesurament del flux vertical en els pous utilitzant càrregues amb una petita quantitat de iode-131 i dos detectors Geiger-Müller ubicats un per damunt i altre per sota del recipient que alberga el traçador. Mitjançant un senzill sistema d’accionament remot s’efectua la injecció del radionúclid des de la superfície i es detecta a l’instant el pas per un dels detectors. Amb aquesta informació resulta molt fàcil calcular la velocitat dels fluïds i el seu sentit, a través de la secció de la canonada i conèixer el seu cabal.

Gràcies a l’ús de les tècniques nuclears es possible desenvolupar diversos estudis relacionats amb recursos hídrics. En estudis d’aigües superficials és possible caracteritzar i mesurar els corrents d’aigües de pluja i de desgel; cabdals de rius, fuites en embassaments, llac i canonades i la dinàmica de llacs i dipòsits.

Radiografies

La radiografia industrial  consisteix a obtenir una imatge de l’objecte mitjançant l’acció de raigs X

Control de desgastament

Imatges

És possible obtenir imatges de peces amb la seua estructura interna utilitzant radiografies en base a raigs gamma o bé un fluxe de neutrons. Aquestes imatges s’anomenen Gammagrafies i Neutrografies, respectivament, i són de gran utilitat en la indústia com a mètode no destructiu de control de qualitat. Amb aquests mètodes es pot comprovar la qualitat de les soldadures estructurals, les peces metàl·liques foses, les peces ceràmiques, fer l’ anàlisi d’humitat en materials de construcció, etc.

Marcatge d’àtoms

Si per produir 1000 kg d’un producte químic s’utilitza 1g d’un catalitzador de molibdè marcat amb10 µCi* de molibdenoradiactivo i després del procés un mostratge indica que es recupera 9.9999 µCi d’aquest radioisòtop, llavors la quantitat de catalitzador utilitzat en el procés  és :

(10-9,9999) µCi/10 µCi = 0,0001 per gram de molibdé és a dir 0,0001gde catalitzador

Si es  marquen 1 000 peixos i es dipositen en un estany i un temps desprès es pesquen tan sols 9 dels marcats i 580 no marcats, l’estany té aproximadament:(580·1000)/9=64444.

Datació

S’empren tècniques isotòpiques per determinar l’edat en formacions geològiques i arqueològiques. Una de les tècniques utilitzades s’anomena del Carboni-14, que consisteix en determinar la quantitat de l’sòtop continguda en un cos orgànic. La radioactivitat existent, deguda a la presència del Carboni-14, disminueix a la meitat cada 5730 anys, per tant, al mesurar amb precisió la seua activitat es pot inferir l’edat de la mostra.

En 1930, Bothe i Becker investigaren curosament l’acció de les partícules alfa sobre beril·lí, detectant l’emissió d’una radiació el poder de penetració de la qual era encara major que el corresponent als protons ràpids que Rutherford havia detectat en la interacció de partícules alfa sobre el nitrogen i altres elements.

La prova del carboni-14

Existeixen multituds de contexts científics en els quals es necessari realitzar datacions, és a dir, establir l’edat d’un objecte: restes fòssils, mostres de roca.

Entre els mètodes de datació més fiables i utilitzats en la pràctica es troben els radiomètrics. Es basen en un fenomen natural que consisteix en el fet que alguns elements químics, que són inestables, tendeixen a desintegrar-se i es transformen en altres isòtops o elements diferents.

Quan es parla d’aquest procés de desintegració s’iutilitza generalment  el paràmetre anomenat període de semidesintegració (T). És el temps que una quantitat de l’element tarda, en desintegrar-se a la meitat.

Un dels mètodes més utilitzat és el que es basa en el carboni-14, element present en els éssers vius i que , en morir aquests, comença a desintegrar-se amb un període de semidesintegració de 5560 mil anys. Tots el mètodes de datació verifiquen que :

N=No·e-(0,693/T)·t

Llei de desintegració radioactiva

Altres mètodes de datació radioactiva

Quan s’utilitza un mètode de datació radioactiva, es fa sempre adequant-lo a l’objecte que es vol datar, de manera que l’edat previsible de les mostres siga del rang del període de semidesintegració de l’element utilitzat en el mètode.

Per tant, no té sentit fer servir el carboni-14 per a datar mostres de roca l’edat de les quals es mesura en centenars de milers d’anys. Per datar objectes de major antiguitat s’utilitzen altres elements, el període de semidesintegració del quals es sensiblement superior al del carboni-14.

  • Mètode del potassi-argó. És un dels més utilitzats, sobretot per a determinat tipus de roques. T= 1300 milions d’anys, que és 225000 vegades més gran que el del carboni.
  • Mètode urani-plom. T= 4510 milionsd’anys
  • Mètode rubidi-estronci .T= 48000 milions d’anys, unes 10 vegades major que l’edat de la Terra.

