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La Media Vida de los Átomos Radiactivos. Cómo y por qué ocurre. La Radioactividad. Los Neutrinos y la Edad de la Tierra.

Creada29-05-2020
Modificada29-05-2020
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Septiembre7

La Media Vida de los Átomos

En este artículo se explica qué es la Radiactividad y la Media Vida de los átomos radiactivos. También se explica porqué ocurre y se presenta una teoría según la cual un incremento de neutrinos puede aumentar la radiactividad de los elementos radiactivos. Se incluyen enlaces a los artículos de los que se ha extraído la información.

Los átomos de Uranio son CASI estables. El núcleo está formado por 92 protones y entre 142 y 146 neutrones. Según el número de neutrones, el núcleo será un isótopo, como el Uranio235 o el Uranio238.

Aunque la nomenclatura oficial es 238U, he preferido ponerla como Uranio238 porque así es más fácil de leer para los no especialistas, que somos casi todos.

Igualmente, en las cantidades muy grandes o pequeñas uso la Notación Exponencial Abreviada, donde 5e6 = 5.000.000 y 5e-6 = 0'000005. Sólo hay que desplazar la coma decimal hacia la izquierda o derecha del número tantas posiciones como indique el exponente. Para facilitar cálculos y conversiones, sólo uso como exponentes múltiplos de 3.

También incluyo las siguientes abreviaturas: Ga = Giga·años, Miles de Millones de años. Gm = Gigámetros, Miles de Millones de Metros o Millones de Kilómetros. M = Millones. M2 = Billones. M3 = Trillones. M4 = Cuatrillones. Etc.

Y M-1 = Millonésimas. M-2 = Billonésimas. Etc.

Los protones, todos con carga eléctrica positiva, se repelen con una intensa fuerza EM, Electro Magnética. Si se mantienen unidos es gracias a la presencia de los neutrones, que aunque también se repelen entre sí con una Fuerza Nuclear Repulsiva, NR, atraen y son atraídos por los demás nucleones con una poderosa Fuerza Nuclear Atractiva, NA. La Fuerza NA es ligeramente mayor que la suma de las fuerzas EM y NR. Si no fuera así, el átomo se desintegraría de inmediato.

Marejada CuánticaEse núcleo está inmerso en el Tejido Espacial, un tejido que no es plano y apacible sino que sufre muchas fluctuaciones minúsculas y continuas, a una escala subatómica, cuántica.

Es como un velero en medio de un mar picado, en una marejada continua de olas que se producen constantemente. Tarde o temprano, de una forma totalmente aleatoria e impredecible, dos o más olas sumarán su fuerza, se alzarán más de lo habitual y harán zozobrar el velero. Según lo grande, sólido y estable que sea el velero puede soportar olas más intensas por lo que según el tipo de embarcación podrá sobrevivir más o menos tiempo.

En este ejemplo, la Media Vida es el tiempo que más probablemente será necesario para que de 100 veleros zozobren 50. Y puede ser un tiempo muy diferente entre catamaranes y balandros.

Con los átomos CASI estables pasa lo mismo. En el entorno del núcleo atómico cada segundo se producen billones de fluctuaciones cuánticas. El núcleo sobrevive a casi todas ellas, pero en cada ola hay una probabilidad, muy baja pero mayor que cero, de que el núcleo zozobre, gane por un instante la Fuerza Nuclear Repulsiva y se desintegre en dos fragmentos.

La probabilidad es tan baja que un núcleo puede soportar Quintillones de embates antes de desintegrarse, pero tarde o temprano ocurre. Cuando la suma de probabilidades alcanza el 50%, la mitad de todos los átomos iguales del Universo se habrán desintegrado.

Ese es el tiempo que denominamos Media Vida de un elemento radiactivo.

La Radiactividad de 1 Kg de Uranio

La Media Vida es distinta para cada elemento, para cada isótopo. El Uranio232 tarda 69 años en alcanzar la Media Vida. El Uranio238 tarda 4.500 Millones de años. Otros elementos menos estables tienen una Media Vida muy corta, de milésimas de segundo o menos.

