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Física nuclear

MadridFísicaFísica nuclear
9 ejercicios
Radiactividad
Problema
2025 · Ordinaria · Titular
B5
Examen

Dos muestras, cada una de un radioisótopo distinto (radioisótopo 1 y radioisótopo 2) contienen en el momento de su preparación la misma masa del radioisótopo correspondiente. Las medidas de actividad de las muestras 1 y 2 para el instante inicial (t=0t = 0) y al cabo de un día arrojan los siguientes valores: \begin{array}{|l|l|l|} \hline & A_1 (\text{kBq}) & A_2 (\text{kBq}) \ \hline t = 0 & 10,00 & 11,70 \ \hline t = 1 \text{ d} & 8,90 & 10,77 \ \hline \end{array}

a) Calcule el período de semidesintegración de cada radioisótopo.b) Si M1M_1 y M2M_2 denotan las respectivas masas atómicas de los radioisótopos, determine el cociente M2/M1M_2/M_1.
actividad radiactivaperiodo de semidesintegraciónmasas atómicas
a) Para calcular el período de semidesintegración (T1/2T_{1/2}) de cada radioisótopo, utilizamos la ley de desintegración radiactiva, que relaciona la actividad inicial (A0A_0) con la actividad en un instante posterior (A(t)A(t)):
A(t)=A0eλtA(t) = A_0 e^{-\lambda t}

donde λ\lambda es la constante de desintegración. El período de semidesintegración se relaciona con λ\lambda mediante la expresión:

T1/2=ln2λT_{1/2} = \frac{\ln 2}{\lambda}

Aplicamos estas fórmulas para cada radioisótopo.

Radioisótopo 1

Datos: A01=10.00 kBqA_{01} = 10.00 \text{ kBq}, A1(t=1 d)=8.90 kBqA_1(t=1\text{ d}) = 8.90 \text{ kBq}, t=1 dt = 1 \text{ d}.Sustituyendo en la ecuación de actividad:

8.90 kBq=10.00 kBqeλ1(1 d)8.90 \text{ kBq} = 10.00 \text{ kBq} \cdot e^{-\lambda_1 (1 \text{ d})}
8.9010.00=eλ1(1 d)\frac{8.90}{10.00} = e^{-\lambda_1 (1 \text{ d})}
ln(0.89)=λ1(1 d)\ln(0.89) = -\lambda_1 (1 \text{ d})
λ1=ln(0.89)1 d0.116531 d0.11653 d1\lambda_1 = -\frac{\ln(0.89)}{1 \text{ d}} \approx -\frac{-0.11653}{1 \text{ d}} \approx 0.11653 \text{ d}^{-1}

Ahora calculamos el período de semidesintegración para el radioisótopo 1:

T1/2,1=ln2λ1=0.6931470.11653 d15.948 dT_{1/2, 1} = \frac{\ln 2}{\lambda_1} = \frac{0.693147}{0.11653 \text{ d}^{-1}} \approx 5.948 \text{ d}
Radioisótopo 2

Datos: A02=11.70 kBqA_{02} = 11.70 \text{ kBq}, A2(t=1 d)=10.77 kBqA_2(t=1\text{ d}) = 10.77 \text{ kBq}, t=1 dt = 1 \text{ d}.Sustituyendo en la ecuación de actividad:

10.77 kBq=11.70 kBqeλ2(1 d)10.77 \text{ kBq} = 11.70 \text{ kBq} \cdot e^{-\lambda_2 (1 \text{ d})}
10.7711.70=eλ2(1 d)\frac{10.77}{11.70} = e^{-\lambda_2 (1 \text{ d})}
ln(10.7711.70)=λ2(1 d)\ln\left(\frac{10.77}{11.70}\right) = -\lambda_2 (1 \text{ d})
λ2=ln(0.92051)1 d0.082791 d0.08279 d1\lambda_2 = -\frac{\ln(0.92051)}{1 \text{ d}} \approx -\frac{-0.08279}{1 \text{ d}} \approx 0.08279 \text{ d}^{-1}

Ahora calculamos el período de semidesintegración para el radioisótopo 2:

T1/2,2=ln2λ2=0.6931470.08279 d18.372 dT_{1/2, 2} = \frac{\ln 2}{\lambda_2} = \frac{0.693147}{0.08279 \text{ d}^{-1}} \approx 8.372 \text{ d}
b) Para determinar el cociente M2/M1M_2/M_1, utilizaremos la relación entre la actividad inicial, la masa del radioisótopo y su masa atómica.

La masa de un radioisótopo (m0m_0) está relacionada con el número inicial de núcleos (N0N_0) y su masa atómica (MM) mediante:

m0=N0MNA    N0=m0NAMm_0 = N_0 \frac{M}{N_A} \implies N_0 = \frac{m_0 N_A}{M}

donde NAN_A es el número de Avogadro.La actividad inicial (A0A_0) se relaciona con N0N_0 y la constante de desintegración λ\lambda por:

A0=λN0A_0 = \lambda N_0

Sustituyendo N0N_0 en la ecuación de actividad inicial:

A0=λm0NAMA_0 = \lambda \frac{m_0 N_A}{M}

De esta expresión, podemos despejar el producto m0NAm_0 N_A:

m0NA=A0Mλm_0 N_A = \frac{A_0 M}{\lambda}

Dado que las masas iniciales de ambos radioisótopos son iguales (m01=m02m_{01} = m_{02}), y NAN_A es una constante, podemos igualar las expresiones para ambos radioisótopos:

A01M1λ1=A02M2λ2\frac{A_{01} M_1}{\lambda_1} = \frac{A_{02} M_2}{\lambda_2}

Despejamos el cociente M2/M1M_2/M_1:

M2M1=A01λ2A02λ1\frac{M_2}{M_1} = \frac{A_{01} \lambda_2}{A_{02} \lambda_1}

Sustituyendo λ=ln2T1/2\lambda = \frac{\ln 2}{T_{1/2}}:

M2M1=A01(ln2/T1/2,2)A02(ln2/T1/2,1)=A01T1/2,1A02T1/2,2\frac{M_2}{M_1} = \frac{A_{01} (\ln 2 / T_{1/2, 2})}{A_{02} (\ln 2 / T_{1/2, 1})} = \frac{A_{01} T_{1/2, 1}}{A_{02} T_{1/2, 2}}

Ahora, sustituimos los valores conocidos:

A01=10.00 kBqA_{01} = 10.00 \text{ kBq}
T1/2,1=5.948 dT_{1/2, 1} = 5.948 \text{ d}
A02=11.70 kBqA_{02} = 11.70 \text{ kBq}
T1/2,2=8.372 dT_{1/2, 2} = 8.372 \text{ d}

