Significado de «transmutación atómica»

La conversión de un elemento en otro, que tiene lugar de manera natural entre los elementos pesados radiactivos, puede lograrse artificialmente bombardeando los átomos de un elemento con partículas adecuadas, dotadas de gran velocidad, como protones, neutrones o partículas alfa, que son núcleos de helio. Los símbolos de estas partículas son 1H1, on1 y 2He4, respectivamente. Trabajando en el Laboratorio Cavendish de Cambridge (Inglaterra), Rutherford descubrió en 1919 que, cuando el nitrógeno gaseoso se bombardea con partículas alfa, alguna de ellas choca con un núcleo de nitrógeno y produce un cataclismo en el que se forman un núcleo de oxígeno-17 y un protón.

Una reacción nuclear de este tipo puede representarse por una ecuación química en la que la suma de los números másicos y la de los números atómicos de los elementos que figuran en su primer miembro sean iguales a las de los que aparecen en el segundo. Las masas reales no son de ordinario iguales en ambos miembros de la ecuación, ya que no son ellas, sino la suma masa + energía, quien permanece constante, de acuerdo con la famosa fórmula de Einstein, E = mc2.

Cuando una partícula-proyectil hace blanco en un núcleo, se forma otro núcleo, complejo y muy inestable, que inmediatamente se descompone, dando los productos de la reacción.

Un ejemplo de reacción en la que queda en libertad una enorme cantidad de energía es la originada por el bombardeo del litio con protones. Prescindiendo del núcleo complejo intermedio, la reacción es: 3Li7 + 1H1 -> 2He4 + 2He4 + Rayos gamma

y en ella, por cada átomo de litio desintegrado, se libera una energía de unos 17,2 Mev (millones de Electronvoltios). Esta cantidad de energía es muchos millones de veces mayor, a igualdad de pesos, que la producida en la combustión del carbón, que es una reacción química. En esta reacción nuclear, aproximadamente un 0,23 % de la masa original se convierte en energía. Los núcleos de helio formados son estables. Véase Transmutación.

Hay tipos de reacción nuclear en las que se forma un nuevo núcleo inestable que, a su vez, se desintegra para formar el de otro elemento. Así sucede cuando el aluminio-27 se bombardea con partículas alfa y se convierte en fósforo-30 con emisión de un neutrón.

Después de algún tiempo, no es necesario que sea inmediatamente, el fósforo-30 se desintegra, emitiendo un electrón positivo o positrón, de símbolo 1e° para formar el silicio —30 estable. Estos fenómenos, que constituyen lo que se llama radiactividad artificial o inducida.

Aunque se suele decir que un núcleo se desintegra al emitir un positrón o un electrón, estas partículas no se consideran como partes integrantes del núcleo y son probablemente producidas al descomponerse un protón en un neutrón y un positrón o un neutrón en un protón y un electrón, es decir, una partícula beta.

Las reacciones que se producen al bombardear los núcleos con partículas ligeras a las que se ha comunicado una gran velocidad, y por ello una gran energía, en los Aceleradores de iones y electrones, han aumentado extraordinariamente nuestros conocimientos acerca del núcleo atómico. Algunos modernos aceleradores están proyectados para aceleraciones de los elementos comprendidos entre el berilio y el neón.

Para más información ver: átomo.