Desintegración del UranioCuando hablamos de Elementos Radiactivos no hablamos de UN átomo, porque UN átomo no irradia nada hasta que se desintegra. Hablamos de Billones o Trillones de átomos, en los cuales unos permanecen intactos mientras otros se desintegran, convirtiéndose en DOS átomos, uno de Helio y otro de Torio.

Un trozo de 1 Kg de metal de Uranio238 contiene 25e24 (Cuatrillones) de átomos. De ellos, la mitad se desintegrarán en 4'5e9 años. Esto es, 5'5e15 (miles de Billones) de átomos se desintegrarán el primer año. 176 Millones de átomos el primer segundo.

Conforme los núcleos se van desintegrando, cada vez quedan menos núcleos de Uranio, y aunque las probabilidades de desintegración de cada átomo individual son las mismas, el número total de desintegraciones se va reduciendo. Al cabo de 4'5 Giga·años en el Kg original sólo quedarán 12'5 Cuatrillones de átomos y sólo se desintegrarán 88 Millones de átomos por segundo.

No saquemos conclusiones precipitadas: los 12'5 Cuatrillones de átomos desintegrados no han desaparecido, sino que se han fragmentado en dos o más átomos de menor peso atómico, emitiendo los neutrones sobrantes en forma de radiactividad. Algunos de esos átomos también son radiactivos, con distintas Medias Vidas y con su propia proporción de emisiones radiactivas cada vez que se produce su propia desintegración.

Algunos de estos nuevos elementos tienen una Media Vida más corta que la del Uranio, por lo que se desintegrarán con más rapidez. Durante un tiempo la Radiactividad de 1 Kg de metal de Uranio puede ser mayor que al principio.

Al final, al cabo de MUCHO tiempo, todos los elementos inestables se habrán desintegrado, quedando sólo elementos estables en los que ya no se produzcan desintegraciones ni generen radiactividad.

Media Vida Más Tarde

Los 12'5m4 (Cuatrillones) de átomos desintegrados se han convertido en 12'5m4 átomos de Torio y 12'5m4 de Helio. El Torio, con una Media Vida de 14 Ga, se convertirá en Radio (Media Vida de 5 años). Éste en Actinio (6 horas). Y en Radón (3'6 días), Polonio (0'1 segundo), Talio (3 minutos) y, por fin, Plomo.

El proceso es un poco más complicado. Si queréis detalles más exactos consultad Cadena de desintegración.

A lo largo de todo este tiempo la cantidad de Uranio va disminuyendo, la de Torio aumentando. Los demás elementos se mantienen en una cantidad muy, muy reducida, porque aunque se generan a un tercio de la velocidad del Torio, se desintegran con mucha rapidez, en cuestión de segundos o días. Incluso el Radio se desintegra con una Media Vida de 5 años, por lo que desaparece casi tan rápido como aparece, y aunque siempre habrá una cierta cantidad de Radio, su presencia será siempre bastante pequeña. Y de los demás elementos, insignificante. El único que seguirá aumentando siempre su proporción es el Plomo, ya que éste es estable ante cualquier fluctuación cuántica (aunque hay otros procesos mucho más energéticos que sí podrían desintegrarlo).

Al cabo de 4'5 Ga, el Kg de Uranio238 original con 25m4 de átomos se ha convertido en más de 200m4 de átomos, pero la mayoría son núcleos de Helio, emitidos en forma de radiactividad, por lo que ahora pesará algo menos de 1 Kg.

No mucho menos, probablemente unos 950 g. Si queréis calcularlo con precisión podéis hacerlo con los datos del último artículo mencionado.

Aún quedarán 12'5m4 de átomos de Uranio238.

Al cabo de otra Media Vida, dentro de 9 Ga, quedarán 6'25m4.