Realizando el cálculo:

M2M1=(10.00 kBq)(5.948 d)(11.70 kBq)(8.372 d)=59.4897.95240.607\frac{M_2}{M_1} = \frac{(10.00 \text{ kBq}) \cdot (5.948 \text{ d})}{(11.70 \text{ kBq}) \cdot (8.372 \text{ d})} = \frac{59.48}{97.9524} \approx 0.607
Radiactividad
Problema
2025 · Extraordinaria · Titular
A5
Examen

Para una prueba diagnóstica se utiliza una cierta cantidad del isótopo 99 del tecnecio (99Tc^{99}\text{Tc}) cuyo tiempo de semidesintegración es de 6 h6 \text{ h}. Sabiendo que la actividad de la dosis que hay que inocular al paciente es de 5108 Bq5 \cdot 10^8 \text{ Bq}, determine:

a) La masa de isótopo que hay que inyectar al paciente.b) El tiempo que debe transcurrir para que la actividad sea de 1104 Bq1 \cdot 10^4 \text{ Bq}.

Datos: Masa atómica del 99Tc^{99}\text{Tc}, M99Tc=98,9 uM_{^{99}\text{Tc}} = 98,9 \text{ u}; Número de Avogadro, NA=6,021023 mol1N_A = 6,02 \cdot 10^{23} \text{ mol}^{-1}.

Desintegración radiactivaActividadIsótopos
a) La masa de isótopo que hay que inyectar al paciente.

Primero, calculamos la constante de desintegración (λ\lambda) a partir del tiempo de semidesintegración (T1/2T_{1/2}). Es importante usar unidades del Sistema Internacional, por lo que convertimos las horas a segundos.

T1/2=6 h3600 s1 h=21600 sT_{1/2} = 6 \text{ h} \cdot \frac{3600 \text{ s}}{1 \text{ h}} = 21600 \text{ s}

La relación entre la constante de desintegración y el tiempo de semidesintegración es:

λ=ln2T1/2\lambda = \frac{\ln 2}{T_{1/2}}
λ=0,69321600 s=3,208105 s1\lambda = \frac{0,693}{21600 \text{ s}} = 3,208 \cdot 10^{-5} \text{ s}^{-1}

La actividad (AA) se relaciona con el número de núcleos (NN) y la constante de desintegración mediante la fórmula A=λNA = \lambda N. Dada la actividad inicial (A0A_0), podemos encontrar el número inicial de núcleos (N0N_0).

N0=A0λN_0 = \frac{A_0}{\lambda}
N0=5108 Bq3,208105 s1=1,5581013 nuˊcleosN_0 = \frac{5 \cdot 10^8 \text{ Bq}}{3,208 \cdot 10^{-5} \text{ s}^{-1}} = 1,558 \cdot 10^{13} \text{ núcleos}

Para convertir el número de núcleos a masa, utilizamos el número de Avogadro (NAN_A) y la masa atómica del 99Tc^{99}\text{Tc} (M99TcM_{^{99}\text{Tc}}). La masa molar se obtiene de la masa atómica expresada en g/mol.

Mmolar=98,9 g/mol=0,0989 kg/molM_{molar} = 98,9 \text{ g/mol} = 0,0989 \text{ kg/mol}
m=N0MmolarNAm = \frac{N_0 \cdot M_{molar}}{N_A}
m=1,5581013 nuˊcleos0,0989 kg/mol6,021023 mol1=2,561012 kgm = \frac{1,558 \cdot 10^{13} \text{ núcleos} \cdot 0,0989 \text{ kg/mol}}{6,02 \cdot 10^{23} \text{ mol}^{-1}} = 2,56 \cdot 10^{-12} \text{ kg}
b) El tiempo que debe transcurrir para que la actividad sea de 1104 Bq1 \cdot 10^4 \text{ Bq}.

Utilizamos la ley de desintegración radiactiva para la actividad:

A=A0eλtA = A_0 \cdot e^{-\lambda t}

Despejamos el tiempo (tt):

eλt=AA0e^{-\lambda t} = \frac{A}{A_0}
λt=ln(AA0)-\lambda t = \ln\left(\frac{A}{A_0}\right)
t=1λln(AA0)t = -\frac{1}{\lambda} \ln\left(\frac{A}{A_0}\right)
t=13,208105 s1ln(1104 Bq5108 Bq)t = -\frac{1}{3,208 \cdot 10^{-5} \text{ s}^{-1}} \ln\left(\frac{1 \cdot 10^4 \text{ Bq}}{5 \cdot 10^8 \text{ Bq}}\right)
t=13,208105 s1ln(2105)t = -\frac{1}{3,208 \cdot 10^{-5} \text{ s}^{-1}} \ln(2 \cdot 10^{-5})
t=13,208105 s1(10,8197)t = -\frac{1}{3,208 \cdot 10^{-5} \text{ s}^{-1}} (-10,8197)
t=337298,9 st = 337298,9 \text{ s}

Convertimos el tiempo a horas para mayor claridad:

t=337298,9 s1 h3600 s=93,7 ht = 337298,9 \text{ s} \cdot \frac{1 \text{ h}}{3600 \text{ s}} = 93,7 \text{ h}
Radiactividad
Problema
2024 · Ordinaria · Titular
B5
Examen

Dos muestras, cada una de un radioisótopo distinto (radioisótopo 11 y radioisótopo 22) contienen en el momento de su preparación la misma masa del radioisótopo correspondiente. Las medidas de actividad de las muestras 11 y 22 para el instante inicial (t=0t = 0) y al cabo de un día arrojan los siguientes valores:

Imagen del ejercicio
a) Calcule el período de semidesintegración de cada radioisótopo.b) Si M1M_1 y M2M_2 denotan las respectivas masas atómicas de los radioisótopos, determine el cociente M2/M1M_2/M_1.
ley de desintegraciónactividad radiactivamasa atómica+1
a) Calcule el período de semidesintegración de cada radioisótopo.

