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Contenido 1 Introducción 2 Tipos de radiaciones y teorías de la desintegración atómica 3 Nuevos descubrimientos 4 Descubrimiento de los isótopos 5 Transmutaciones nucleares y radiactividad artificial

Introducción

HASTA aproximadamente la mitad del siglo XVIII, se tenía la idea de que la luz consistía en una corriente de corpúsculos, los cuales eran emitidos por fuentes luminosas tales como el sol o una vela y podían penetrar en los cuerpos transparentes o ser reflejados por los cuerpos opacos.

Por estas fechas comenzó a progresar la idea de que la luz podía tener carácter ondulatorio. Ya en 1678 Huygens (1629-1695) demostró que los fenómenos de reflexión y refracción de la luz podían ser explicados basándose en la teoría ondulatoria. Sin embargo, esta teoría no fue aceptada por el momento, fundamentalmente debido a la gran autoridad de Newton (1643-1727), que era uno de los defensores de la teoría de emisión corpuscular. Se objetaba a la teoría ondulatoria que, si la luz tenía el carácter de onda, debería poder ser observada detrás de las esquinas, ya que las ondas pueden doblar los obstáculos en sus trayectorias. Hoy se sabe que las ondas luminosas tienen longitudes tan pequeñas que su reflexión es muy reducida y no puede ser observada aunque tenga lugar en realidad.

Los experimentos de Young (1773-1829), en 1800, y Fresnel (1788-1827), en 1820, sobre las interferencias de las ondas luminosas, y las medidas de velocidad de la luz en los líquidos llevadas a cabo por Fizeau (1819-1896) y Foucault (1819-1868) en 1849 y 1862, respectivamente, dieron al traste con la teoría de la emisión de corpúsculos. Por algún tiempo quedaba consagrada la teoría de las ondulaciones.

La teoría de las radiaciones luminosas no sufrió avances de importancia hasta los experimentos de Maxwell (1831-1879), en 1873, el cual demostró que un circuito eléctrico oscilante debía emitir ondas electromagnéticas, cuya velocidad de propagación era sensiblemente igual a la de la luz, y con propiedades iguales a las de las ondas luminosas. Estos fenómenos le indujeron a emitir la teoría electromagnética de la luz, según la cual se suponía que la luz estaba compuesta por ondas electromagnéticas de longitud muy corta.

Las experiencias que comprobaron la teoría de Maxwell no se realizaron hasta veintitrés años más tarde por Hertz (1857-1894). Mediante un dipolo especial, Hertz consiguió la radiación de ondas de una longitud del orden de un metro con las mismas propiedades de reflexión y refracción, etc., que las ondas luminosas. Con su experimento, Hertz logró también la producción de ondas ultracortas de indudable origen electromagnético, que confirmaban la teoría de Maxwell sobre el carácter electromagnético de la luz. Hertz consiguió, por otra parte, la transmisión de señales a corta distancia sin hilos.

Sin embargo, esta teoría no consiguió explicar el efecto fotoeléctrico descubierto en 1887 por el propio Hertz. Este fenómeno consiste en la emisión de electrones (que se consideraban entonces partículas) por un conductor al incidir sobre su superficie una luz de una determinada longitud de onda.

Los trabajos de Planck (1858-1947) le llevaron a postular una teoría según la cual la emisión de energía de un cuerpo negro estaba formada por granos o cuantos, con lo cual introducía la idea de la discontinuidad de la energía, paralelamente a la concepción, admitida desde la antigüedad, de la discontinuidad de la materia.

Recogiendo la teoría de Planck sobre la emisión de radiaciones, Einstein (1879-1955) explicó en 1905 el efecto fotoeléctrico y postuló que la energía del haz luminoso incidente sobre la placa metálica, en lugar de estar distribuida por el espacio en los campos eléctrico y magnético de la onda electromagnética, estaba concentrada en pequeños paquetes o fotones, y esa energía sólo podía ser absorbida en números enteros de esos fotones. El mecanismo del efecto fotoeléctrico consistiría, pues, en la transmisión de la energía de un fotón a un electrón, el cual podía abandonar así la placa metálica. Esta descripción del fenómeno volvía a dar peso a la teoría corpuscular de la luz, la cual estaría compuesta por los fotones, aunque se conservaban ciertas ideas de la teoría ondulatoria al considerar que el fotón debería tener una cierta frecuencia, y que su energía era proporcional a esta frecuencia.

