CAPÍTULO VIII. RADIOACTIVIDAD INDUCIDA.

175. Radiactividad inducida.

Una de las propiedades más interesantes y notables del torio, el radio y el actinio es su capacidad de «excitar» o «inducir» una actividad temporal en todos los cuerpos situados en su vecindad.

Una sustancia que haya estado expuesta durante algún tiempo en presencia de radio o torio se comporta como si su superficie estuviera cubierta por un depósito invisible de material intensamente radiactivo.

El cuerpo «excitado» emite radiaciones capaces de impresionar una placa fotográfica y de ionizar un gas.

Sin embargo, a diferencia de los propios radioelementos, la actividad del cuerpo no permanece constante después de haber sido retirado de la influencia del material activo excitador, sino que decae con el tiempo.

La actividad dura varias horas cuando se debe al radio y varios días cuando se debe al torio.

Esta propiedad fue observada por primera vez por M. y Mme. Curie¹ para el radio, y de manera independiente por el autor² para el torio³.

Si se coloca cualquier cuerpo sólido dentro de un recipiente cerrado que contenga un compuesto emanante de torio o radio, su superficie se vuelve radiactiva.

Para los compuestos de torio, la cantidad de actividad inducida en un cuerpo es, en general, tanto mayor cuanto más cerca esté del material activo.

En el caso del radio, sin embargo, siempre que el cuerpo haya estado expuesto durante varias horas, la cantidad de actividad inducida es en gran medida independiente de la posición del cuerpo en el recipiente que contiene el material activo.

Los cuerpos se vuelven activos tanto si se exponen directamente a la acción de la sustancia radiactiva como si están protegidos de la acción de los rayos directos. Esto se ha demostrado claramente en algunos experimentos de P. Curie. Un pequeño recipiente abierto a (Fig. 62) que contiene una solución de radio se coloca dentro de un recipiente cerrado más grande V.

Las placas A, B, C, D, E se colocan en varias posiciones dentro del recinto. Tras una exposición de un día, al retirar las placas se comprueba que son radiactivas incluso en posiciones completamente protegidas de la acción de los rayos directos.

Por ejemplo, la placa D, protegida de la radiación directa por la placa de plomo P, es tan activa como la placa E, expuesta a la radiación directa.

La cantidad de actividad producida en un tiempo dado sobre una placa de área determinada en una posición definida es independiente del material de la placa. Placas de mica, cobre, cartón, ebonita, todas muestran cantidades iguales de actividad.

La cantidad de actividad depende del área de la placa y de la cantidad de espacio libre en su vecindad. La radiactividad inducida también se produce en el agua si se expone a la acción de un compuesto emanante.

176. Concentración de la radioactividad inducida en el electrodo negativo.

Cuando se coloca torio o radio en un recipiente cerrado, toda la superficie interior se vuelve fuertemente activa. En un campo eléctrico intenso, por el contrario, el autor halló que la actividad se confinaba por completo al electrodo negativo. Mediante disposiciones adecuadas, toda la actividad inducida, que previamente estaba distribuida por la superficie del recipiente, puede concentrarse en un pequeño electrodo negativo colocado dentro del recipiente.

Un dispositivo experimental para este fin se muestra en la Fig. 63.

El vaso metálico V, que contiene una gran cantidad de torio, está conectado con el polo positivo de una batería de unos 300 voltios. El hilo AB que debe hacerse activo está sujeto a una varilla más gruesa BC, que pasa a través de un corcho de ebonita dentro de un cilindro corto D, fijado en el lateral del vaso. Esta varilla está conectada con el polo negativo de la batería. De este modo, el hilo AB es el único conductor expuesto en el campo con carga negativa, y se encuentra que la totalidad de la actividad inducida se concentra en él.

De este modo es posible hacer que un alambre metálico delgado y corto sea más de 10.000 veces más activo por unidad de superficie que la toria de la cual se deriva la actividad inducida.

Del mismo modo, la actividad inducida debida al radio puede concentrarse principalmente en el electrodo negativo.

• En el caso del torio, si el alambre central se carga positivamente, no muestra actividad apreciable.
• Con el radio, sin embargo, un cuerpo cargado positivamente se vuelve ligeramente activo.