La actividad de un radioisótopo sigue la ley de desintegración radiactiva:

A(t)=A0eλtA(t) = A_0 e^{-\lambda t}

donde A0A_0 es la actividad inicial, A(t)A(t) es la actividad en el instante tt, y λ\lambda es la constante de desintegración. El período de semidesintegración T1/2T_{1/2} se relaciona con λ\lambda mediante la expresión:

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

Para el radioisótopo 1:

A1,1=A1,0eλ1tA_{1,1} = A_{1,0} e^{-\lambda_1 t}
8,90 kBq=10,00 kBqeλ1(1 dıˊa)8,90 \text{ kBq} = 10,00 \text{ kBq} \cdot e^{-\lambda_1 (1 \text{ día})}
8,9010,00=eλ1\frac{8,90}{10,00} = e^{-\lambda_1}
0,89=eλ10,89 = e^{-\lambda_1}
ln(0,89)=λ1\ln(0,89) = -\lambda_1
λ1=ln(0,89) dıˊa10,1165 dıˊa1\lambda_1 = -\ln(0,89) \text{ día}^{-1} \approx 0,1165 \text{ día}^{-1}

Calculamos el período de semidesintegración para el radioisótopo 1:

T1/2,1=ln(2)λ1=0,6930,1165 dıˊa15,95 dıˊasT_{1/2,1} = \frac{\ln(2)}{\lambda_1} = \frac{0,693}{0,1165 \text{ día}^{-1}} \approx 5,95 \text{ días}

Para el radioisótopo 2:

A2,1=A2,0eλ2tA_{2,1} = A_{2,0} e^{-\lambda_2 t}
10,77 kBq=11,70 kBqeλ2(1 dıˊa)10,77 \text{ kBq} = 11,70 \text{ kBq} \cdot e^{-\lambda_2 (1 \text{ día})}
10,7711,70=eλ2\frac{10,77}{11,70} = e^{-\lambda_2}
0,9205eλ20,9205 \approx e^{-\lambda_2}
ln(0,9205)=λ2\ln(0,9205) = -\lambda_2
λ2=ln(0,9205) dıˊa10,0828 dıˊa1\lambda_2 = -\ln(0,9205) \text{ día}^{-1} \approx 0,0828 \text{ día}^{-1}

Calculamos el período de semidesintegración para el radioisótopo 2:

T1/2,2=ln(2)λ2=0,6930,0828 dıˊa18,37 dıˊasT_{1/2,2} = \frac{\ln(2)}{\lambda_2} = \frac{0,693}{0,0828 \text{ día}^{-1}} \approx 8,37 \text{ días}
b) Si M1M_1 y M2M_2 denotan las respectivas masas atómicas de los radioisótopos, determine el cociente M2/M1M_2/M_1.

La actividad inicial A0A_0 de una muestra está relacionada con el número inicial de núcleos N0N_0 y la constante de desintegración λ\lambda mediante:

A0=λN0A_0 = \lambda N_0

El número inicial de núcleos N0N_0 se puede expresar en términos de la masa inicial m0m_0 de la muestra, la masa atómica MM del radioisótopo y el número de Avogadro NAN_A:

N0=m0MNAN_0 = \frac{m_0}{M} N_A

Sustituyendo N0N_0 en la expresión de la actividad inicial:

A0=λm0MNAA_0 = \lambda \frac{m_0}{M} N_A

Para el radioisótopo 1:

A1,0=λ1m0,1M1NAA_{1,0} = \lambda_1 \frac{m_{0,1}}{M_1} N_A

Para el radioisótopo 2:

A2,0=λ2m0,2M2NAA_{2,0} = \lambda_2 \frac{m_{0,2}}{M_2} N_A

Dado que las masas iniciales de ambos radioisótopos son iguales, m0,1=m0,2=m0m_{0,1} = m_{0,2} = m_0. Podemos despejar las masas atómicas M1M_1 y M2M_2:

M1=λ1m0NAA1,0M_1 = \frac{\lambda_1 m_0 N_A}{A_{1,0}}
M2=λ2m0NAA2,0M_2 = \frac{\lambda_2 m_0 N_A}{A_{2,0}}

Ahora, formamos el cociente M2/M1M_2/M_1:

M2M1=λ2m0NAA2,0λ1m0NAA1,0=λ2A2,0A1,0λ1\frac{M_2}{M_1} = \frac{\frac{\lambda_2 m_0 N_A}{A_{2,0}}}{\frac{\lambda_1 m_0 N_A}{A_{1,0}}} = \frac{\lambda_2}{A_{2,0}} \cdot \frac{A_{1,0}}{\lambda_1}
M2M1=λ2λ1A1,0A2,0\frac{M_2}{M_1} = \frac{\lambda_2}{\lambda_1} \cdot \frac{A_{1,0}}{A_{2,0}}

Sustituimos los valores calculados de λ1\lambda_1 y λ2\lambda_2, y los valores iniciales de actividad dados:

M2M1=0,0828 dıˊa10,1165 dıˊa110,00 kBq11,70 kBq\frac{M_2}{M_1} = \frac{0,0828 \text{ día}^{-1}}{0,1165 \text{ día}^{-1}} \cdot \frac{10,00 \text{ kBq}}{11,70 \text{ kBq}}
M2M10,71070,85470,6078\frac{M_2}{M_1} \approx 0,7107 \cdot 0,8547 \approx 0,6078
M2M10,608\frac{M_2}{M_1} \approx 0,608
Desintegración radiactiva
Problema
2024 · Extraordinaria · Titular
A5
Examen

Para una prueba diagnóstica se utiliza una cierta cantidad del isótopo 9999 del tecnecio (99Tc^{99}\text{Tc}) cuyo tiempo de semidesintegración es de 6 h6 \text{ h}. Sabiendo que la actividad de la dosis que hay que inocular al paciente es de 5108 Bq5 \cdot 10^8 \text{ Bq}, determine:

a) La masa de isótopo que hay que inyectar al paciente.b) El tiempo que debe transcurrir para que la actividad sea de 1104 Bq1 \cdot 10^4 \text{ Bq}.

Datos: Masa atómica del 99Tc^{99}\text{Tc}, M99Tc=98,9 uM_{^{99}\text{Tc}} = 98,9 \text{ u}; Número de Avogadro, NA=6,021023 mol1N_A = 6,02 \cdot 10^{23} \text{ mol}^{-1}.

RadiactividadPeriodo de semidesintegraciónActividad

Datos proporcionados:

T1/2=6 h=6×3600 s=21600 sT_{1/2} = 6 \text{ h} = 6 \times 3600 \text{ s} = 21600 \text{ s}
A0=5108 BqA_0 = 5 \cdot 10^8 \text{ Bq}
A=1104 BqA = 1 \cdot 10^4 \text{ Bq}
M99Tc=98.9 u=0.0989 kg/molM_{^{99}\text{Tc}} = 98.9 \text{ u} = 0.0989 \text{ kg/mol}
NA=6.021023 mol1N_A = 6.02 \cdot 10^{23} \text{ mol}^{-1}

Primero, calculamos la constante de desintegración λ\lambda a partir del tiempo de semidesintegración T1/2T_{1/2}:

λ=ln(2)T1/2\lambda = \frac{\ln(2)}{T_{1/2}}
λ=0.69321600 s=3.208105 s1\lambda = \frac{0.693}{21600 \text{ s}} = 3.208 \cdot 10^{-5} \text{ s}^{-1}
a) La masa de isótopo que hay que inyectar al paciente.