Años más tarde, en 1924, Louis de Broglie (1892) concilio ambas teorías en la Mecánica Ondulatoria, síntesis en la que se interpenetran los dos aspectos, corpuscular y continuo, de la luz.

Entre tanto, Roentgen (1845-1923), estudiando la producción de haces de electrones conocidos por el nombre de rayos catódicos, descubrió que los electrones parecían determinar radiaciones inesperadas fuera de la ampolla que los producía. El tubo, que tenía paredes de vidrio y que estaba envuelto en un cartón opaco, debería pasar la radiación. Sin embargo, aparecía una nueva radiación invisible, cuyo origen era el vidrio bombardeado por el haz catódico, que se mostraba capaz de atravesar cuerpos sólidos, opacos a la luz ordinaria, y que se propagaba sin dificultad en el aire.

Mas si los rayos catódicos pudieron ser descritos magistralmente ese mismo año por Jean Perrin (1870-1942) como cargas de electricidad negativa, los rayos X suponían un enigma que intrigó a la mayoría de los físicos de la época, pues lo único que se sabía de ellos era que son consecuencia del choque de rayos catódicos contra algún obstáculo, llegándose a creer en un principio que eran rayos catódicos secundarios. Sin embargo, la mayoría de los intentos de resolver el enigma fueron infructuosos. Los rayos X no se desviaban por la acción de un campo eléctrico ni magnético y no transportaban electricidad, propiedades que, por el contrario, tenían los rayos catódicos (electrones). Por otra parte, los rayos X se propagaban en línea recta y provocaban la fluorescencia en ciertas sustancias.

Hasta 1912 no se esclareció el enigma. Las experiencias de Max von Laue (1879-1960) probaron que los rayos X eran radiaciones de la misma naturaleza que la luz, pero con una longitud de onda más corta, lo cual justificaba su alto poder de penetración, ya que podían atravesar los cristales por los intersticios existentes entre los iones que los componen.

Llevado por la misma fiebre que dominó a los físicos en el momento que siguió al descubrimiento de los rayos X, Becquerel (1852-1909), estudiaba en 1896 la fluorescencia provocada por los rayos X en ciertos minerales. Escogió como muestra una sal de uranio y descubrió que el mineral emitía un nuevo tipo de rayos, a los que llamó «rayos uránicos», de un poder de penetración mayor aún que la de los rayos X y que no estaba ligada a la fluorescencia. Fue una joven física polaca, María Curie, quien, haciendo su tesis doctoral sobre la radiación descubierta por Becquerel, supo esclarecerla y darle un nombre: la radiactividad.

María Curie, en su tratado Radioactivité, dice: «El descubrimiento de la radiactividad fue hecho por Henri Becquerel en 1896… Los primeros tubos productores de rayos roentgen eran tubos sin anticátodo metálico. La fuente de la radiación se encontraba sobre la pared de vidrio, convertida en fluorescente por el choque de los rayos catódicos. Podría preguntarse si la emisión de rayos debía acompañar necesariamente la producción de fluorescencia, cualquiera que fuese la causa de esta última.

»Esta idea fue enunciada por Henri Poincaré, que realizó diversos ensayos a fin de obtener impresiones fotográficas a través de papel negro, utilizando sulfuro de zinc fosforescente y sulfuro de calcio expuesto a la luz. El resultado final fue negativo. Henri Becquerel hizo experiencias análogas sobre sales de uranio, algunas de las cuales son fluorescentes, consiguiendo impresiones fotográficas a través del papel negro con sulfato de uranio y potasio. Las experiencias que se hicieron han demostrado que este fenómeno no está ligado a la fluorescencia. No es necesario iluminar la sal. Por otra parte, el uranio y todos sus compuestos, fluorescentes o no, se comportan del mismo modo y el más activo de todos ellos es el uranio metálico.

»Más tarde, Becquerel encontró que los compuestos de uranio sometidos a completa oscuridad siguen, durante años, impresionando placas fotográficas a través del papel negro. Supuso entonces que el uranio y sus compuestos emitían unos rayos particulares, los rayos uránicos. Estos rayos se caracterizaban por sus capacidad de atravesar pantallas metálicas delgadas y porque, al atravesar los gases, los ionizan, convirtiéndolos en conductores de electricidad. La emisión del uranio es espontánea y constante y se mostraba independiente de las condiciones exteriores tales como la luz o la temperatura.»