En la mayoría de los casos, la cantidad de actividad producida en el electrodo positivo no supera el 5 % de la cantidad correspondiente cuando el cuerpo está cargado negativamente. Tanto para el torio como para el radio, la cantidad de actividad inducida en electrodos del mismo tamaño es independiente de su material.

Todos los metales se activan en igual medida ante tiempos de exposición iguales.

Cuando no actúa ningún campo eléctrico, se produce la misma cantidad de actividad en aislantes como la mica y el vidrio que en conductores de dimensiones iguales.

177. Relación entre las emanaciones y la actividad inducida.

Un examen de las condiciones bajo las cuales se produce la actividad inducida muestra que existe una conexión muy estrecha entre la emanación y la actividad inducida.

• Si un compuesto de torio se cubre con varias hojas de papel, que bloquean los rayos $\alpha$ pero permiten el paso de la emanación, todavía se produce actividad inducida en el espacio que se encuentra encima.
• Si se sella una hoja delgada de mica con parafina sobre el material activo, impidiendo así el escape de la emanación, no se produce actividad inducida en el exterior.

El uranio y el polonio, que no emiten una emanación, no son capaces de producir actividad inducida en los cuerpos. No solo es necesaria la presencia de la emanación para causar actividad inducida, sino que la cantidad de actividad inducida es siempre proporcional a la cantidad de emanación presente.

Por ejemplo, la toria desemanada produce muy poca actividad inducida en comparación con la toria ordinaria. En todos los casos, la cantidad de actividad inducida producida es proporcional al poder emanador.

Al pasar a través de un campo eléctrico, la emanación pierde su propiedad de inducir actividad a la misma velocidad en que disminuye su poder radiante. Esto se demostró mediante el siguiente experimento.

Una lenta corriente constante de aire procedente de un gasómetro, libre de polvo por su paso a través de algodón hidrófilo, pasaba a través de un tubo de madera rectangular de 70 cm de longitud. Cuatro placas metálicas aisladas iguales, A, B, C, D, se colocaron a intervalos regulares a lo largo del tubo. El polo positivo de una batería de 300 voltios se conectó a una placa metálica situada en el fondo del tubo, mientras que el polo negativo se conectó a las cuatro placas.

Una masa de toria se colocó en el fondo del tubo debajo de la placa A, y se determinó la corriente debida a la emanación en cada una de las cuatro placas. Después de hacer pasar una corriente de aire de 0,2 cm por segundo durante 7 horas a lo largo del tubo, se retiraron las placas y se midió la cantidad de actividad inducida producida en ellas mediante el método eléctrico. Se obtuvieron los siguientes resultados.

Dentro de los errores de medición, la cantidad de actividad excitada es por tanto proporcional a la radiación de la emanación, es decir, a la cantidad de emanación presente. Las mismas consideraciones son válidas para la emanación del radio. La emanación en este caso, debido a la lenta pérdida de su actividad, puede almacenarse mezclada con aire durante largos periodos en un gasómetro, y sus efectos pueden comprobarse con total independencia de la materia activa a partir de la cual se produce.

La corriente de ionización debida a la actividad excitada producida por la emanación es siempre proporcional a la corriente debida a la emanación durante el periodo de un mes o más en que su actividad es lo suficientemente grande como para ser medida convenientemente por un electrómetro.

Si, en cualquier momento durante el intervalo, se extrae parte de la emanación y se introduce en un nuevo recipiente de prueba, la corriente de ionización comenzará a aumentar inmediatamente, elevándose en el transcurso de cuatro o cinco horas hasta aproximadamente el doble de su valor original.

Este aumento de la corriente se debe a la actividad inducida producida en las paredes del recipiente que la contiene. Al expulsar la emanación soplando, la actividad inducida queda atrás y de inmediato comienza a desintegrarse.

Cualquiera que sea su edad, la emanación todavía posee la propiedad de causar actividad inducida, y en una cantidad siempre proporcional a su actividad, es decir, a la cantidad de emanación presente.

Estos resultados muestran que el poder de la actividad excitante sobre sustancias inactivas es una propiedad de las emanaciones radiactivas, y es proporcional a la cantidad de emanación presente.

El fenómeno de la actividad inducida no puede atribuirse a un tipo de fosforescencia producida por los rayos de la emanación sobre los cuerpos; pues se ha demostrado que la actividad puede concentrarse en el electrodo negativo en un campo eléctrico intenso, incluso si el electrodo está protegido de la radiación directa de la sustancia activa que emite la emanación.