La actividad inicial A0A_0 está relacionada con el número inicial de núcleos N0N_0 mediante la expresión:

A0=λN0A_0 = \lambda N_0

Despejamos N0N_0:

N0=A0λ=5108 Bq3.208105 s1=1.55861013 nuˊcleosN_0 = \frac{A_0}{\lambda} = \frac{5 \cdot 10^8 \text{ Bq}}{3.208 \cdot 10^{-5} \text{ s}^{-1}} = 1.5586 \cdot 10^{13} \text{ núcleos}

La masa inicial m0m_0 se calcula a partir del número de núcleos N0N_0, la masa molar del isótopo M99TcM_{^{99}\text{Tc}} y el número de Avogadro NAN_A:

m0=N0M99TcNAm_0 = \frac{N_0 \cdot M_{^{99}\text{Tc}}}{N_A}
m0=(1.55861013 nuˊcleos)(0.0989 kg/mol)6.021023 mol1=2.561012 kgm_0 = \frac{(1.5586 \cdot 10^{13} \text{ núcleos}) \cdot (0.0989 \text{ kg/mol})}{6.02 \cdot 10^{23} \text{ mol}^{-1}} = 2.56 \cdot 10^{-12} \text{ kg}
b) El tiempo que debe transcurrir para que la actividad sea de 1104 Bq1 \cdot 10^4 \text{ Bq}.

La actividad AA en un tiempo tt se rige por la ley de desintegración radiactiva:

A=A0eλtA = A_0 e^{-\lambda t}

Sustituimos los valores y despejamos tt:

1104 Bq=5108 Bqe(3.208105 s1)t1 \cdot 10^4 \text{ Bq} = 5 \cdot 10^8 \text{ Bq} \cdot e^{-(3.208 \cdot 10^{-5} \text{ s}^{-1}) t}
1104 Bq5108 Bq=e(3.208105 s1)t\frac{1 \cdot 10^4 \text{ Bq}}{5 \cdot 10^8 \text{ Bq}} = e^{-(3.208 \cdot 10^{-5} \text{ s}^{-1}) t}
2105=e(3.208105 s1)t2 \cdot 10^{-5} = e^{-(3.208 \cdot 10^{-5} \text{ s}^{-1}) t}

Aplicamos logaritmo natural a ambos lados:

ln(2105)=(3.208105 s1)t\ln(2 \cdot 10^{-5}) = -(3.208 \cdot 10^{-5} \text{ s}^{-1}) t
10.8198=(3.208105 s1)t-10.8198 = -(3.208 \cdot 10^{-5} \text{ s}^{-1}) t
t=10.81983.208105 s1=3.373105 st = \frac{10.8198}{3.208 \cdot 10^{-5} \text{ s}^{-1}} = 3.373 \cdot 10^5 \text{ s}

Convertimos el tiempo a horas:

t=3.373105 s3600 s/h=93.7 ht = \frac{3.373 \cdot 10^5 \text{ s}}{3600 \text{ s/h}} = 93.7 \text{ h}
Radiactividad
Problema
2023 · Ordinaria · Suplente
B5
Examen

El isótopo del gas noble Radón-222 (X222X22222Rn\ce{^{222}Rn}) es radiactivo y tiene un período de semidesintegración de 3,82 dıˊas3,82 \text{ días}. La legislación ambiental limita la radiactividad causada por el X222X22222Rn\ce{^{222}Rn} a 300 Bq300 \text{ Bq} por metro cúbico.

a) Calcule la constante de desintegración del isótopo X222X22222Rn\ce{^{222}Rn} y la actividad inicial de 1 mg1 \text{ mg} de X222X22222Rn\ce{^{222}Rn}.b) Determine la masa máxima de X222X22222Rn\ce{^{222}Rn} que puede haber en una habitación de 20 m320 \text{ m}^3 para que no se sobrepase el límite máximo legal de radiactividad.

Datos: Masa atómica del X222X22222Rn\ce{^{222}Rn}, MX222X22222Rn=222 uM_{\ce{^{222}Rn}} = 222 \text{ u}; Número de Avogadro, NA=6,021023 mol1N_A = 6,02 \cdot 10^{23} \text{ mol}^{-1}.

Desintegración radiactivaActividad radiactiva
a) Calcule la constante de desintegración del isótopo X222X22222Rn\ce{^{222}Rn} y la actividad inicial de 1 mg1 \text{ mg} de X222X22222Rn\ce{^{222}Rn}.

Para calcular la constante de desintegración (λ\lambda), utilizamos la relación con el período de semidesintegración (T1/2T_{1/2}). Primero, convertimos el período de semidesintegración a segundos:

T1/2=3,82 dıˊas×24 horas1 dıˊa×3600 s1 hora=330288 sT_{1/2} = 3,82 \text{ días} \times \frac{24 \text{ horas}}{1 \text{ día}} \times \frac{3600 \text{ s}}{1 \text{ hora}} = 330288 \text{ s}

La fórmula para la constante de desintegración es:

λ=ln2T1/2\lambda = \frac{\ln 2}{T_{1/2}}

Sustituyendo el valor de T1/2T_{1/2}:

λ=0,693330288 s2,098106 s1\lambda = \frac{0,693}{330288 \text{ s}} \approx 2,098 \cdot 10^{-6} \text{ s}^{-1}

Ahora calculamos la actividad inicial (A0A_0) de 1 mg1 \text{ mg} de X222X22222Rn\ce{^{222}Rn}. La actividad se define como A=λNA = \lambda N, donde NN es el número de núcleos radiactivos. Primero, calculamos el número de núcleos en 1 mg1 \text{ mg} de X222X22222Rn\ce{^{222}Rn}.Datos:Masa de X222X22222Rn\ce{^{222}Rn}, m=1 mg=1103 gm = 1 \text{ mg} = 1 \cdot 10^{-3} \text{ g} Masa atómica del X222X22222Rn\ce{^{222}Rn}, MX222X22222Rn=222 u=222 g/molM_{\ce{^{222}Rn}} = 222 \text{ u} = 222 \text{ g/mol} Número de Avogadro, NA=6,021023 mol1N_A = 6,02 \cdot 10^{23} \text{ mol}^{-1} El número de núcleos N0N_0 se calcula como:

N0=mMX222X22222RnNAN_0 = \frac{m}{M_{\ce{^{222}Rn}}} N_A

Sustituyendo los valores:

N0=1103 g222 g/mol×6,021023 mol12,7121018 nuˊcleosN_0 = \frac{1 \cdot 10^{-3} \text{ g}}{222 \text{ g/mol}} \times 6,02 \cdot 10^{23} \text{ mol}^{-1} \approx 2,712 \cdot 10^{18} \text{ núcleos}

Ahora calculamos la actividad inicial A0A_0:

A0=λN0A_0 = \lambda N_0

Sustituyendo los valores de λ\lambda y N0N_0:

A0=(2,098106 s1)×(2,7121018)5,691012 BqA_0 = (2,098 \cdot 10^{-6} \text{ s}^{-1}) \times (2,712 \cdot 10^{18}) \approx 5,69 \cdot 10^{12} \text{ Bq}
b) Determine la masa máxima de X222X22222Rn\ce{^{222}Rn} que puede haber en una habitación de 20 m320 \text{ m}^3 para que no se sobrepase el límite máximo legal de radiactividad.