Cada Media Vida la cantidad de átomos se reducirá a la mitad. A las 10 Medias Vidas serán la milésima parte (1/210=1/1.024). A las 20 Medias Vidas la Millonésima. A las 80 Medias Vidas la Cuatrillonésima.

Dentro de 80 Medias Vidas de Uranio238, de los 25m4 de átomos originales sólo quedarán 25 átomos. 4 Medias Vidas más tarde sólo quedará 1. Y una Media Vida después es probable que no quede ninguno.

85 Medias Vidas, 382 Giga·años. 27'7 veces la edad actual del Universo. Ese es el tiempo necesario para que se desintegren los 25m4 de átomos de un Kg de Uranio238.

Pero en la Tierra existe muchísimo más Uranio. Simplemente en la corteza terrestre, al alcance de la minería, se estima que hay 6 Millones de Toneladas. Sin contar con todo el que podría existir en el Manto o en el núcleo de la Tierra.

Esos 6 Millones de Toneladas se desintegrarán en la misma proporción y ritmo, y se desintegrarán por completo en 33 Medias Vidas más.

118 Medias Vidas, 531 Giga·años. 34'5 veces la edad actual del Universo. Ese es el tiempo necesario para que se desintegren TODOS los átomos de Uranio238 que existen en la Corteza Terrestre.

Con mucha probabilidad, pero no con una certeza absoluta. Recordad que el hecho de que un núcleo atómico se desintegre o no, es una cuestión de probabilidades.

Todos los núcleos atómicos del Universo son azotados billones de veces por segundo por la marejada cuántica, con olas que surgen de forma aleatoria en cada punto del espacio subatómico.

La probabilidad de que un núcleo de Uranio238 zozobre en UN embate es muy pequeña, aproximadamente del orden de 3'5e-30, 3'5 Quintillonésimas. Un cero, una coma decimal y 29 ceros antes de alcanzar una cifra significativa.

En un Billón de embates, un segundo, la probabilidad es un Billón de veces mayor (en realidad, algo menos de un billón de veces mayor, pero esa es una curiosidad estadística que no voy a tratar aquí). Y aún será tan improbable como 3'5e-18, 3'5 Trillonésimas.

En un año, su probabilidad de desintegración será de 30e-12, 30 Billonésimas.

En un Ga, Mil Millones de años, la probabilidad será de 0'11.

Y en 4'5 Ga la probabilidad será de 0'5.

Repito: Debido a esa curiosidad estadística que he mencionado, las cantidades exactas no aumentan en una proporción tan lineal, pero si no sois demasiado exigentes estas cantidades os pueden valer para comprender el proceso.

Si seguimos ampliando el tiempo, la probabilidad será cada vez más grande, pero nunca llegará a ser 1.

Incluso en el caso de que dentro de un millón de Ga llegase a quedar UN único átomo de Uranio238 en todo el Universo (lo que no ocurrirá, porque cada explosión de Supernova vuelve a crear otros muchos átomos), ese átomo seguirá teniendo una posibilidad del 50% de seguir existiendo otros 4'5 Ga más tarde.

Igual que una moneda podría sacar 10 caras seguidas. Es improbable, pero no imposible. Las leyes estadísticas sólo se cumplen con muchas, muchísimas monedas.

Mar Calma, Mar Picada

Los físicos de partículas piensan que la marejada cuántica del espacio es constante. Aunque cada fluctuación, cada ola, es aleatoria, al trazar el mapa de una zona tan extensa como UN centímetro cuadrado, la marejada será esencialmente idéntica, con la misma proporción e intensidad del oleaje, en cualquier lugar del Universo.

En mi opinión no es así. El oleaje del océano cuántico depende no sólo de las fluctuaciones cuánticas, sino también de dos factores, por lo menos, que afectan al oleaje.

La gravedad es uno de ellos.

La Tensión del Tejido Espacial

Como hemos dicho antes, el Espacio puede ser comparado con un Tejido, una lona espacial pero no de dos, sino de tres dimensiones.