La cantidad de actividad inducida no parece estar relacionada de ningún modo con la ionización producida por la emanación en el gas con el que está mezclada.

Por ejemplo, si se construye un recipiente cerrado con dos grandes placas metálicas paralelas y aisladas, sobre cuya placa inferior se extiende una capa de torio, la cantidad de actividad inducida en la placa superior cuando está cargada negativamente es independiente de la distancia entre las placas cuando dicha distancia varía de 1 milímetro a 2 centímetros. Este experimento muestra que la cantidad de actividad inducida depende únicamente de la cantidad de emanación emitida por el torio; ya que la ionización producida con una distancia de 2 centímetros entre las placas es aproximadamente diez veces mayor que con una distancia de 1 milímetro.

178. Si un hilo de platino se vuelve activo por exposición a la emanación de torio, su actividad puede eliminarse tratando el hilo con ciertos ácidos⁴.

Por ejemplo, la actividad no se altera mucho al sumergir el hilo en agua caliente o fría, o en ácido nítrico, pero más del 80% de esta se elimina mediante soluciones diluidas o concentradas de ácido sulfúrico o clorhídrico.

La actividad no ha sido destruida por este tratamiento, sino que se manifiesta en la solución. Si se evapora la solución, la actividad permanece en la cápsula.

Estos resultados muestran que la actividad inducida se debe a un depósito sobre la superficie de los cuerpos de materia radiactiva que posee propiedades definidas en cuanto a su solubilidad en ácidos.

Esta materia activa se disuelve en algunos ácidos, pero, cuando el disolvente se evapora, la materia activa permanece. Esta materia activa se deposita sobre la superficie de los cuerpos, ya que puede eliminarse parcialmente frotando el cuerpo con un paño, y casi por completo frotando la placa con arena o papel de lija.

Si se coloca un hilo cargado negativamente en presencia de una gran cantidad de emanación de este radio, se vuelve intensamente activo. Si el hilo, tras retirarlo, se arrastra sobre una pantalla de sulfuro de cinc, o willemita, una parte de la materia activa se desprende y se deja un rastro luminoso sobre la pantalla.

La cantidad de materia activa depositada es extremadamente pequeña, ya que no se ha detectado ninguna diferencia de peso en un hilo de platino cuando se vuelve extremadamente activo. Al examinar el hilo bajo un microscopio, no se observa rastro alguno de materia extraña. De estos resultados se deduce que la materia que causa la actividad inducida es muchas miles de veces más activa, peso a peso, que el propio radio.

Conviene tener un nombre determinado para esta materia radiactiva, pues el término «actividad excitada» solo se refiere a la radiación de la materia activa y no a la materia en sí. El término «depósito activo» se aplicará por lo general a esta materia.

El depósito activo de las tres sustancias torio, radio y actinio se deriva, en cada caso, de su respectiva emanación, y posee la misma propiedad general de concentración en el electrodo negativo dentro de un campo eléctrico y de actuar como un tipo de materia no volátil que se deposita a partir del gas sobre la superficie de los cuerpos.

Estos depósitos activos, aunque todos solubles en ácidos fuertes, son químicamente distintos entre sí.

El término «depósito activo» solo puede emplearse, sin embargo, cuando el asunto se considera en su conjunto; pues más adelante se demostrará que la materia, en condiciones ordinarias, es compleja y contiene varios constituyentes que poseen propiedades físicas y químicas distintivas, así como una velocidad de cambio también distintiva.

De acuerdo con la teoría propuesta en la sección 136, podemos suponer que la emanación del torio, del radio y del actinio es inestable y se desintegra con la expulsión de una partícula $\alpha$. El residuo del átomo de la emanación se difunde hacia las paredes del vaso o es transportado al electrodo negativo en un campo eléctrico. Este depósito activo es, a su vez, inestable y se desintegra en varias etapas sucesivas.

La «actividad excitada» propiamente dicha es la radiación producida por el depósito activo como consecuencia de los cambios que en él ocurren.

Según este punto de vista, la emanación es la progenitura del depósito activo del mismo modo que el Th X es la progenitura de la emanación.