La legislación ambiental limita la radiactividad a 300 Bq/m3300 \text{ Bq/m}^3. La habitación tiene un volumen de 20 m320 \text{ m}^3. Por lo tanto, la actividad máxima permitida en la habitación es:

Amax=300Bqm3×20 m3=6000 BqA_{max} = 300 \frac{\text{Bq}}{\text{m}^3} \times 20 \text{ m}^3 = 6000 \text{ Bq}

Ahora utilizamos la relación entre actividad y masa. Sabemos que A=λNA = \lambda N y N=mMX222X22222RnNAN = \frac{m}{M_{\ce{^{222}Rn}}} N_A. Sustituyendo NN en la expresión de la actividad, obtenemos:

A=λmMX222X22222RnNAA = \lambda \frac{m}{M_{\ce{^{222}Rn}}} N_A

Despejamos la masa mm:

m=AMX222X22222RnλNAm = \frac{A \cdot M_{\ce{^{222}Rn}}}{\lambda \cdot N_A}

Sustituyendo los valores de AmaxA_{max}, MX222X22222RnM_{\ce{^{222}Rn}}, λ\lambda y NAN_A:

mmax=(6000 Bq)×(222 g/mol)(2,098106 s1)×(6,021023 mol1)m_{max} = \frac{(6000 \text{ Bq}) \times (222 \text{ g/mol})}{(2,098 \cdot 10^{-6} \text{ s}^{-1}) \times (6,02 \cdot 10^{23} \text{ mol}^{-1})}
mmax=1,332106 gs11,2631018 s11,0541012 gm_{max} = \frac{1,332 \cdot 10^6 \text{ g} \cdot \text{s}^{-1}}{1,263 \cdot 10^{18} \text{ s}^{-1}} \approx 1,054 \cdot 10^{-12} \text{ g}

La masa máxima de X222X22222Rn\ce{^{222}Rn} que puede haber en la habitación es aproximadamente 1,0541012 g1,054 \cdot 10^{-12} \text{ g} (o 1,054 pg1,054 \text{ pg}).

2023 · Ordinaria · Titular
A5
Examen

Se sospecha que un acuífero recibe aportes intermitentes de radón (222Rn^{222}\ce{Rn}). Para comprobarlo, se toman semanalmente medidas de la actividad radiactiva de muestras de agua. Una de esas medidas arroja un valor de 14 Bq14 \text{ Bq} para una muestra de un litro. Determine el valor de la medida de la siguiente semana, para otra muestra de un litro, en cada una de las siguientes condiciones:

a) Si no hubiese ningún aporte de 222Rn^{222}\ce{Rn} en el transcurso de esa semana.b) Si el cuarto día de esa semana la concentración de 222Rn^{222}\ce{Rn} en el acuífero experimentase un aumento súbito de 21016 g2 \cdot 10^{-16} \text{ g} por cada litro de agua.

Datos: Período de semidesintegración del 222Rn^{222}\ce{Rn}, T1/2=3,8 dıˊasT_{1/2} = 3,8 \text{ días}; Masa atómica del 222Rn^{222}\ce{Rn}, M222-Rn=222 uM_{222\text{-Rn}} = 222 \text{ u}; Número de Avogadro, NA=6,021023 mol1N_A = 6,02 \cdot 10^{23} \text{ mol}^{-1}.

RadiactividadActividad radiactivaRadón-222+1
Cálculo de la constante de desintegración ($\lambda$)

El período de semidesintegración (T1/2T_{1/2}) y la constante de desintegración (λ\lambda) se relacionan mediante la siguiente expresión:

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

Sustituyendo el valor de T1/2=3,8 dıˊasT_{1/2} = 3,8 \text{ días}:

λ=0,6931473,8 dıˊas0,182407 dıˊas1\lambda = \frac{0,693147}{3,8 \text{ días}} \approx 0,182407 \text{ días}^{-1}
a) Si no hubiese ningún aporte de 222Rn^{222}\ce{Rn} en el transcurso de esa semana.

En esta condición, la actividad radiactiva disminuye exponencialmente con el tiempo según la ley de desintegración radiactiva. El tiempo transcurrido es de una semana, es decir, t=7 dıˊast = 7 \text{ días}.La fórmula para la actividad remanente (A(t)A(t)) es:

A(t)=A0eλtA(t) = A_0 e^{-\lambda t}

Donde A0=14 BqA_0 = 14 \text{ Bq} es la actividad inicial. Sustituyendo los valores:

A(7 dıˊas)=14 Bqe(0,182407 dıˊas1)(7 dıˊas)A(7 \text{ días}) = 14 \text{ Bq} \cdot e^{-(0,182407 \text{ días}^{-1}) \cdot (7 \text{ días})}
A(7 dıˊas)=14 Bqe1,276849A(7 \text{ días}) = 14 \text{ Bq} \cdot e^{-1,276849}
A(7 dıˊas)14 Bq0,278835A(7 \text{ días}) \approx 14 \text{ Bq} \cdot 0,278835
A(7 dıˊas)3,9037 BqA(7 \text{ días}) \approx 3,9037 \text{ Bq}
b) Si el cuarto día de esa semana la concentración de 222Rn^{222}\ce{Rn} en el acuífero experimentase un aumento súbito de 21016 g2 \cdot 10^{-16} \text{ g} por cada litro de agua.

