Definición de Series Radiactivas

Ángel Zamora Ramírez
Licenciado en Física

Las series radiactivas, a veces también llamadas cadenas de desintegración, son el conjunto de decaimientos radioactivos que sufre un radioisótopo hasta alcanzar la configuración más estable posible. Estas series han sido y son fundamentales para el entendimiento de los decaimientos radioactivos y de la estructura atómica. Además, tienen diversas aplicaciones en la industria nuclear, la investigación científica y la medicina nuclear.

Radioisótopos y Series Radiactivas

Por definición, los isótopos son especies atómicas de un elemento químico que tienen diferentes números de masa. Consideremos a un elemento químico X, cuyo número atómico (número de protones en su núcleo) es Z y cuyo número de masa (número de protones y de neutrones en su núcleo) es A. Para representar esto se utiliza la notación \((_Z^A)X\), aunque generalmente en física nuclear se suele especificar sólo el número de masa A debido a que el número atómico Z no cambia entre un isótopo y otro.

La estabilidad de un isótopo depende del número de protones y de neutrones que contiene su núcleo, es decir, de su número de masa A. Algunos isótopos son inestables debido a su número de masa A, y para alcanzar la estabilidad sufren transformaciones nucleares. A estos isótopos se les conoce como “isótopos radioactivos” o “radioisótopos”.

En algunas ocasiones no basta con un solo decaimiento radioactivo para que un radioisótopo alcance una configuración estable, sino que se requiere de una serie de decaimientos que dan lugar a otros radioisótopos hasta que se llega a un isótopo estable. A este conjunto de decaimientos es a lo que llamamos “serie radiactiva”.

Decaimientos Radioactivos

El decaimiento radioactivo es el proceso a través del cual un radioisótopo emite radiación para alcanzar una configuración más estable. Esta radiación puede ser en forma de partículas o de radiación electromagnética. Existen diversos tipos de decaimientos radioactivos. Los principales tipos de decaimiento que se pueden observar en las series radiactivas son los siguientes.

Decaimiento α

En este tipo de decaimiento el núcleo atómico de un isótopo radioactivo emite un par de protones y un par de neutrones, los cuales en conjunto forman un núcleo de Helio – 4 (\(^{4}He\)) y en este contexto se les denomina “Partícula α”. El decaimiento α se ve como:

\((_Z^A)X→(_Z-2^(A-4))Y+(_2^4)He\)

Este tipo de decaimiento también se suele representar de la siguiente manera:

\((_Z^A)X→(_Z-2^(A-4))Y+α\)

Decaimientos \(β^-\) y \(β^+\)

Los decaimientos β^- y β^+ consisten en la emisión de un electrón y de un positrón, respectivamente. En el decaimiento β^- un neutrón del núcleo se transforma en un protón y emite un electrón. Este decaimiento se representa como:

\((_Z^A)X→(_Z+1^A)Y+e^-\)

Por otro lado, en el decaimiento β^+ un protón del núcleo se transforma en un neutrón y emite un positrón. Este se representa de la siguiente manera:

\((_Z^A)X→(_Z-1^A)Y+e^+\)

Cabe destacar que en ambos tipos de decaimiento se emiten también neutrinos y antineutrinos electrónicos. Sin embargo, los hemos omitido debido a que en el contexto de las series radiactivas son irrelevantes.

Desintegración γ

La desintegración γ ocurre cuando un núcleo atómico se encuentra en un estado excitado y emite fotones de alta energía conocidos como “rayos γ”. Este tipo de decaimiento se expresa como:

\(〖(_Z^A)X〗^*→(_Z^A)X+γ\)

De esta manera, un núcleo que se encuentra excitado disminuye su nivel de energía y alcanza un estado más estable.

Series radiactivas naturales

Existen cuatro series radiactivas principales. Estas son la Serie del Torio, la Serie del Uranio – 238, la Serie del Uranio – 235 (también llamada Serie del Actinio) y la Serie del Neptunio. A continuación, hablaremos brevemente sobre ellas.

Serie del Torio

Esta serie radiactiva comienza con el radioisótopo Torio – 232 (\(^{232}Th\)), el cual tiene una vida media de aproximadamente 14 mil millones de años, es decir, más que la edad del Universo. El Torio – 232 inicialmente sufre un decaimiento α y se obtiene Radio – 228 (\(^{228}Ra\)). A partir de aquí los decaimientos subsecuentes ocurren en lapsos de tiempo que comprender algunos años, días, horas e incluso segundos. El producto final de esta serie radiactiva es un isótopo estable de Plomo – 208 (\(^{208}Pb\)).

Serie del Uranio – 238

Esta es quizá la serie radiactiva más conocida y estudiada. El Uranio – 238 (^{238}U\)) es un isótopo radioactivo cuya vida media es de 4,468 millones de años, lo cual es casi igual a la edad de la Tierra. Inicialmente el Uranio – 238 decae emitiendo una partícula α y se transforma en Torio – 234 (\(^{234}Th\)). A esto prosigue una serie de decaimientos con periodos de semidesintegración considerablemente menores hasta terminar con Plomo – 206 (\(^{206}Pb\)). Esta serie es de gran importancia para la datación radiométrica ya que la proporción de Uranio – 238 y Plomo – 206 sirve para determinar la edad de rocas y minerales.

Serie del Uranio – 235 (Serie del Actinio)

Parecida a la serie del Uranio – 238, la serie del Uranio – 235 (\(^{235}U\)) comienza con este radioisótopo, el cual es menos abundante que el Uranio – 235 y posee una vida media de 704 millones de años. El Uranio – 235 decae por la vía α y se obtiene Torio – 231 (\(^{231}Th\)). Después de varios decaimientos, cuyos periodos de semidesintegración van desde miles de años hasta milisegundos, se obtiene un isótopo estable de Plomo – 207 ( \(^{207}Pb\) ). El estudio de esta serie radiactiva es fundamental para la energía nuclear ya que el isótopo más utilizado para la fisión nuclear es el Uranio – 235.

Serie del Neptunio

Esta serie radiactiva sólo se puede observar en reactores nucleares ya que el Neptunio – 237 (\(^{237}Np\)) no se encuentra en cantidades significativas en la naturaleza. El Neptunio – 237 tiene una vida media de aproximadamente 2.14 millones de años y sufre un decaimiento α para formar Protactinio – 233 (\(^{233}Pa\)). Algunos de los decaimientos subsecuentes tienen periodos de semidesintegración de hasta decenas de miles de años, finalmente se obtiene Bismuto – 209 (\(^{209}Bi\)). Cabe destacar que este último isótopo en términos estrictos no es estable, sin embargo, tiene una vida media de 19 trillones de años, lo cual es unas mil millones de veces mayor a la edad del Universo. Se piensa que el Bismuto – 209 puede decaer por la vía α para formar Talio – 205 (\(^{205}Ta\)).

Por: Ángel Zamora Ramírez. Licenciado en Física egresado de la Universidad de Colima. Maestro en Ciencias en Ingeniería y Física Biomédicas egresado del CINVESTAV. Amante de la divulgación científica.

Trabajo publicado en: Feb., 2025.

Datos para citar en modelo APA: Zamora Ramírez, A. (febrero, 2025). Definición de Series Radiactivas. Significado.com. Desde https://significado.com/series-radiactivas/