La proporcionalidad que siempre existe entre la actividad de la emanación y la actividad excitada a la que da lugar, queda explicada de inmediato si una sustancia es la progenitura de la otra.

179. Decaimiento de la actividad inducida producida por el torio.

La actividad inducida producida en un cuerpo tras una larga exposición a las emanaciones de torio decae según una ley exponencial con el tiempo, reduciéndose a la mitad de su valor en aproximadamente 11 horas. La siguiente tabla muestra la velocidad de decaimiento de la actividad inducida producida en una varilla de latón.

Los resultados se muestran gráficamente en la Fig. 64, Curva A.

La intensidad de la radiación I después de cualquier tiempo t está dada por

donde λ es la constante radiactiva.

La velocidad de descomposición de la actividad inducida, al igual que la de la actividad de otros productos radiactivos, no se ve afectada de manera apreciable por el cambio de las condiciones.

• La velocidad de descomposición es independiente de la concentración de la actividad inducida y del material del cuerpo sobre el cual se produce.
• Es independiente también de la naturaleza y la presión del gas en el que se descompone.
• La velocidad de descomposición permanece inalterada tanto si la actividad inducida se produce sobre el cuerpo con o sin un campo eléctrico.

La cantidad de actividad excitada producida en un cuerpo aumenta al principio con el tiempo, pero alcanza un máximo tras una exposición de varios días.

Un ejemplo de los resultados se da en la tabla siguiente. En este experimento, una varilla hizo las veces de cátodo en un recipiente cerrado que contenía toria. Fue extraída a intervalos durante el breve tiempo necesario para comprobar su actividad y luego devuelta a su lugar.

Estos resultados se muestran gráficamente en la curva B, de la fig. 64. Se observa que las curvas de decaimiento y recuperación pueden representarse aproximadamente mediante las siguientes ecuaciones.

Para la curva de decaimiento A,

Para la curva de recuperación B,

Las dos curvas son, por tanto, complementarias la una de la otra; están conectadas del mismo modo que las curvas de decaimiento y recuperación del uranio X, y son susceptibles de una explicación similar.

La cantidad de radioactividad inducida alcanza un valor máximo cuando la velocidad de suministro de partículas radioactivas frescas equilibra la velocidad de cambio de aquellas ya depositadas.

180. Radiactividad inducida producida por una exposición corta.

La parte inicial de la curva de recuperación B, fig. 64, no está representada con exactitud por la ecuación anterior. La actividad durante las primeras horas aumenta más lentamente de lo que cabría esperar a partir de la ecuación. Este resultado, sin embargo, se explica por completo a la luz de resultados posteriores. El autor⁵ halló que, para una exposición corta de un cuerpo a la emanación de torio, la radiactividad inducida en él tras su extracción, en vez de disminuir inmediatamente a la velocidad normal, aumentaba durante varias horas. En algunos casos, la actividad del cuerpo aumentaba a tres o cuatro veces su valor original en el transcurso de unas pocas horas y luego decaía con el tiempo a la velocidad normal.

Para una exposición de 41 minutos a la emanación, la actividad inducida tras su retirada aumentó hasta tres veces su valor inicial en unas 3 horas y luego descendió de nuevo a un ritmo aproximadamente normal hasta la mitad de su valor en 11 horas.

Con un tiempo de exposición a la emanación más prolongado, la relación del aumento tras la retirada es mucho menos marcada. Para una exposición de un día, la actividad tras la retirada comienza a disminuir inmediatamente.

En este caso, el aumento de la actividad de la materia depositada en las últimas horas no compensa la disminución de la actividad de la materia activa en su conjunto, y en consecuencia la actividad comienza a decaer de inmediato.

Este aumento de la actividad con el tiempo explica la irregularidad inicial en la curva de recuperación, ya que la materia activa depositada durante las primeras horas tarda un tiempo en alcanzar su actividad máxima y, en consecuencia, la actividad inicial es menor de lo que cabría esperar a partir de la ecuación.