En este caso, la actividad total al final de la semana será la suma de dos componentes:1. La actividad remanente de la muestra inicial (A1A_1) después de 7 días, que es el resultado del apartado a): A13,9037 BqA_1 \approx 3,9037 \text{ Bq}.2. La actividad de la masa de 222Rn^{222}\ce{Rn} añadida (A2A_2), que se produce el cuarto día y decaerá durante 74=3 dıˊas7 - 4 = 3 \text{ días}.Primero, calculamos el número de átomos de 222Rn^{222}\ce{Rn} añadidos (Nan˜adidoN_{\text{añadido}}) a partir de la masa y la masa molar (M222-Rn=222 g/molM_{222\text{-Rn}} = 222 \text{ g/mol}):

Nan˜adido=masa an˜adidaMmolarNAN_{\text{añadido}} = \frac{\text{masa añadida}}{M_{\text{molar}}} \cdot N_A
Nan˜adido=21016 g222 g/mol6,021023 mol1N_{\text{añadido}} = \frac{2 \cdot 10^{-16} \text{ g}}{222 \text{ g/mol}} \cdot 6,02 \cdot 10^{23} \text{ mol}^{-1}
Nan˜adido=12,041072225,4234105 aˊtomosN_{\text{añadido}} = \frac{12,04 \cdot 10^7}{222} \approx 5,4234 \cdot 10^5 \text{ átomos}

A continuación, calculamos la actividad inicial de esta masa añadida (A0,an˜adidoA_{0,\text{añadido}}) en el momento de su adición. Para obtener la actividad en Bq, necesitamos λ\lambda en s1\text{s}^{-1}.Convertimos el período de semidesintegración a segundos:

T1/2=3,8 dıˊas24 h1 dıˊa3600 s1 h=328320 sT_{1/2} = 3,8 \text{ días} \cdot \frac{24 \text{ h}}{1 \text{ día}} \cdot \frac{3600 \text{ s}}{1 \text{ h}} = 328320 \text{ s}

Calculamos λ\lambda en s1\text{s}^{-1}:

λ=ln(2)328320 s0,693147328320 s2,1111106 s1\lambda = \frac{\ln(2)}{328320 \text{ s}} \approx \frac{0,693147}{328320 \text{ s}} \approx 2,1111 \cdot 10^{-6} \text{ s}^{-1}

Ahora calculamos A0,an˜adidoA_{0,\text{añadido}}:

A0,an˜adido=λNan˜adido=(2,1111106 s1)(5,4234105 aˊtomos)A_{0,\text{añadido}} = \lambda N_{\text{añadido}} = (2,1111 \cdot 10^{-6} \text{ s}^{-1}) \cdot (5,4234 \cdot 10^5 \text{ átomos})
A0,an˜adido1,1444 BqA_{0,\text{añadido}} \approx 1,1444 \text{ Bq}

Esta actividad decae durante t=3 dıˊast' = 3 \text{ días} hasta la medida final. La actividad remanente (A2A_2) será:

A2=A0,an˜adidoeλtA_2 = A_{0,\text{añadido}} e^{-\lambda t'}
A2=1,1444 Bqe(0,182407 dıˊas1)(3 dıˊas)A_2 = 1,1444 \text{ Bq} \cdot e^{-(0,182407 \text{ días}^{-1}) \cdot (3 \text{ días})}
A2=1,1444 Bqe0,547221A_2 = 1,1444 \text{ Bq} \cdot e^{-0,547221}
A21,1444 Bq0,57843A_2 \approx 1,1444 \text{ Bq} \cdot 0,57843
A20,6620 BqA_2 \approx 0,6620 \text{ Bq}

Finalmente, la actividad total (AtotalA_{\text{total}}) medida al final de la semana será la suma de A1A_1 y A2A_2:

Atotal=A1+A2A_{\text{total}} = A_1 + A_2
Atotal=3,9037 Bq+0,6620 BqA_{\text{total}} = 3,9037 \text{ Bq} + 0,6620 \text{ Bq}
Atotal4,5657 BqA_{\text{total}} \approx 4,5657 \text{ Bq}
Radiactividad
Problema
2023 · Extraordinaria · Titular
A5
Examen

En un laboratorio de preparación de radiofármacos se rompe accidentalmente una ampolla de una solución que contenía 18F^{18}\text{F} con una actividad de 18,5 MBq18,5 \text{ MBq}.

a) Calcule la masa de 18F^{18}\text{F} derramada.b) Determine el tiempo que ha de transcurrir hasta que la actividad se reduzca a 37 kBq37 \text{ kBq}.

Datos: Vida media del 18F^{18}\text{F}, τ=109,7 minutos\tau = 109,7 \text{ minutos}; Masa molar del 18F^{18}\text{F}, MF=18 g/molM_F = 18 \text{ g/mol}; Número de Avogadro, NA=6,021023 mol1N_A = 6,02 \cdot 10^{23} \text{ mol}^{-1}.

desintegración radiactivaactividadvida media+1

En primer lugar, convertimos los datos al Sistema Internacional. La "vida media" τ\tau se refiere al tiempo de vida medio, que es el inverso de la constante de desintegración λ\lambda.

τ=109,7 minutos=109,760 s=6582 s\tau = 109,7 \text{ minutos} = 109,7 \cdot 60 \text{ s} = 6582 \text{ s}
λ=1τ=16582 s1,5193104 s1\lambda = \frac{1}{\tau} = \frac{1}{6582 \text{ s}} \approx 1,5193 \cdot 10^{-4} \text{ s}^{-1}
A0=18,5 MBq=18,5106 BqA_0 = 18,5 \text{ MBq} = 18,5 \cdot 10^6 \text{ Bq}
Af=37 kBq=37103 BqA_f = 37 \text{ kBq} = 37 \cdot 10^3 \text{ Bq}
a) Calcule la masa de 18F^{18}\text{F} derramada.

La actividad inicial A0A_0 se relaciona con el número inicial de núcleos radiactivos N0N_0 y la constante de desintegración λ\lambda mediante la fórmula:

A0=λN0A_0 = \lambda N_0

Despejamos N0N_0:

N0=A0λ=18,5106 Bq1,5193104 s11,21761011 nuˊcleosN_0 = \frac{A_0}{\lambda} = \frac{18,5 \cdot 10^6 \text{ Bq}}{1,5193 \cdot 10^{-4} \text{ s}^{-1}} \approx 1,2176 \cdot 10^{11} \text{ núcleos}

Ahora, para calcular la masa m0m_0 de 18F^{18}\text{F}, utilizamos el número de Avogadro NAN_A y la masa molar MFM_F:

m0=N0MFNAm_0 = \frac{N_0 \cdot M_F}{N_A}
m0=(1,21761011 nuˊcleos)(18 g/mol)6,021023 mol13,6391012 gm_0 = \frac{(1,2176 \cdot 10^{11} \text{ núcleos}) \cdot (18 \text{ g/mol})}{6,02 \cdot 10^{23} \text{ mol}^{-1}} \approx 3,639 \cdot 10^{-12} \text{ g}
b) Determine el tiempo que ha de transcurrir hasta que la actividad se reduzca a 37 kBq37 \text{ kBq}.