La palabra Dimensión se usa con distintos significados en Matemáticas, Física y hasta en Política. E incluso en Física se puede usar con dos significados, uno de ellos que tiene que ver con la teoría de los Universos Paralelos. Para no dar lugar a malentendidos, voy a usar la palabra Dirección, que es mucho más precisa en este contexto.

El espacio en el que vivimos tiene 3 Direcciones. Podemos coger tres palos y colocarlos de tal forma que cada uno sea perpendicular a los otros dos. Si cogiésemos un cuarto palo, ya no sería posible.

En una lona de 2 Direcciones sólo podríamos colocar 2 palos perpendiculares. Si quisiéramos colocar un tercero, tendríamos que elevarnos en la tercera dirección.

Deformación del Espacio por las MasasPero una lona de 2 direcciones puede ser empujada y deformada en una tercera dirección y la lona formará una hondonada. Los objetos y partículas que viajen por la lona seguirán una línea recta, pero al pasar cerca de una hondonada se desviarán de su trayectoria recta.

Así funciona la gravedad, pero con un tejido, una lona, de tres direcciones que se deforma en una cuarta dirección.

Cuando el tejido está deformado también está más tenso, y eso hace que las fluctuaciones cuánticas alcancen menos altura. Y la consecuencia es que en un campo gravitatorio la Media Vida de los elementos radiactivos es mayor que en una zona donde no existan fuerzas gravitatorias, donde el Espacio sea plano.

La diferencia puede no ser mucha, pero en mi opinión debería ser mensurable.

¿Se puede comprobar si un gramo de Uranio en el espacio emite la misma cantidad de radiación que un gramo de Uranio en la superficie de la Tierra?

Hasta ahora, que yo sepa, no se ha hecho este experimento. Creo que sería interesante comprobarlo.

Pero hay otro factor que puede ser mucho más mensurable: La cantidad de Neutrinos que atraviesan el espacio.

Las Lanchas Rápidas del Universo Cuántico

Los neutrinos son las partículas más ligeras que conocemos, pero también las más abundantes. Cada segundo, cada cm³ de espacio es atravesado por 70e9 (70.000 Millones) de neutrinos. Todo nuestro cuerpo es atravesado por 200e12 (Billones) de neutrinos por segundo. De hecho, son tan ligeros que si pusiéramos en su camino un muro de plomo de un año·luz de grosor, la mitad de los neutrinos lo atravesarían como si se tratara de un cristal levemente opaco.

Pero estas cantidades no son constantes, dependen de la cantidad de neutrinos que se fabriquen y de la distancia a la que estemos de su fuente.

La mayoría de los neutrinos se fabrican en el Sol, en las estrellas, atraviesan en un instante toda su masa, transparente para ellos, y siguen su camino por el espacio a la velocidad de la luz.

Son capaces de atravesar nuestros cuerpos, nuestro planeta, todo lo que se le ponga por delante. Pero a nivel cuántico, tal como una lancha a gran velocidad, generan olas en el tejido espacial. Y esas olas se suman a las fluctuaciones cuánticas.

Allí donde pasen MUCHOS neutrinos, el oleaje cuántico será mayor, la probabilidad de desintegración nuclear será mayor y la Media Vida de los elementos radiactivos será menor.

¿Podemos comprobar esto?

Sí. Igual que con el experimento ya mencionado, bastaría lanzar un Gramo de Uranio en dirección al Sol y otro en dirección opuesta. O el mismo en una órbita bastante excéntrica.

Según esta teoría, la radiactividad del Uranio a 100 Gigámetros del Sol será mayor que a 200 Gm (la Tierra está a 150 Gm del Sol).

Si los neutrinos fueran los únicos causantes de la radiactividad, la diferencia sería, según la Ley de La Inversa del Cuadrado, de 4 veces más radiactividad a 100 que a 200 Gm. Pero no lo son.