La conductividad eléctrica provocada sobre los gases por la radiación de uranio era de la misma naturaleza que la producida por los rayos roentgen. Los iones producidos en los dos casos, tienen la misma movilidad y el mismo coeficiente en difusión. Así, la medida de la corriente en una atmósfera saturada de iones producidos por la radiactividad es un método para medir la intensidad de la radiación en determinados casos.

Poco tiempo después, investigaciones realizadas simultáneamente por Smicht y María Curie, mostraron que los compuestos de torio daban lugar a una emisión de rayos semejantes a los rayos uránicos. Se dio el nombre de radiactivas a las sustancias que emitían los rayos Becquerel (rayos uránicos), la nueva propiedad de la materia fue denominada radiactividad (María Curie) y los elementos que la poseen, radioelementos. La ciencia del átomo se revolucionaba.

Las medidas de ionización llevadas a cabo por María Curie sobre diversas sales radiactivas, realizadas por el método del cuarzo piezoeléctrico —el fenómeno de la piezoelectricidad había sido descubierto recientemente por P. Curie— confirmaban que la intensidad de la radiación aumentaba con el contenido de uranio de la sal. Se encontraron con igual fenómeno al examinar las sales de torio, llegando de este modo a la conclusióh de que la radiactividad era un fenómeno atómico y además espontáneo. Entre los minerales examinados se encontraban la pechblenda, la chalcolita, la autunita y la torita, que eran sales de uranio o de torio y, como se esperaba, se mostraron radiactivos.

Pero al mismo tiempo los Curie encontraron pechblendas (óxidos de uranio) que eran cuatro veces más activas que el propio uranio metálico, lo cual podía estar en discordancia con la explicación de que la radiactividad era un fenómeno atómico. Los resultados de estos trabajos condujeron a María Curie a suponer que la pechblenda y la chalcolita debían contener pequeñas cantidad de una sustancia fuertemente radiactiva, diferente del uranio y del torio.

La búsqueda del nuevo radioelemento, cuya existencia se presumía, fue realizada en común por P. y M. Curie sobre pechblenda procedente de St. Joachimsthal (Bohemia). Esta pechblenda era un óxido de uranio de una gran pureza, que contenía, además, cantidades notables de sílice, cal y magnesia y pequeñas cantidades de elementos variados, entre ellos el bario y el bismuto. Se hizo el análisis de este mineral por métodos químicos, cristalización fraccionada y medida de radiactividad de los cristales separados. De este modo se descubrió que el bario y el bismuto extraídos de la pechblenda eran radiactivos, en tanto que los mismos elementos (o sus sales) comerciales extraídos de otros minerales no lo eran. Conforme a la hipótesis primitiva, P. y M. Curie dedujeron la existencia de dos nuevos radioelementos, que llamarían polonio y radio, y que debían estar presentes en la pechblenda en cantidades pequeñísimas. El polonio debía tener propiedades químicas próximas al bismuto y el radio a las del bario.

El polonio fue separado del bismuto por cristalización fraccionada de sulfuros y subnitratos. El «bario radífero» había sido separado del uranio activo por precipitación de sus sulfatos, ya que los sulfatos de uranio son solubles. La medida de enriquecimiento en radio del bario separado, venía dada por un aumento de la radiactividad, un aumento de las rayas espectrales del radio con relación a las del bario y un aumento del peso atómico medio. El radio fue separado del bario por cristalización fraccionada de sus cloruros en agua y precipitación fraccionada en medio alcohol. En tanto que la actividad del «bario radífero» no es mil veces mayor que la del uranio, el peso atómico de aquél apenas difería del peso atómico del bario, lo cual es un índice de la gran actividad del nuevo elemento.

El descubrimiento del polonio fue anunciado en una comunicación presentada a la Academia de Ciencias el 18 de julio de 1898 y el del radio, en colaboración con G. Bémont, el 26 de diciembre del mismo año, exactamente dos años después del descubrimiento de los rayos X, en cuyo estudio se ocupaban la mayoría de los físicos de la época.