La actividad AtA_t en un tiempo tt se describe mediante la ley de desintegración radiactiva:

At=A0eλtA_t = A_0 e^{-\lambda t}

Despejamos tt de la ecuación:

AtA0=eλt\frac{A_t}{A_0} = e^{-\lambda t}
ln(AtA0)=λt\ln\left(\frac{A_t}{A_0}\right) = -\lambda t
t=1λln(AtA0)=τln(AtA0)t = -\frac{1}{\lambda} \ln\left(\frac{A_t}{A_0}\right) = -\tau \ln\left(\frac{A_t}{A_0}\right)

Sustituimos los valores:

t=(6582 s)ln(37103 Bq18,5106 Bq)t = - (6582 \text{ s}) \ln\left(\frac{37 \cdot 10^3 \text{ Bq}}{18,5 \cdot 10^6 \text{ Bq}}\right)
t=(6582 s)ln(0,002)t = - (6582 \text{ s}) \ln(0,002)
t=(6582 s)(6,2146)40916,6 st = - (6582 \text{ s}) \cdot (-6,2146) \approx 40916,6 \text{ s}

Convertimos el tiempo a minutos y horas para una mejor comprensión:

t=40916,6 s60 s/min681,94 minutost = \frac{40916,6 \text{ s}}{60 \text{ s/min}} \approx 681,94 \text{ minutos}
t=681,94 minutos60 min/h11,37 horast = \frac{681,94 \text{ minutos}}{60 \text{ min/h}} \approx 11,37 \text{ horas}
Desintegración radiactiva
Problema
2022 · Ordinaria · Titular
A5
Examen

Una muestra contiene inicialmente una masa de 30 mg30 \text{ mg} de 210Po^{210}\text{Po}. Sabiendo que su período de semidesintegración es de 138,38 dıˊas138,38 \text{ días}, determine:

a) La vida media del isótopo y la actividad inicial de la muestra.b) El tiempo que debe transcurrir para que el contenido de 210Po^{210}\text{Po} de la muestra se reduzca a 5 mg5 \text{ mg}.

Datos: Masa atómica del 210Po^{210}\text{Po}, MPo=210 uM_{\text{Po}} = 210 \text{ u}; Número de Avogadro, NA=6,021023 mol1N_A = 6,02 \cdot 10^{23} \text{ mol}^{-1}.

Período de semidesintegraciónActividad radiactivaVida media
a) La vida media del isótopo y la actividad inicial de la muestra.

Primero, convertimos el periodo de semidesintegración a segundos:

T1/2=138,38 dıˊas24hdıˊa3600sh=11956512 sT_{1/2} = 138,38 \text{ días} \cdot 24 \frac{\text{h}}{\text{día}} \cdot 3600 \frac{\text{s}}{\text{h}} = 11956512 \text{ s}

La constante de desintegración λ\lambda se relaciona con el periodo de semidesintegración T1/2T_{1/2} mediante la fórmula:

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

Sustituyendo los valores:

λ=0,69314711956512 s=5,8006108 s1\lambda = \frac{0,693147}{11956512 \text{ s}} = 5,8006 \cdot 10^{-8} \text{ s}^{-1}

La vida media τ\tau del isótopo es el inverso de la constante de desintegración:

τ=1λ\tau = \frac{1}{\lambda}

Sustituyendo el valor de λ\lambda:

τ=15,8006108 s1=1,72395107 s\tau = \frac{1}{5,8006 \cdot 10^{-8} \text{ s}^{-1}} = 1,72395 \cdot 10^{7} \text{ s}

Convertimos la vida media a días:

τ=1,72395107 s1 dıˊa86400 s199,53 dıˊas\tau = 1,72395 \cdot 10^{7} \text{ s} \cdot \frac{1 \text{ día}}{86400 \text{ s}} \approx 199,53 \text{ días}

Para calcular la actividad inicial A0A_0, necesitamos primero determinar el número inicial de núcleos N0N_0. La masa molar del 210Po^{210}\text{Po} es 210 g/mol210 \text{ g/mol}. La masa inicial de la muestra es m0=30 mg=0,030 gm_0 = 30 \text{ mg} = 0,030 \text{ g}.

N0=m0MPoNAN_0 = \frac{m_0}{M_{\text{Po}}} \cdot N_A

Sustituyendo los valores:

N0=0,030 g210 g/mol6,021023 mol18,6001019 nuˊcleosN_0 = \frac{0,030 \text{ g}}{210 \text{ g/mol}} \cdot 6,02 \cdot 10^{23} \text{ mol}^{-1} \approx 8,600 \cdot 10^{19} \text{ núcleos}

La actividad inicial A0A_0 se calcula como:

A0=λN0A_0 = \lambda N_0

Sustituyendo los valores:

A0=(5,8006108 s1)(8,6001019)4,98851012 BqA_0 = (5,8006 \cdot 10^{-8} \text{ s}^{-1}) \cdot (8,600 \cdot 10^{19}) \approx 4,9885 \cdot 10^{12} \text{ Bq}

Redondeando, la actividad inicial es A04,991012 BqA_0 \approx 4,99 \cdot 10^{12} \text{ Bq}.

b) El tiempo que debe transcurrir para que el contenido de 210Po^{210}\text{Po} de la muestra se reduzca a 5 mg5 \text{ mg}.

La ley de desintegración radiactiva para la masa se expresa como:

m(t)=m0eλtm(t) = m_0 e^{-\lambda t}

Donde m(t)m(t) es la masa en el tiempo tt, m0m_0 es la masa inicial y λ\lambda es la constante de desintegración. Despejamos tt:

m(t)m0=eλt\frac{m(t)}{m_0} = e^{-\lambda t}
ln(m(t)m0)=λt\ln\left(\frac{m(t)}{m_0}\right) = -\lambda t
t=1λln(m(t)m0)=1λln(m0m(t))t = -\frac{1}{\lambda} \ln\left(\frac{m(t)}{m_0}\right) = \frac{1}{\lambda} \ln\left(\frac{m_0}{m(t)}\right)

Sustituimos los valores: m0=30 mgm_0 = 30 \text{ mg}, m(t)=5 mgm(t) = 5 \text{ mg} y λ=5,8006108 s1\lambda = 5,8006 \cdot 10^{-8} \text{ s}^{-1}:

t=15,8006108 s1ln(30 mg5 mg)t = \frac{1}{5,8006 \cdot 10^{-8} \text{ s}^{-1}} \ln\left(\frac{30 \text{ mg}}{5 \text{ mg}}\right)
t=15,8006108 s1ln(6)t = \frac{1}{5,8006 \cdot 10^{-8} \text{ s}^{-1}} \ln(6)

Como ln(6)1,79176\ln(6) \approx 1,79176:

t=1,791765,8006108 s13,0889107 st = \frac{1,79176}{5,8006 \cdot 10^{-8} \text{ s}^{-1}} \approx 3,0889 \cdot 10^{7} \text{ s}

Convertimos el tiempo a días:

t=3,0889107 s1 dıˊa86400 s357,51 dıˊast = 3,0889 \cdot 10^{7} \text{ s} \cdot \frac{1 \text{ día}}{86400 \text{ s}} \approx 357,51 \text{ días}

Redondeando, el tiempo transcurrido es t358 dıˊast \approx 358 \text{ días}.