Los neutrinos son sólo un factor que altera la Media Vida de los elementos radiactivos, pero no sabemos la importancia que tienen respecto a otros factores, como la fluctuación cuántica normal o la influencia del campo gravitatorio.

Con este experimento podríamos comprobarlo, saber si un gramo de Uranio es más radiactivo cuando está cerca del Sol, en qué proporción disminuye con la distancia y, por tanto, cuál es la importancia de los neutrinos en comparación a las fluctuaciones cuánticas naturales y a la gravedad.

La Demostración de la Teoría

Pero aunque aún no se ha hecho este experimento, no se ha lanzado un gramo de Uranio al espacio para medir y comparar su radiactividad en la Tierra, en el espacio, más cerca y más lejos del Sol, existen indicios que parecen demostrar esta teoría.

Aquí lamento decir que cuando leí estas noticias en Internet no tomé nota de las fechas ni las webs en las que se publicaron, por lo que sólo puedo aportar la idea general. Si en el futuro vuelvo a localizarlas o se producen noticias similares, las incluiré en este artículo.

Un físico nuclear estaba calibrando unos contadores Geiger cuando notó que los contadores captaban mucha más radiación que lo normal. Extrañado, volvió a medirla con los contadores ya calibrados y comprobó que éstos también acusaban este incremento.

No era defecto de los contadores. De alguna forma misteriosa la muestra radiactiva que estaba utilizando había incrementado su radiactividad.

El incremento duró varias horas. Después, poco a poco, fue descendiendo hasta volver a su nivel habitual.

Días más tarde supo por las noticias que los astrónomos habían captado una deflagración solar mucho más intensa de lo habitual.


En un detector subterráneo de neutrinos, donde apenas se detectan UNO cada varios meses, se empezaron a detectar gran cantidad, decenas cada hora.

Varias horas más tarde, los astrónomos descubrieron, en directo, la explosión de una Supernova. Al cotejar ambos sucesos se comprobó que la ola de neutrinos llegó varias horas antes de que se pudiera ver la explosión, lo cual se explica porque si la explosión se produce en el interior de una estrella los neutrinos resultantes salen disparados de inmediato, mientras que la explosión y la luz tarda varias horas en alcanzar la superficie de la estrella.

Igual que en la noticia anterior, en varios laboratorios y centrales nucleares se detectaron incrementos de la radiactividad del combustible nuclear coincidiendo con el paso de la ola de neutrinos.


Son pocos indicios (y lamento no poder documentarlos mejor) para confirmar esta teoría, pero sí son suficientes para sentir curiosidad y querer confirmarlo o refutarlo.

Y la forma de hacerlo es, como ya he mencionado, realizar un experimento tomando UN gramo de Uranio, medir su radiactividad en la superficie terrestre y lanzarlo al espacio en una sonda que se ponga en una órbita excéntrica alrededor del Sol, que vaya desde 100 Gm hasta 200 o más Gm.

De esa forma comprobaremos si la radiactividad varía con la distancia al Sol, en qué porcentaje y, por la diferencia con la ley de la Inversa del Cuadrado, podremos saber cuál es la importancia de los neutrinos respecto a los demás factores que pueden alterar, incrementar o reducir, la marejada cuántica del tejido espacial.

Otra Posible Demostración

Aún sin lanzar cohetes al espacio, es posible encontrar indicios aquí mismo, en la Tierra.

La Tierra orbita en torno al Sol, y su órbita no es completamente circular, sino ligeramente excéntrica. La distancia Tierra-Sol se suele redondear a 150 Gm. En realidad varía entre 147'1 Gm el 3 de Enero y 152'1 el 3 de Julio.

La diferencia es de un 3'4%. Y según la ley de La Inversa del Cuadrado, a esa diferencia de distancia le corresponde una diferencia de intensidad del 7% de cualquier radiación, incluso de la cantidad de neutrinos que atraviesen cada cm² de superficie.