La cantidad de sal de radio presentada, que estaba incorporada a una preparación de cloruro de bario, era lo suficientemente rica como para que Demarçay pudiese anunciar en la misma sesión a la Academia la identificación del radio por una nueva raya espectral de 3818 Å.

Era evidente que dada la proporción de radio en el mineral, era preciso tratar por medios industriales centenas o miles de kilogramos de mineral para obtener cantidades apreciables de radio. Tras varios años de trabajo, María Curie consiguió aislar unas pocas décimas de gramo de sal de radio pura, pudiendo así determinar su peso atómico y asignarle su sitio en el sistema periódico.

El radio se caracterizaba por tener una actividad un millón de veces superior a la del uranio, porque sus preparaciones presentaban una marcada luminosidad y por provocar una intensa fluorescencia en ciertas sustancias como la blenda y el platino cianuro de bario.

En 1899 Debierne, y en 1901 Giesel, descubren, independientemente uno del otro, un nuevo elemento radiactivo en la pechblenda, el actinio, el cual se caracterizaba por no presentar por sí mismo una radiación directamente observable, y revelándose su presencia por la radiación emitida por sus derivados sucesivos. Debido a este fenómeno, la radiactividad del actinio aumentaba progresivamente con el tiempo. En la misma época, 1900, Rutheford reemprende las experiencias de R. Owens sobre la pérdida de actividad de los compuestos de torio al aire libre e identifica la primera emanación a la que se llamó torón.

Desde el principio del estudio de los radioelementos se puso de manifiesto que no eran estables, sino que, por el contrario, se desintegraban rápida o lentamente con emisión de las radiaciones que los caracterizaba, transformándose en otros elementos radiactivos, los cuales se desintegran a su vez continuando el proceso hasta obtener un átomo estable. Más tarde se ha atribuido esa falta de estabilidad a un exceso o deficiencia del número de neutrones (el neutrón no fue descubierto hasta 1932) en el núcleo, por la doble tendencia que éste presenta a que la relación entre el número de neutrones y protones sea de 1 a 1,6 a medida que crece el número de protones (número atómico) y la repulsión existente entre los protones presentes.

De todos los radioelementos, los Curie utilizaban fundamentalmente el radio por ser el que se transformaba más lentamente. El radio produce de forma continua un gas radiactivo que fue descubierto por Dorn y se denominó radon, el cual daba lugar a otra serie de sustancias. La medida de los vapores del radon emanado pudo servir para calcular la pureza del radio utilizado. Al mismo tiempo los Curie observaron que las sustancias que se encontraban en las proximidades del radio se convertían a su vez en radiactivas. Se descubría así el fenómeno que ellos denominaron radiactividad inducida.

Owens y Rutherford, entre 1899 y 1900, explican el origen de esta radiactividad. Dorn la justifica para el radio, Debierne y Giesel para el actinio, demostrando que todos los radioelementos emiten gases radiactivos continuamente y denominándolos emanaciones. Condensando estas emanaciones, podían separarse del gas helio que las compañaba, y se les asignaron los nombres de radon, toron y actinón según el radioelemento de procedencia. Cada emanación daba lugar, al transformarse, a una serie de derivados que forman su «depósito activo», llamado de este modo porque está compuesto de sustancias sólidas que se depositan sobre las paredes que están en contacto con la emanación. Como su nombre indica, el depósito posee su propia actividad.

La mayor parte de los radioelementos naturales tienen número atómico y masa atómica superiores a los del plomo, y el número de neutrones presentes en sus núcleos es muy superior al que le corresponde para su estabilidad.

Tipos de radiaciones y teorías de la desintegración atómica

Inmediatamente después del descubrimiento de los radioelementos, el trabajo de varios investigadores establece la existencia de tres tipos de radiaciones: α, β y γ, que eran respectivamente, rayos corpusculares de carga positiva, rayos corpusculares de carga negativa y radiaciones electromagnéticas.

Con ayuda de un electroscopio, Rutherford mide la descarga producida por las radiaciones de uranio a través de dos láminas finas de aluminio y establece que la radiación está constituida por dos componentes, de las cuales una es mucho menos penetrante que la otra. Llama α a la primera y β a la segunda. En 1900, Villard y Becquerel deducen la existencia de una tercera componente todavía más penetrante, que es la radiación γ. Giesel muestra que los rayos β son derivados por un campo magnético del mismo modo que los rayos catódicos, por lo que deduce que deben soportar una carga negativa. Becquerel mide la relación carga/masa y confirma su identidad con la de los rayos catódicos, es decir, con los electrones.