Radiactividad
Problema
2022 · Extraordinaria · Titular
B5
Examen

El isótopo de americio, 241Am^{241}\text{Am}, se ha utilizado para la fabricación de detectores de humo. Si la cantidad de americio 241Am^{241}\text{Am} en un detector de humo en el momento de su fabricación es de 0,20,2 miligramos y su tiempo de vida media, τ\tau, es de 432432 años, determine:

a) El tiempo de semidesintegración del 241Am^{241}\text{Am} y la actividad inicial del detector de humo.b) La cantidad de 241Am^{241}\text{Am} en el detector de humo cuando su actividad haya disminuido un 80%80 \% respecto de su valor inicial y el tiempo transcurrido.

Datos: Masa atómica del Am, MAm=241 uM_{\text{Am}} = 241 \text{ u}; Número de Avogadro, NA=6,021023 mol1N_A = 6,02 \cdot 10^{23} \text{ mol}^{-1}.

Desintegración radiactivaVida mediaActividad radiactiva+1
a) El tiempo de semidesintegración del 241Am^{241}\text{Am} y la actividad inicial del detector de humo.

El tiempo de semidesintegración, T1/2T_{1/2}, está relacionado con el tiempo de vida media, τ\tau, y la constante de desintegración, λ\lambda, por las siguientes expresiones:

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

Por lo tanto, podemos relacionar directamente T1/2T_{1/2} con τ\tau:

T1/2=τln(2)T_{1/2} = \tau \ln(2)

Sustituyendo el valor dado de τ\tau:

T1/2=432 an˜osln(2)=432 an˜os0,693=299,74 an˜osT_{1/2} = 432 \text{ años} \cdot \ln(2) = 432 \text{ años} \cdot 0,693 = 299,74 \text{ años}

Para calcular la actividad inicial, A0A_0, necesitamos la constante de desintegración λ\lambda y el número inicial de núcleos, N0N_0. Primero, convertimos el tiempo de vida media a segundos:

τ=432 an˜os(365,25 dıˊas1 an˜o)(24 h1 dıˊa)(3600 s1 h)=1,36291010 s\tau = 432 \text{ años} \cdot \left(\frac{365,25 \text{ días}}{1 \text{ año}}\right) \cdot \left(\frac{24 \text{ h}}{1 \text{ día}}\right) \cdot \left(\frac{3600 \text{ s}}{1 \text{ h}}\right) = 1,3629 \cdot 10^{10} \text{ s}

Ahora calculamos λ\lambda:

λ=1τ=11,36291010 s=7,3371011 s1\lambda = \frac{1}{\tau} = \frac{1}{1,3629 \cdot 10^{10} \text{ s}} = 7,337 \cdot 10^{-11} \text{ s}^{-1}

A continuación, calculamos el número inicial de núcleos de 241Am^{241}\text{Am} (N0N_0) a partir de la masa inicial m0=0,2 mg=0,2103 gm_0 = 0,2 \text{ mg} = 0,2 \cdot 10^{-3} \text{ g} y la masa atómica MAm=241 uM_{\text{Am}} = 241 \text{ u} (que es 241 g/mol241 \text{ g/mol}). Utilizamos el número de Avogadro, NA=6,021023 mol1N_A = 6,02 \cdot 10^{23} \text{ mol}^{-1}.

N0=m0MAmNA=0,2103 g241 g/mol6,021023 mol1=4,9961017 nuˊcleosN_0 = \frac{m_0}{M_{\text{Am}}} N_A = \frac{0,2 \cdot 10^{-3} \text{ g}}{241 \text{ g/mol}} \cdot 6,02 \cdot 10^{23} \text{ mol}^{-1} = 4,996 \cdot 10^{17} \text{ núcleos}

Finalmente, la actividad inicial A0A_0 es:

A0=λN0=(7,3371011 s1)(4,9961017 nuˊcleos)=3,666107 BqA_0 = \lambda N_0 = (7,337 \cdot 10^{-11} \text{ s}^{-1}) \cdot (4,996 \cdot 10^{17} \text{ núcleos}) = 3,666 \cdot 10^{7} \text{ Bq}
b) La cantidad de 241Am^{241}\text{Am} en el detector de humo cuando su actividad haya disminuido un 80%80 \% respecto de su valor inicial y el tiempo transcurrido.

Si la actividad ha disminuido un 80%80 \%, significa que la actividad actual AA es el 20%20 \% de la actividad inicial A0A_0:

A=A00,80A0=0,20A0A = A_0 - 0,80 A_0 = 0,20 A_0

Dado que la actividad es directamente proporcional al número de núcleos (A=λNA = \lambda N), y la masa es directamente proporcional al número de núcleos, la masa de 241Am^{241}\text{Am} también será el 20%20 \% de la masa inicial:

m=0,20m0=0,20(0,2 mg)=0,04 mgm = 0,20 m_0 = 0,20 \cdot (0,2 \text{ mg}) = 0,04 \text{ mg}

Para calcular el tiempo transcurrido, tt, usamos la ley de desintegración radiactiva para la actividad:

A=A0eλtA = A_0 e^{-\lambda t}

Sustituimos A=0,20A0A = 0,20 A_0:

0,20A0=A0eλt0,20 A_0 = A_0 e^{-\lambda t}
0,20=eλt0,20 = e^{-\lambda t}

Aplicamos el logaritmo natural a ambos lados:

ln(0,20)=λt\ln(0,20) = -\lambda t

Despejamos tt:

t=ln(0,20)λt = -\frac{\ln(0,20)}{\lambda}

Sabemos que ln(0,20)=ln(1/5)=ln(5)\ln(0,20) = \ln(1/5) = -\ln(5), y que λ=1/τ\lambda = 1/\tau. Sustituyendo:

t=ln(5)1/τ=τln(5)t = -\frac{-\ln(5)}{1/\tau} = \tau \ln(5)

Sustituyendo el valor de τ\tau:

t=432 an˜osln(5)=432 an˜os1,609=695,1 an˜ost = 432 \text{ años} \cdot \ln(5) = 432 \text{ años} \cdot 1,609 = 695,1 \text{ años}