El aumento de actividad en una varilla expuesta durante un breve intervalo en presencia de la emanación de torio ha sido investigado con mayor detalle por la señorita Brooks. La curva C de la fig. 65 muestra la variación con el tiempo de la actividad de una varilla de latón expuesta durante 10 minutos en el recipiente de emanación lleno de aire libre de polvo. La actividad inducida tras su extracción aumentó en el transcurso de 3,7 horas hasta cinco veces su valor inicial y, posteriormente, decayó a la velocidad normal. La curva de trazos D representa la variación de actividad que cabría esperar si la actividad decayera exponencialmente con el tiempo. La explicación de este notable fenómeno se considera en detalle en la sección 207.

181. Efecto del polvo sobre la distribución de la actividad inducida.

La señorita Brooks⁶, que trabajaba en el Laboratorio Cavendish, observó que la actividad inducida debida a la emanación de torio aparecía en algunos casos sobre el ánodo en un campo eléctrico, y que la distribución de la actividad inducida variaba de manera Aparentemente caprichosa.

Este efecto se achacó finalmente a la presencia de polvo en el aire del recipiente de la emanación. Por ejemplo, con una exposición de 5 minutos, la cantidad de actividad inducida que se observaba en una varilla dependía del tiempo que se hubiera dejado reposar el aire previamente en el recipiente de la emanación. El efecto aumentaba con el tiempo de reposo y alcanzaba un máximo al cabo de unas 18 horas. La cantidad de actividad inducida obtenida en la varilla era entonces unas 20 veces mayor que la cantidad observada para el aire recién introducido. La actividad de esta varilla no aumentaba tras su extracción, pero con aire fresco, la actividad inducida, para una exposición de 5 minutos, aumentaba de cinco a seis veces su valor inicial.

Se encontró que este comportamiento anómalo se debía a la presencia de partículas de polvo en el aire del recipiente, en el cual los cuerpos se volvían radiactivos. Estas partículas de polvo, al quedar encerradas en presencia de la emanación, se vuelven radiactivas.

Cuando se introduce una varilla cargada negativamente en el recipiente, una parte del polvo radiactivo se concentra en la varilla y su actividad se suma a la actividad normal producida en el alambre.

Después de dejar el aire del recipiente en reposo durante un intervalo suficientemente largo para permitir que cada una de las partículas de polvo alcance un estado de equilibrio radiactivo, al aplicar un campo eléctrico, todas las partículas de polvo cargadas positivamente serán llevadas inmediatamente al electrodo negativo. La actividad del electrodo comienza a decaer de inmediato, ya que el decaimiento de la actividad de las partículas de polvo en el alambre enmascara por completo el aumento inicial de la actividad normal producida en el alambre.

Parte del polvo radiactivo también es transportado al ánodo, y la proporción aumenta con el tiempo durante el cual el aire ha permanecido inalterado. La mayor cantidad obtenida en el ánodo fue de aproximadamente el 60% de la del cátodo.

Se descubrió que estos efectos anómalos desaparecían si se eliminaba el polvo del aire haciéndolo pasar a través de un tapón de lana de vidrio, o mediante la aplicación durante algún tiempo de un campo eléctrico intenso.

182. Decaimiento de la actividad inducida del radio. La actividad inducida producida en los cuerpos por la exposición a la emanación del radio decae mucho más rápidamente que la actividad inducida del torio. Para tiempos breves de exposición⁷ a la emanación, la curva de decaimiento es muy irregular. Esto se muestra en la Fig. 66.

Se encontró que la intensidad de la radiación medida por los rayos α disminuyó rápidamente durante los primeros 10 minutos posteriores a la extracción, pero unos 15 minutos después de la extracción alcanzó un valor que permaneció casi constante durante un intervalo de unos 20 minutos.

Luego decayó a cero, siguiendo finalmente una ley exponencial, cayendo la intensidad a la mitad de su valor en unos 28 minutos. Con tiempos de exposición más largos, las irregularidades en la curva no son tan pronunciadas.

La señorita Brooks ha determinado recientemente las curvas de decaimiento de la actividad inducida del radio para diferentes tiempos de exposición, medida por medio de los rayos $\alpha$. Los resultados se muestran en la Fig. 67, donde las ordenadas iniciales representan la actividad comunicada al cuerpo a partir de diferentes tiempos de exposición a una fuente constante de emanación.

Se observará que en todos los casos hay una caída inicial repentina de la actividad, la cual se vuelve menos pronunciada a medida que aumenta el tiempo de exposición. La actividad, varias horas después de la extracción, decrece exponencialmente en todos los casos, reduciéndose a la mitad de su valor en unos 28 minutos.