Rutherford a su vez somete las radiaciones a la acción de un campo magnético y establece que los rayos α son partículas que soportan cargas positivas cuya relación carga/masa es igual a 1/2 tomando como masa la del átomo de hidrógeno. Este resultado confirmó la hipótesis, llena de audacia para su tiempo, enunciada por P. y M. Curie en el Congreso de Física de 1900, según la cual los rayos α estarían constituidos por partículas atómicas. Por otra parte, daba fuerza a la hipótesis expresada por Rutherford y Soddy de que las partículas α serían átomos de helio doblemente cargados.

Esta conclusión fue brillantemente confirmada por W. Ramsay y M. Travers al descubrir la presencia de helio en los minerales de uranio y de torio. Ramsay y Soddy miden la acumulación de este gas en una muestra de 30 miligramos de radio que había sido preparada con varios meses de antelación, a fin de que pudieran acumularse las partículas procedentes de las radiaciones. Debierne por su parte, muestra que el helio es originado también por el actinio. Todos los radioelementos, pues, producen en sus emanaciones este gas, el cual coincidía en su relación carga/masa con la encontrada por Rutherford. Este último, en colaboración con Geiger, construye más tarde (1908-1910) un contador de rayos α cuyo principio de funcionamiento es el mismo del de los contadores Geiger y Müller utilizados actualmente. Rutherford y Geiger, con su primer aparato, llegan a medir el número de partículas α emitidas por cada gramo de radio con una gran aproximación. El resultado que obtuvieron está muy próximo del admitido actualmente obtenido con aparatos de una gran sofisticación. Conociendo la carga total de los rayos α emitidos por una masa dada de radio, dedujeron que la carga en cada partícula correspondía con la hipótesis formulada por ellos mismos de que cada partícula lleva dos cargas positivas y por lo tanto una masa 4, que era precisamente la del gas helio. Finalmente, en esta misma época (1910) María Curie y Debierne aíslan el radio metálico.

El fenómeno de los rayos X y el descubrimiento de la radiactividad, habían revolucionado el pensamiento físico y químico. Toda una pléyade de investigadores se dedicaron a elucidar estos fenómenos que permitían profundizar en el conocimiento del átomo y de las partículas que lo formaban. No obstante, aquellos que creían en los nuevos descubrimientos se encontraron frente a enormes resistencias de sus contemporáneos, entre los que figuraban numerosos investigadores y no de los menos notables, pero esto mismo les daba nuevos ímpetus a fin de demostrar sus teorías. Hay que tener en cuenta que estamos en una época en que el número de científicos es todavía muy reducido, apenas llegaban a 400 los físicos en el mundo, y las relaciones entre los científicos son, con frecuencia, personales.

Nuevos descubrimientos

En esta situación, Crookes consigue, por métodos químicos, eliminar la actividad de una muestra de uranio y concentrarla sobre una preparación que no contenía el elemento. Crookes observa que esta preparación perdía su actividad con el tiempo, quedando reducida a la mitad una vez transcurrido un período de veinticuatro días, «período» de decrecimiento, en tanto que el uranio inicial la recuperaba exactamente con la misma velocidad. El mismo fenómeno fue examinado por Rutherford y Soddy sobre la actividad del torio X, que ellos habían descubierto y aislado del torio, con la diferencia de que el período de decrecimiento y recuperación era de cuatro días.

En fin, P. Curie y Laborde muestran que las preparaciones radiactivas desprenden continuamente energía calorífica del orden de 100 calorías por gramo de radio y hora. Este desprendimiento de calor es prácticamente constante durante algunos años, lo cual correspondía a una liberación de energía considerable, y estaba en contradicción con el principio de conservación de la energía.

Reexaminando los conocimientos de la época, Rutherford y Soddy formularon la teoría de las transformaciones radiactivas, que ya había sido imaginada por los Curie de forma menos precisa. Según esta teoría, los átomos radiactivos se transforman progresivamente, a una velocidad constante para cada elemento, en otros átomos químicamente diferentes por emisión de rayos, los cuales están a su vez constituidos por átomos (rayos α) u otras partículas materiales (rayos β = electrones). La variación de la actividad de un producto dado está, pues, asociada a una desaparición, parcial o total de una especie atómica, y a la aparición de una cantidad de otra especie química diferente. Las variaciones de masa de cada elemento no son perceptibles, bien debido a que las desintegraciones son muy lentas, como es el caso del uranio y del radio, o porque se trate de cantidades imponderables, como sucede para el polonio. La energía desprendida se puede calcular con la ecuación que Einstein había descubierto en 1905: E = mc².

