Serie radiactiva

Del uranio 238 al plomo 206
Este diagrama traza el recorrido en un mapa de núcleos de la cadena de desintegración del uranio 238. La desintegración alfa hace que el número de protones y neutrones disminuya en 2, mientras que la desintegración beta-negativa disminuye el número de neutrones en 1 y aumenta el número de protones en 1. La inestabilidad causada por la desintegración alfa es corregida por la eventual desintegración beta, dando lugar al núcleo estable del plomo 206, con sus 82 protones y 124 neutrones.
IN2P3

Un cierto número de núcleos radiactivos naturales siguen presentes en la Tierra, aunque sus vidas medias son particularmente cortas en comparación con la edad de nuestro planeta. Estos radioisótopos son los descendientes de tres núcleos pesados con vidas medias muy largas: el uranio 235 (con una vida media de 700 millones de años), el uranio 238 (que vive durante 4.470 millones de años) y el torio 232 (con una vida media de 14.000 millones de años).
Estos tres «patriarcas», por ampliar la metáfora de la familia radiactiva, estaban presentes en la protoestrella: la nube que acabó condensándose para formar nuestro Sol, la Tierra y los planetas. Cada uno de los tres es el ancestro de una familia distinta de elementos radiactivos naturales, de los cuales quizás el más importante sea el del uranio 238.
Un núcleo de uranio 238 decae por emisión alfa para formar un núcleo hijo, el torio 234. Este torio se transforma a su vez en protactinio 234, y luego sufre una desintegración beta-negativa para producir uranio 234. Este último isótopo se transforma lentamente (con una vida media de 245.000 años) en torio 230, otro núcleo inestable.
Cualquier cadena de desintegración de este tipo sólo se detiene con la formación de un núcleo estable. Esto ocurre en la decimocuarta generación de la familia del uranio 238, cuando se produce finalmente el plomo 206. Las otras dos familias, las formadas a partir del uranio 235 y del torio 232, terminan respectivamente con la creación del plomo 207 y del plomo 208, otros dos isótopos estables del plomo.

Las 14 generaciones del linaje del uranio 238
Linaje radiactivo simplificado del uranio 238. Las desintegraciones consecutivas con vidas medias drásticamente diferentes cambian la estructura básica del núcleo y, por tanto, del átomo. El número total de nucleones se reduce en 4 cuando el núcleo emite una partícula alfa y no cambia cuando tiene lugar la emisión beta negativa.
IN2P3

Las vidas medias son todas extremadamente variables, y es difícil representar un rango de escalas de tiempo que van desde los segundos individuales hasta los miles de millones de años. En este sentido, el linaje de un núcleo se asemeja al flujo del agua sobre las montañas y las llanuras: torrencial en un punto y perezosamente sinuoso en otro.
Como es normal para los núcleos más pesados, la desintegración alfa es particularmente común en las tres cadenas de desintegración. Sin embargo, cada emisión provoca la pérdida de dos protones y dos neutrones, por lo que la relación neutrón/protón aumenta a medida que se desciende en el árbol genealógico. En consecuencia, la desintegración beta es necesaria para equilibrar la balanza. En el linaje del uranio 238, por ejemplo, la primera desintegración alfa va seguida de dos desintegraciones beta sucesivas que transforman un núcleo de torio 234 en uranio 234.
La desintegración alfa provoca una pérdida de cuatro nucleones, mientras que la desintegración beta no afecta al número de nucleones presentes. Por ello, los núcleos descendientes siempre tienen un múltiplo de cuatro nucleones menos que sus ancestros: como puede verse con el uranio 238.

Trayectoria de la filiación del uranio 238
Trayectoria de los descendientes de un núcleo de uranio 238 en el mapa de núclidos mostrando el valle de estabilidad. A lo largo de este recorrido, las emisiones alfa disminuyen el tamaño del núcleo, la emisión beta corrige los neutrones en exceso. Un núcleo de uranio-238 tardará miles de millones de años en alcanzar la terminación, un núcleo estable de plomo-206.
CEA-IRFU

Los miembros de la familia del uranio 238, por tanto, tienen 4n+2 nucleones, mientras que la familia del uranio 235 tiene 4n+3 y la del torio 232 tiene 4n nucleones. En principio, la cuarta familia (4n+1) debería existir, pero su ancestro, el neptunio 237, tiene una vida media relativamente «corta» de 2,14 millones de años. En consecuencia, esta familia ha tenido tiempo suficiente para desaparecer desde la nucleosíntesis del neptunio 237 en los núcleos de las estrellas que precedieron a nuestro Sol.
Acceso a la página en francés