Detectores, fisión y fusión

Desde cero: hacer medible una interacción

La radiación ionizante puede transferir energía suficiente para producir iones al interactuar con materia. Los detectores convierten algunas de esas interacciones en señales medibles; no observan necesariamente cada partícula emitida por una fuente.

Un detector Geiger-Müller usa un gas y registra pulsos asociados a ionización. Un centelleador produce destellos que pueden convertirse en señales eléctricas. Las cuentas dependen de geometría, eficiencia, tipo de radiación y fondo ambiental; no equivalen automáticamente a dosis absorbida ni permiten identificar por sí solas todo radionúclido.

La dosis absorbida es la energía depositada por unidad de masa de un material.

Aplicación: dividir un núcleo y conservar cantidades

La fisión nuclear divide un núcleo pesado en fragmentos más ligeros y puede liberar neutrones y energía. En una ecuación nuclear se conservan carga eléctrica y número total de nucleones. La suma de masas en reposo puede disminuir, y esa diferencia se manifiesta como energía, de acuerdo con ΔE = Δmc².

Algunos neutrones liberados pueden causar nuevas fisiones: es una reacción en cadena. En un reactor de fisión se controla el proceso y se aprovecha calor para producir vapor y mover sistemas generadores. La fisión modifica núcleos, mientras una reacción química ordinaria reorganiza electrones y enlaces.

Reto: unir núcleos y reconocer aplicaciones

La fusión une núcleos ligeros en otros más pesados. Ciertas reacciones liberan energía porque los productos están más ligados y tienen menor masa total en reposo. No toda unión nuclear libera energía: el balance depende de los núcleos. En las estrellas, la fusión de hidrógeno contribuye a formar helio y liberar energía.

Los núcleos positivos se repelen eléctricamente; alcanzar condiciones de fusión requiere vencer o atravesar esa barrera mediante procesos físicos apropiados. Fisión y fusión no son sinónimos de radiactividad espontánea. Radioisótopos también se emplean como trazadores y en imágenes: detectar su señal permite seguir distribución o procesos, sin que la fuente genere directamente la imagen visible por sí sola.

Sigue el razonamiento

En un montaje se registran 80 cuentas por minuto con una muestra y 20 por minuto de fondo en condiciones comparables. Una estimación sencilla de contribución neta es 60 cuentas por minuto.

Ese valor no prueba que la muestra emita exactamente 60 partículas por minuto: el detector no capta todas y puede responder de forma distinta a varias radiaciones.

Sigue el razonamiento

Un canal ilustrativo es uranio-235 + neutrón → bario-141 + criptón-92 + 3 neutrones. Los números másicos suman 236 a ambos lados: 235+1 = 141+92+3.

Las cargas nucleares también se equilibran: 92 = 56+36. El canal es un ejemplo de productos posibles, no el único resultado de toda fisión.

1. ¿Qué describe el principio de un detector Geiger-Müller?

1. Se cuentan átomos viendo su color a simple vista
2. Se pesa directamente cada núcleo de la muestra
3. Interacciones ionizan un gas y producen pulsos eléctricos
4. Se mide solo la temperatura del aire para obtener cada desintegración

2. ¿Qué proceso es fisión nuclear?

1. Formación de un enlace covalente entre moléculas
2. Unión de dos núcleos ligeros
3. Evaporación de agua sin cambiar H₂O
4. División de un núcleo pesado en fragmentos más ligeros

3. La formación de helio a partir de núcleos de hidrógeno en las estrellas se relaciona principalmente con:

1. Combustión de hidrógeno con oxígeno como única fuente estelar
2. Fisión
3. Fusión
4. Condensación de electrones en agua