Esta ecuación no reveló, como suele decirse en los manuales, la enorme reserva de energía contenida en un átomo. Rutherford y sus colaboradores, así como los Curie, la conocían perfectamente. Fue más tarde cuando Joliot e Irene Curie se sirvieron de ella para explicar cuantitativamente esa energía.

La teoría de la radiactividad ha permitido establecer la filiación de todos los elementos conocidos y clasificarlos en cuatro familias radiactivas:

Familia del	Miembro con el más largo período (media vida)	Ultimo término
Torio		208Pb
Neptunio	Imagen:Fetch Nuevos descubrimientos	209Pb
Uranio-radio	Imagen:Fetch Nuevos descubrimientos	206Pb
Actinio	Imagen:Fetch Nuevos descubrimientos	207Pb

La familia del neptunio no es una familia radiactiva natural y fue descubierta mucho más tarde.

Es preciso tener en cuenta la extrema audacia de esta teoría. Científicos notables de la época consideraban que la estructura atómica de la materia respondía a puras lucubraciones. Incluso Kelvin discutía la existencia misma del radio como elemento, considerándolo como un compuesto molecular del plomo y del helio. Kelvin se encontraba entre los peores enemigos de la teoría de la radiactividad, pues había calculado la edad de la Tierra basándose en las leyes que rigen el enfriamiento de los cuerpos. Rutherford lo había hecho utilizando una nueva técnica: determinando la cantidad de helio presente en una muestra de pechblenda. Como conocía el período de desintegración del uranio, podía calcular cuánto tiempo hacía desde que el mineral había existido en forma compacta. Para convencer a Kelvin, Rutherford fue a Inglaterra a una conferencia de físicos con una muestra de radio para mostrarle sus propiedades radiactivas, y Rutherford cuenta: «…el viejo lord Kelvin salió muy contento de haber visto el centelleo de la muestra de radio».

Descubrimiento de los isótopos

Rutherford y Soddy tenían la certeza de que el radio, el polonio y el actinio, recientemente descubiertos, eran elementos químicamente tan bien definidos como el uranio, el torio o el iodo y los demás elementos no radiactivos. Por otra parte, su teoría no encontraba dificultades para encajarlos en el sistema periódico. El polonio, que los Curie habían emparentado inicialmente con el bismuto, se mostraba idéntico al llamado radioteluro, obtenido recientemente por Marckwald y homólogo del teluro mismo. La existencia del polonio había sido prevista por el mismo Mendeleiev ya en 1891, que lo había llamado Dvi-teluro habiéndole asignado un peso atómico de 212. Su peso atómico verdadero, determinado más tarde, es de 210. El radio fue inmediatamente clasificado como homólogo del bario, y el actinio del lantano. Por último, el descubrimiento del argón en 1894 por Ramsay y Strutt (Lord Rayleigh) y la del helio y los demás gases nobles por Ramsay y sus colaboradores, dieron la posibilidad de clasificar las emanaciones como homólogos superiores del helio.

Más difícil se presentaba la clasificación de los demás elementos descubiertos como consecuencia de la radiactividad. El uranio X, el radio-torio y el jonio, presentaban las mismas propiedades químicas y físicas que el torio, exceptuando la radiactividad, y todos los intentos para separarlos del torio fracasaban. Las experiencias de Otto Hahn y Me. Coy sobre el radio-torio, entre 1906-1907, mostraban que el comportamiento del elemento que se había llamado mesotorio era idéntico al del radio. Fleck ponía en evidencia que el torio B y el actinio B, productos radiactivos de la descomposición del torio y actinio, no se podían separar del plomo; el radio E del bismuto, y el radio A se mostraba idéntico al polonio. Diversas investigaciones iban comprobando la identidad de los posibles elementos o compuestos de desintegración de cada familia radiactiva con la de elementos estables como el plomo u otros elementos de otra serie.