No solo las curvas de variación de la actividad inducida tras la retirada dependen del tiempo de exposición a la emanación, sino que también dependen de si se emplean los rayos $\alpha$ o los $\beta$ y $\gamma$ como medio de medición.

Las curvas obtenidas para los rayos $\gamma$ son idénticas a las de los rayos $\beta$, lo que demuestra que estos dos tipos de rayos ocurren siempre juntos y en la misma proporción.

Las curvas medidas mediante los rayos $\beta$ son muy diferentes, especialmente en el caso de una exposición breve a la emanación. Esto se muestra claramente en la Fig. 68, que presenta las curvas de los rayos $\beta$ y $\gamma$ para exposiciones de 10 minutos, 40 minutos y 1 hora, así como el caso límite de una exposición de 24 horas.

A unos 25 minutos después de la extracción, la actividad decae aproximadamente a la misma velocidad en cada caso. Por conveniencia de representación, las ordenadas de las curvas se ajustaron de modo que todas pasaran por un punto común. Veremos más adelante (capítulo XI) que las velocidades de decaimiento no son exactamente idénticas hasta varias horas después de la extracción; pero, en la figura anterior, es difícil representar las ligeras variaciones.

Se observará que para la exposición corta de 10 minutos la actividad medida por los rayos β es pequeña al principio, pero aumenta hasta un máximo en unos 22 minutos y luego se desvanece con el tiempo. La curva de decaimiento de la actividad, medida por los rayos β para una exposición larga, no muestra la rápida caída inicial que ocurre en todas las curvas de rayos α.

Curie y Danne⁸ realizaron una investigación sobre las curvas de decaimiento de la actividad inducida para diferentes tiempos de exposición a la emanación del radio, pero aparentemente no tuvieron en cuenta el hecho de que las mediciones realizadas por los rayos α y β dan curvas de decaimiento bastante diferentes. Algunas de las familias de curvas, dadas en su artículo, se refieren a los rayos α y otras a los rayos β. Sin embargo, demostraron el importante hecho de que la curva de decaimiento obtenida por ellos para una exposición larga (la cual es idéntica a la curva de rayos β) podía expresarse empíricamente mediante una ecuación de la forma

donde I₀ es la intensidad inicial y I_t la intensidad después de un tiempo t cualquiera; λ₁ = ¹⁄₂₄₂₀, λ₂ = ¹⁄₁₈₆₀. La constante numérica a = 4·20.

Tras un intervalo de 2·5 horas, la curva de decaimiento logarítmico es casi una línea recta, es decir, la actividad disminuye según una ley exponencial con el tiempo, reduciéndose a la mitad en unos 28 minutos.

La explicación completa de esta ecuación, así como de las peculiaridades de las diversas curvas de desintegración de la actividad excitada del radio, se discutirá en detalle en el capítulo XI.

Al igual que en el caso de la actividad excitada del torio, la velocidad de descomposición de la actividad excitada del radio es, en su mayor parte, independiente de la naturaleza del cuerpo negativizado. Curie y Danne (loc. cit.) observaron que los cuerpos activos emitían una emanación capaz por sí misma de excitar la actividad en los cuerpos vecinos.

Esta propiedad desaparecía rápidamente y era insignificante 2 horas después de la retirada. En ciertas sustancias como el celuloide y el caucho, la descomposición de la actividad es mucho más lenta que para los metales. Este efecto se vuelve más pronunciado al aumentar el tiempo de exposición a la emanación. Un efecto similar presenta el plomo, pero en un grado menos pronunciado. Durante el tiempo que dura la actividad, estas sustancias continúan emitiendo una emanación.

Es probable que estas divergencias respecto a la ley general no se deban a un cambio real en la velocidad de desintegración de la actividad excitada verdadera, sino a una oclusión de la emanación por estas sustancias durante el intervalo de exposición. Tras la exposición, la emanación se difunde gradualmente hacia el exterior y, por tanto, la actividad debida a esta emanación ocluida y la actividad excitada producida por ella decrecen muy lentamente con el tiempo.

