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Radiactividad
Problema
2020 · Ordinaria · Titular
8-b
Examen
b) Se dispone inicialmente de una muestra radiactiva que contiene 610216 \cdot 10^{21} átomos de un isótopo de Co, cuyo periodo de semidesintegración es de 77,2777,27 días. Calcule: i) La constante de desintegración radiactiva del isótopo de Co. ii) La actividad inicial de la muestra. iii) El número de átomos que se han desintegrado al cabo de 180180 días.
Constante radiactivaActividadPeriodo de semidesintegración
b) i) La constante de desintegración radiactiva del isótopo de Co.

La relación entre el periodo de semidesintegración (T1/2T_{1/2}) y la constante de desintegración (λ\lambda) viene dada por la expresión:

T1/2=ln(2)λT_{1/2} = \frac{\ln(2)}{\lambda}

Despejamos λ\lambda y sustituimos el valor de T1/2T_{1/2}. Es importante expresar el periodo en segundos para obtener λ\lambda en s1\text{s}^{-1}.

T1/2=77,27 dıˊas24 h1 dıˊa3600 s1 h=6.673.728 sT_{1/2} = 77,27 \text{ días} \cdot \frac{24 \text{ h}}{1 \text{ día}} \cdot \frac{3600 \text{ s}}{1 \text{ h}} = 6.673.728 \text{ s}
λ=ln(2)T1/2=0,6936.673.728 s=1,038107 s1\lambda = \frac{\ln(2)}{T_{1/2}} = \frac{0,693}{6.673.728 \text{ s}} = 1,038 \cdot 10^{-7} \text{ s}^{-1}
b) ii) La actividad inicial de la muestra.

La actividad inicial (A0A_0) se calcula como el producto de la constante de desintegración (λ\lambda) y el número inicial de átomos (N0N_0):

A0=λN0A_0 = \lambda N_0

Sustituyendo los valores conocidos:

A0=(1,038107 s1)(61021 aˊtomos)=6,2281014 BqA_0 = (1,038 \cdot 10^{-7} \text{ s}^{-1}) \cdot (6 \cdot 10^{21} \text{ átomos}) = 6,228 \cdot 10^{14} \text{ Bq}
b) iii) El número de átomos que se han desintegrado al cabo de 180180 días.

Primero, calculamos el número de átomos que quedan sin desintegrar (N(t)N(t)) al cabo de 180180 días usando la ley de desintegración radiactiva. Es necesario expresar el tiempo tt en segundos.

N(t)=N0eλtN(t) = N_0 e^{-\lambda t}
t=180 dıˊas24 h1 dıˊa3600 s1 h=15.552.000 st = 180 \text{ días} \cdot \frac{24 \text{ h}}{1 \text{ día}} \cdot \frac{3600 \text{ s}}{1 \text{ h}} = 15.552.000 \text{ s}
N(180 dıˊas)=(61021 aˊtomos)e(1,038107 s1)(15.552.000 s)N(180 \text{ días}) = (6 \cdot 10^{21} \text{ átomos}) \cdot e^{-(1,038 \cdot 10^{-7} \text{ s}^{-1}) \cdot (15.552.000 \text{ s})}
N(180 dıˊas)=(61021)e1,6143=(61021)0,1991=1,19461021 aˊtomosN(180 \text{ días}) = (6 \cdot 10^{21}) \cdot e^{-1,6143} = (6 \cdot 10^{21}) \cdot 0,1991 = 1,1946 \cdot 10^{21} \text{ átomos}

El número de átomos que se han desintegrado (NdesintegradosN_{desintegrados}) es la diferencia entre el número inicial de átomos y el número de átomos restantes:

Ndesintegrados=N0N(t)N_{desintegrados} = N_0 - N(t)
Ndesintegrados=(61021)(1,19461021)=4,80541021 aˊtomosN_{desintegrados} = (6 \cdot 10^{21}) - (1,1946 \cdot 10^{21}) = 4,8054 \cdot 10^{21} \text{ átomos}