Esta situación complicaba las cosas a los más ardientes defensores de la teoría de la radiactividad. El número de transformaciones radiactivas conocidas pasaba ya de treinta. Los nuevos elementos que iban apareciendo eran considerados químicamente distintos y superaban al de casillas disponibles en la tabla de Mendeleiev entre el plomo y el uranio.

La idea de la identidad de los elementos que se mostraban inseparables comenzó a tomar cuerpo y se sugirió que las filiaciones de las tres series radiactivas conocidas comprendían todos los elementos estables de la tabla periódica, cada uno de los cuales sería una mezcla de los átomos de varios elementos. Los pesos atómicos encontrados serían la media de los pesos de sus componentes, lo cual explicaría las anomalías de inversión que aparecían en la tabla periódica de la época (argón-potasio, cobalto-níquel, teluro-iodo).

Soddy, sin hacer caso de esta hipótesis, desarrolló la teoría de la no homogeneidad de los elementos, distinguiendo claramente —apoyado en la teoría del modelo atómico propuesta por Rutherford el año precedente— entre las propiedades químicas y las propiedades radiactivas. Las propiedades radiactivas dependerían del interior del átomo, de lo que Rutherford consideraba el núcleo, en el cual se producían transformaciones irreversibles. Las propiedades químicas dependerían de los electrones que se encontraban en la corteza, la cual podía sufrir transformaciones reversibles, como los fenómenos de cambio de valencia.

La carga nuclear estaba considerada como la suma algebraica de las cargas positivas y negativas y, añadía Soddy, que átomos distintos con la misma carga global, aunque se diferencien en el número de cargas de cada signo, eran químicamente idénticos y los elementos a que cada uno de estos átomos daba lugar eran isótopos, es decir, ocupan el mismo lugar en el sistema periódico. El concepto de isotopía, aunque posteriormente se haya descubierto la no absoluta identidad, fue uno de los pasos más importantes de la física. Actualmente se considera isótopos a los átomos de un mismo elemento, que evidentemente tienen la misma carga nuclear, pero distinta masa. Esta diferencia de masa dará lugar a núcleos inestables y, por la tendencia a adquirir la relación carga/masa más estable, darán lugar a fenómenos de radiactividad.

Relacionadas estrechamente con este descubrimiento, se formularon leyes de los desplazamientos radiactivos, propuestas por Soddy y Fajans independientemente.

1. Cuando un átomo emite una partícula α, el producto que quede tiene las mismas propiedades que el elemento situado dos lugares a la izquierda en el sistema periódico.

2. Cuando un elemento emite una partícula β, el producto de desintegración tiene las propiedades del elemento situado un lugar a su derecha en el sistema periódico.

Estas leyes permitieron clasificar a todos los radioelementos conocidos, en pléyades isotópicas, asignándoles un lugar en el sistema periódico.

Las determinaciones del peso atómico del plomo por Richards y Fajans, mostraron que el fenómeno de isotopía se presentaba también en los átomos estables. El plomo, según su origen, tenía un peso atómico diferente, que dependía del contenido de uranio y de torio, llegándose a la conclusión de que el radio G, torio D y actinio D, últimos térmicos de desintegración de las tres familias conocidas, eran isótopos del plomo. Las medidas realizadas por Aston con su espectroscopio de masas pusieron de evidencia que los pesos atómicos de los diferentes isótopos eran muy próximos a números enteros y que los pesos atómicos con cifras decimales se debían a la diferente proporción en que los isótopos estaban presentes en una muestra de un elemento.

Transmutaciones nucleares y radiactividad artificial

Una vez descubierto el fenómeno de la radiactividad, el problema que inmediatamente se presentó a los investigadores fue llegar a controlarlo para hacer uso de él. Todo lo que se sabía es que la radiactividad era un fenómeno nuclear, lento y espontáneo, y que los radioelementos presentaban un centelleo característico con emisión de partículas α y β y la radiación electromagnética γ.