183. Depósito activo de descomposición muy lenta.

M. y Mme Curie⁹ han observado que los cuerpos que han estado expuestos durante un intervalo largo en presencia de la emanación del radio no pierden toda su actividad. La actividad inducida decae al principio rápidamente a la velocidad normal, reduciéndose a la mitad en unos 28 minutos, pero siempre permanece una actividad residual que, según afirman, es del orden de 1/20.000 de la actividad inicial. Giesel observó un efecto similar.

El autor ha examinado la variación de esta actividad residual y ha encontrado que aumenta durante varios años. Los resultados se discuten en detalle en el capítulo XI. Allí se mostrará que este depósito activo de transformación lenta contiene los constituyentes radiactivos presentes en el polonio, el radiotelurio y el radioplomo.

184. La actividad inducida del actinio. La emanación del actinio, al igual que la del torio y la del radio, produce actividad inducida sobre los cuerpos, la cual se concentra en el electrodo negativo dentro de un campo eléctrico. Debierne¹⁰ halló que la actividad inducida decrece aproximadamente según una ley exponencial, reduciéndose a la mitad de su valor en 41 minutos. Giesel¹¹ examinó la velocidad de decaimiento de la actividad inducida del «emanio» —el cual, como hemos visto, probablemente contiene los mismos componentes radiactivos que el actinio— y halló que decaía a la mitad de su valor en 34 minutos. La señorita Brooks¹² descubrió que las curvas de decaimiento de la actividad inducida por el emanio de Giesel variaban con el tiempo de exposición a la emanación. Los resultados se muestran gráficamente en la Fig. 69, para tiempos de exposición de 1, 2, 5, 10 y 30 minutos, y también para una exposición prolongada de 21 horas. Después de 10 minutos, las curvas tienen aproximadamente la misma velocidad de decaimiento. Por comodidad, las ordenadas de las curvas se ajustan para pasar por un punto común. Para una exposición muy corta, la actividad es pequeña al principio, pero alcanza un máximo unos 9 minutos después y finalmente decrece exponencialmente hasta cero.

La curva de variación de actividad para una exposición muy corta ha sido determinada con precisión por Bronson; se muestra más adelante en la Fig. 83. Encontró que el decaimiento de la actividad es finalmente exponencial, reduciéndose a la mitad de su valor en 36 minutos.

La explicación de estas curvas se analiza en detalle en el capítulo X, sección 212.

185. Propiedades físicas y químicas del depósito activo.

Debido a la lenta descomposición de la actividad del depósito activo de la emanación de torio, sus propiedades físicas y químicas han sido examinadas con mayor detalle que las del depósito correspondiente del radio. Ya se ha mencionado que el depósito activo del torio es soluble en algunos ácidos.

El autor¹³ halló que la materia activa era disuelta del alambre por soluciones fuertes o diluidas de los ácidos sulfúrico, clorhídrico y fluorhídrico, pero era solo ligeramente soluble en agua o ácido nítrico. La materia activa quedaba como residuo cuando se evaporaba el disolvente.

La velocidad de descomposición de la actividad no se alteraba al disolver la materia activa en ácido sulfúrico y dejar que se descompusiera en la solución. En el experimento, la materia activa se disolvió de un alambre de platino activo; luego se tomaron porciones iguales de las soluciones a intervalos definidos, se evaporaron en una cápsula de platino y se probó la actividad del residuo mediante el método eléctrico. Se encontró que la velocidad de descomposición era exactamente la misma que si la materia activa se hubiera dejado en el alambre.

En otro experimento, un alambre de platino activo se hizo cátodo en una solución de sulfato de cobre, y se depositó sobre él una fina película de cobre. La velocidad de descomposición de la actividad no experimentó cambios con el proceso.

F. von Lerch¹⁴ ha realizado un examen detallado de las propiedades físicas y químicas del depósito activo del torio, obteniendo algunos resultados importantes e interesantes.

Se preparó una solución del depósito activo disolviendo el metal que había estado expuesto durante algún tiempo en presencia de la emanación de torio. En la mayoría de los casos, la materia activa fue precipitada con el metal. Por ejemplo, un hilo de cobre activo se disolvió en ácido nítrico y luego se precipitó con potasa cáustica.

El precipitado era fuertemente activo. Un hilo de magnesio activo, disuelto en ácido clorhídrico y luego precipitado como fosfato, también dio un precipitado activo. La actividad de los precipitados decayó a un ritmo normal, es decir, la actividad se redujo a la mitad en aproximadamente 11 horas.