Es decir, el 3 de Enero llegan a la Tierra, procedentes del Sol, un 7% más neutrinos que el 3 de Julio.

Como no sabemos en qué porcentaje influyen los neutrinos en la mayor o menor agitación de la marejada cuántica, la variación de la radiactividad de los elementos será menor, pero muy probablemente podríamos saber si los contadores Geiger captan más radiactividad, probablemente en un rango de 2~5% más, en Enero que en Junio.

De nuevo, que yo sepa, nunca se ha hecho esta medición. Sería interesante comprobarlo.

Neutrinos y Terremotos

Ya hemos dicho que los neutrinos son tan ligeros que son capaces de atravesar nuestros cuerpos, incluso toda la Tierra, como si fueran completamente transparentes.

Y que unos 200M2 (Billones) de neutrinos atraviesan nuestros cuerpos cada segundo sin afectarnos en lo más mínimo.

Entonces ¿qué nos importa al común de los mortales fuera del ámbito científico?

Pues tiene importancia, y mucha más de la imaginada.

En la corteza terrestre existen 6 Millones de Toneladas de Uranio, y aún mucho más en el Manto Terrestre.

También en el núcleo de la Tierra existe un Georeactor con una inmensa cantidad de Uranio y otros muchos elementos radiactivos.

Todos esos elementos producen calor, y si aumenta o disminuye la cantidad de neutrinos que atraviesan el planeta también variará la radiactividad y el calor que generan. Mayor calor en el núcleo provocará corrientes de convección en el Manto más veloces, más turbulencias en las capas superiores y más presión sobre las placas tectónicas de la corteza terrestre. Y esto aumentará la velocidad de las placas, de 2'5 cm al año a, por ejemplo, 2'6 cm al año.

Parece insignificante, un milímetro de incremento en un año, pero no lo es, porque esto provocará más frecuencia de terremotos y erupciones volcánicas.

Los Relojes Lentos del Pasado

Conociendo la Media Vida de los elementos radiactivos y en qué otros elementos se transforman, podemos calcular el tiempo que lleva existiendo una roca o cualquier objeto que contenga átomos radiactivos.

El material orgánico (maderas y huesos) puede ser datado usando el isótopo de  Carbono-14, con una Media Vida de 5.730 años, lo que nos da una precisión bastante aproximada a la época en que vivieron esas maderas o huesos, o cualesquiera otros objetos de origen orgánico, para datarlos en el período histórico.

Otros elementos de más larga vida, como nuestro ya conocido Uranio238, han permitido calcular la Edad de la Tierra midiendo la proporción entre el Uranio y el Plomo que contienen actualmente.

Pero ¿y si la tasa de desintegración nuclear no es constante?

El Sol incrementa su intensidad en un 8~10% cada Mil Millones de años. Y muy probablemente también lo hace la emisión de neutrinos.

En tal caso, la tasa de desintegración nuclear, la radiactividad, será hoy más intensa que en el pasado.

Basándonos en una radiactividad constante, hemos calculado la edad de la Tierra en unos 4'6 Ga. Pero si la radiactividad del pasado era menor, la edad de la Tierra DEBE ser mayor, probablemente más de 5 Ga, quizás alrededor de 6 Ga.

Conclusión

Esta es mi teoría, que los neutrinos son responsables en un cierto porcentaje de la radiactividad de algunos elementos, y que una variación de la cantidad de neutrinos hará que los elementos radiactivos varíen su radiactividad.

Y de ser así, la Edad de la Tierra debe ser mayor que la calculada.

Hace muchos años, creo que por 1990, que pienso en esta posibilidad, y nunca he leído ningún artículo científico ni he visto ningún documental que lo sugiera (aparte de las dos noticias mencionadas) pero tampoco sé si los físicos nucleares han considerado esta posibilidad ni si han intentado confirmarla o refutarla.

Espero que algún físico lea este artículo, le pique la curiosidad y decida investigarlo.

Espero sus noticias.

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