Marsden descubre en 1914 que los rayos α emitidos por el radio C son capaces de atravesar el hidrógeno o las sustancias hidrogenadas proyectando átomos de hidrógeno con una energía cinética considerable. Estos rayos «H» naturales podían ser observados por medio de una pantalla fluorescente de sulfuro de zinc, determinando de este modo su recorrido. Rutherford repitió la experiencia sometiendo el nitrógeno (¹⁴N) gaseoso a la misma radiación y observó sobre la pantalla el centelleo correspondiente a los átomos de hidrógeno. Sin embargo, su recorrido era muy superior al que podría atribuirse a los rayos del hidrógeno naturales. Rutherford, en 1919, sienta la hipótesis de que bajo los efectos del choque con una partícula α (⁴He), un átomo de hidrógeno (H) era arrancado del núcleo del nitrógeno, el cual, de este modo, queda transformado en el núcleo de otro elemento. Blackett pudo demostrar posteriormente que se trataba de un átomo de oxígeno pesado (¹⁷O).

¹⁴N + ⁴Ne— → ¹⁷O + ¹H

Se ponía en claro la primera transmutación artificial por un procedimiento sencillo (cámara de Wilson), aunque el número de átomos modificados era todavía muy pequeño.

Como la energía de las partículas α eran inferior a 10 MeV, las experiencias tenían que limitarse a átomos ligeros, pero existía el problema de que las únicas partículas disponibles por el momento eran los rayos α.

Para resolver este problema Walton trata de encontrar algún procedimiento que comunique a los rayos α una energía mayor, y lo consigue en 1932 aplicando una tensión elevada a un tubo de descarga. Utilizando átomos de litio como blanco en el bombardeo con protones acelerados producidos en el aparato, observa el centelleo característico de las partículas α

La medida de las partículas α emitidas permitió comprobar con la experiencia el rigor de la ecuación de Einstein. El mismo año, Urey descubre el deuterio por este método, lo cual supuso un paso enormemente importante en el estudio de los isótopos y de las transmutaciones radiactivas.

En 1930, Bothe y Becquer, en Alemania, bombardean con partículas α aceleradas, procedentes de la radiación del polonio, átomos de berilio, boro y litio, y observaron que la sustancia emitía «algo», partículas u ondas electromagnéticas de un poder penetrante mayor aún que el de los rayos γ y que podían ser fotones.

El mismo año Joliot y Curie estudian la acción de esta radiación sobre la parafina, puesto que la parafina es un medio rico en átomos de hidrógeno y en consecuencia en protones. La medida de la energía era cinco veces superior a la propuesta por Bothe y Becquer. Esta energía de 50 MeV era muy grande para poder ser atribuida a los rayos γ. Es a Chadwick a quien debemos la identificación de las radiaciones descubiertas por Bothe y Becker. Chadwick atribuye la radiación a una nueva partícula que podía ser un protón y un electrón íntimamente ligados, desprovista de carga y que denominará neutrón. Este descubrimiento permitió elucidar la verdadera estructura del núcleo y dar el gran paso adelante en el descubrimiento de la radiactividad artificial.

En 1934, I. Curie y F. Joliot bombardean con partículas α el boro, el magnesio y el aluminio y observan la transmutación del boro en nitrógeno con emisión de neutrones; pero la emisión de positrones, decreciente en el transcurso del tiempo, continuaba después de haberse terminado el bombardeo. La explicación se encontró en que el núcleo de nitrógeno formado era inestable y sufría una nueva desintegración radiactiva por emisión de positrones. Era el primer radionúclido artificial

La fuente de partículas α utilizada era el polonio obtenido a partir de la desintegración del bismuto bombardeado con neutrones.

Joliot y Curie consiguieron aislar el fósforo radiactivo: disolviendo el aluminio irradiado en ácido clorhídrico, el fósforo radiactivo era arrastrado en corriente gaseosa en forma de PH₃. El isótopo fue aislado de esta manera y la radiactividad artificial era comprobada sin discusión.

La diferencia entre las masas iniciales y la de los productos de desintegración era transformada en energía según la relación de Einstein. Esta fuente de energía que podía ser obtenida artificialmente ha transformado la sociedad política y económicamente; sus consecuencias, que deberían ser beneficiosas, podrían, por el contrario, acarrear la destrucción del hombre por el hombre si los pueblos del mundo no luchan por la paz y el desarme. La Conferencia de Helsinski para los pueblos europeos pudo ser el punto de partida para llegar a esa paz mundial, ya que en ella se encontraban representadas las naciones que tienen aún el control de las armas nucleares. Esta inmensa fuente de riqueza que podrá ser la energía nuclear se pondría al servicio exclusivo de la paz para cubrir las necesidades de los seres humanos.