L’element  pare es dosifica generalment per espectrofotometria o per dilució isotòpica, i la quantitat de núclid considerada es dedueix d’aquesta mesura, coneixent l’abundància isotòipica relativa d’aquest element, pràcticament constant en la natura. L’element fill sempre es dosifica per dilució isotòpica. Com el nuclid fill radiogènic està sempre acompanyat en els minerals per una certa quantitat del mateix núclid, ja present en el moment de la cristal·lització, l’anàlisi dels espectres de massa permet determinar amb precisió allò que és realment radiogènic. Aquestos mètodes s’apliquen hui endia per mesurar l’edat d’una gran varietat de roques i minerals, malgrat la dificultat de fer-ho en les roques sedimentàries.

Cap a 1930 es considerava que tota la matèria estava formada per àtoms constituïts per tan sols tres partícules distintes: protó, electró i neutró, de càrrega elèctric a positiva,negativa i neutra, respectivament. La massa del protó i la del neutró és similar i aproximadament 1837 vegades la de l’electró. La interacció entre estes partícules dins l’àtom és de naturalesa electromagnètica i es porta a terme mitjançant l’emissió o absorció de fotons. A l’any 1931, partint de l’existència de possibles estats negatius, Dirac prediu  l’existència d’una partícula com l’electró però amb càrrega positiva, el “positró”. D’ella digué més tard:

“Un estat d’energia negatiu no ocupat o un “forat” com ho podem anomenar breument, tindrà una energia positiva, ja que és un lloc on hi ha una carència d’energia negativa. Un forat és, de fet, com una partícula i, la seua identificació com el positró em sembla la millor manera de superar les dificultats d‘aparició d’energia negativa en la nostra equació (equació relativista de Dirac). Arribat a aquest punt, el positró és com una imatge d’un espill de l’electró, té exactament la mateixa massa i la càrrega oposada. Açò ja s’ha confirmat pels experiments”.

El positró en efecte fou descobert experimentalment per Carl Anderson en el Califòrnia Institute of Tecnology, dos anys més tard de la proposta inicial de Dirac. Aquesta partícula apareix junt amb un electró, a partir d’una radiació d’alta energia (materialització) i si les dues partícules col·lisionen entre si, ambdues s’aniquilen produint-se una radiació electromagnètica. La proposta del positró obrí el camí pel descobriment d’altres antipartícules i en conseqüència a l’existència de la antimatèria.

Tant sols  amb la  col·laboració del seu home, realitzà un treball molt  important sobre la radiactividat natural i artificial, la transmutació dels elements i la física nuclear. En 1932, any en el qual  comença a treballar a  la Facultat de Cièncias de París, Irène i Frédéric, descobriren l’emissió d’una radiació amb un gran poder de penetració. Irradiant parafina  utilitzant poloni com emissor. Frédéric i Irene Joliot-Curie descobriren que aquestes radiacions amb tan gran poder de penetració, eren comparativament fàcilment absorbides per substàncies com la parafina i l’aigua, però no sapigueren interpretar bé el fenomen. Chadwick repetí i amplia els experiments, afirmava que els fets experimentals s’explicaven fàcilment, sense necessitat de contradir les lleis de conservació de l’energia i de la quantitat de moviment, si es considerava a aquesta radiació tant penetrant com partícules de massa pràcticament igual a la del protó i sense càrrega elèctrica. L’anomena NEUTRÓ.

 Esquema del decaiment del poloni 210

Enrico Fermi, que en 1934, era professor de física teòrica en la Universitat de Roma, llegí la publicació de Joliot-Curie sobre la radioactivitat artificial, i decidí produir reaccions nuclears semblants utilitzant com projectils neutrons en lloc de partícules alfa. Amb els seus companys E.Segré i E. Amaldi, obtingueren neutrons a partir d’una mescla de beril·lí en pólvores i gas-radó α-emissor, contingut en un tub de vidre hermèticament tancat.

Durant la primavera de 1934, la irradiació amb neutrons dels set primers elements del sistema periòdic no arribà aproduirradiactivitat detectable. Al huité element, el fluor, els experiments tingueren èxit. Es detectà una activitat beta de curta durada

199 F + 10n  → 209 F…….2010Ne +β

La presència de la parafina augmentava en 100 vegades la radioactivital artificial induïda. L’experiment es repetí amb la mostra submergida a l’aigua i , l’aigua també incrementava la radioactivitat. Fermi deduí acertadament que la missió del plom, parafina o aigua era desaccelerar els neutrons ràpids procedents de la font de beril·lí-radó, és a dir, “moderar” el neutrons ràpids. Per aquesta funció eren particularment efectius els materials que contenien hidrogen.

Els neutrons lents són particularment efectius per desencadenar reaccions nuclears per tres raons:

  1. Perque degut a la seua naturalesa neutra es poden aproximar molt al nucli sense ser repel·lits per les forces coulombinianes.
  2. Les seues velocitats lentes afavoreixen la distància d’abast efectiu.
  3. La captura d’un neutró extra per un nucli pertorba l’equilibri de protons i neutrons i, origina una inestabilitat nuclear que afavoreix l’emissió d’un protó, una partícula alfa, un positró, o un  electró. El sistema utilitzat per Fermi per la conversió d’un element estable en un isòtop radiactiu mitjançant la captura d’un neutró es coneix freqüentment com “ activació neutrònica”.

Irène Curie i Frédéric Joliot

En 1934 resumiren el seu treball en un artícle conjunt titulat Production artificielle d’éléments radioactifs. Preuvechimique de la transmutation des éléments. En aquest artícle es demostrava por primera vegada  la creació de radioisòtops artificials per bombardeig de bor, alumini o magnesi amb partícules α (nuclis d’heli). Certs isòtops són inestables i emeten radiació en el  seu procès de descomposició, a diferència dels isòtops naturals, que són estables. Amb el temps es pogué comprovar que qualsevol element que presentara un o més tipus estables de núclids podia també presentar núclids radiactius.

Aquest descobrimient canvià la taula periòdica, a la qual s’afegiren més de 400 radioisòtops. La concentració i l’aïllament d’aquests radioisòtops i la seua  disponibilidat permeté el  seu ús en medicina, investigació i en la fabricació de noves armes. També canvià la forma de veure els elements químics, la relació entre ells, incloent-ne els fenòmens de fissió de núclids pesants en altres més  lleugers o la fusió de núclisllegers per formar nuclids més pesants.

Abans que la transcendència del descobriment poguera ser completament païda, els Joliot-Curie foren guardonats amb el Premi Nobel de Química (1935). En anys posteriors ampliaren el treball a la identificació dels productes de fissió nuclear i s’involucraren en el debat sobre l’impacte social de l’ús de la radioactivitat. Desprès de la concessió del Premi Nobel, la família es traslladà a una casa als afores de París en Sceaux.

Irène era socialista i demostrà en moltes ocasions la seua creença en la igualtat social. El seu sentit de la responsabilitat social la dugué a afiliar-se al Partit Socialista en 1934 i al Comité de Vigilància d’ Intel·lectuals Antifeixistes en 1935. També fou membre del Comité Nacional de la Unió de les Dones Franceses idel Consell per a la Pau Mundial.

En començar la Guerra Civil Espanyola prengué partit pel govern legítim de la República Espanyola i en eixe mateix any (1936) fou una de les tres dones que participaren en el govern del Front Popular Francès. Com Subsecretària d’Estat de la Investigació Científica establí els fonaments, junt a Jean Perrin, d’allò que més tard seria el Centre National de la RechercheScientifique. En 1937 aconseguí la càtedra en la Facultad de Ciències de París.

Bibliografia

  • Carlos Sánchez del Rio. Losprincipios de la física en suevolución històrica. Instituto de España. 2004
  • E.N. Jenkins. Radioactivitad. Exedra.1982
  • European Commission. Women in Science. 2007
  • Jesús Lahera Claramonte.Introducción a la física moderna en la enseñanza secundaria. Síntesis. 1995
  • Theodore Gray.Els elements. Una exploració visual de tots els àtoms coneguts de l’Univers. IEC.2011
  • L.I. Ponomariov. Bajo el signo del cuanto. Mir-Rubiños.
  • Eva Curie .La vida heroica de Marie Curie.. Austral 1981
  • C.F. Bell i K,A. Lott. Un esquema moderno de la química inorgànica. Alhambra.1968
  • Agustín Udias Vallina.Historia de la Física. De Arquímedes a San Agustín. Síntesis. 2004
  • Rita Levi Montalcini. Las pioneras. Critica. 2011).
  • Sartori. Enric. Histoire des Femmesscientifiques de l’antiquité au XXèsiècle. Ploneditions

Recursos Web

  • EARLY NUCLEAR PHYSICS

http://cwp.library.ucla.edu/articles/EARLYNPC.HTML

  • Ida Noddack, Marguerite Perey, and Berta Karlik

http://cwp.library.ucla.edu/articles/ELEM399.HTML

  • IrèneJoliot-Curie

http:/es.wikipedia.org/wiki/Ir%C3%A8ne_Joliot-Curie

  • Siglo XX- Irène Curie-Joliot

htpp://mujeresquehacenhistoria.blogspot.co

  • Siglo XX- Irène Curie-Joliot

htpp://mujeresquehacenhistoria.blogspot.com/sear…

  • IrèneJoliot-Curie

http:/es.wikipedia.org/wiki/Ir%C3%A8ne_Joliot-Curie

  • Femmes scientifiques célèbres

http:/newscientist.ulb.ac.be/divers/fcelebres_en.htm

  • 86 eminent Physicists

http://cwp.library.ucla.edu/dev/86.html

  • Les científiques del segle XX, els premis Nobel

http://www.edualter.org/material/mujer/nobel.htm

  • Dones premis Nobel

http://www.cientec.or.cr/equidad/modelos.html

http://www.fecyt.es/fecyt/docs/tmp/-470214525.pdf

  • Desvelada la correspondencia entre Marie Curie y sus hijas.

http://www.lavanguardia.com/ciencia/20110105/54098092888/desvelada-la-correspondencia-entre-marie-curie-y-sus-hijas.html

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Post Navigation