También se hicieron experimentos sobre la solubilidad del depósito activo en diferentes sustancias. Se activó una lámina de platino que luego se colocó en distintas soluciones, y se observó la disminución de la actividad. Además de los ácidos ya mencionados, se descubrió que un gran número de sustancias disuelven el depósito activo en cierta medida. Sin embargo, la materia activa no se disolvió en una medida apreciable en éter o alcohol. Muchas sustancias se volvían activas si se añadían a la solución activa y luego se precipitaban. Por ejemplo, se obtuvo una solución activa de ácido clorhídrico disolviendo el depósito de un hilo de platino activo. A continuación, se añadió cloruro de bario y se precipitó como sulfato. El precipitado mostraba una fuerte actividad, lo que sugería que la materia activa era arrastrada por el bario.

186. Electrolysis of solutions.

Dorn showed that, if solutions of radiferous barium chloride were electrolysed, both electrodes became temporarily active, but the anode to a greater degree than the cathode.

F. von Lerch has made a detailed examination of the action of electrolysis on a solution of the active deposit of thorium. The matter was dissolved off an active platinum plate by hydrochloric acid, and then electrolysed between platinum electrodes.

• The cathode was very active, but there was no trace of activity on the anode.
• The cathode lost its activity at a rate much faster than the normal.
• With an amalgamated zinc cathode on the other hand, the rate of decay was normal.

When an active solution of hydrochloric acid was electrolysed with an electromotive force smaller than that required to decompose water, the platinum became active. The activity decayed to half value in 4·75 hours while the normal fall is to half value in 11 hours.

These results point to the conclusion that the active matter is complex and consists of two parts which have different rates of decay of activity, and can be separated by electrolysis.

Bajo condiciones especiales, se constató que era posible activar el ánodo. Este era el caso si el anión se fijaba al ánodo.

Por ejemplo, si se electrolizaba una solución hidroclórica activa con un ánodo de plata, el cloruro de plata formado era fuertemente activo y su actividad decaía a un ritmo normal.

La cantidad de actividad obtenida al colocar diferentes metales en soluciones activas durante tiempos iguales variaba enormemente según el metal. Por ejemplo, se descubrió que si una placa de cinc y una placa de cinc amalgamado, que muestran diferencias de potencial iguales con respecto al ácido hidroclórico, se sumergían durante tiempos iguales en dos soluciones de igual actividad, la placa de cinc era siete veces más activa que la otra.

La actividad se eliminaba casi por completo de la solución en pocos minutos al sumergir en ella una placa de cinc. Algunos metales se volvían activos al sumergirlos en una solución activa, mientras que otros no. El platino, el paladio y la plata permanecían inactivos, mientras que el cobre, el estaño, el plomo, el níquel, el hierro, el cinc, el cadmio, el magnesio y el aluminio se volvían activos.

Estos resultados confirman rotundamente la opinión de que la actividad inducida se debe a un depósito de materia activa que posee un comportamiento químico distintivo.

G. B. Pegram¹⁵ ha realizado un estudio detallado de los depósitos activos obtenidos por electrólisis de sales de torio puras y comerciales.

El nitrato de torio comercial obtenido de P. de Haen dio, al ser electrolizado, un depósito de peróxido de plomo en el ánodo. Este depósito era radiactivo, y su actividad disminuía a un ritmo normal correspondiente a la actividad inducida debida al torio.

A partir de soluciones de nitrato de torio puro, no se obtuvo ningún depósito visible en el ánodo; sin embargo, se encontró que este era radiactivo. La actividad disminuyó rápidamente, reduciéndose a la mitad en aproximadamente una hora.

También se realizaron algunos experimentos sobre el efecto de añadir sales metálicas a soluciones de torio y electrolizarlas posteriormente. Se observó que los depósitos en el ánodo y en el cátodo de los óxidos o metales obtenidos de este modo eran radiactivos, pero su actividad se reducía a la mitad en pocos minutos.

Los gases producidos por la electrólisis eran radiactivos, pero esto se debía a la presencia de la emanación de torio. La explicación de los resultados obtenidos por Pegram y von Lerch se examinará más adelante en la sección 207. Se demostrará que el depósito activo de torio contiene dos sustancias distintas que tienen diferentes velocidades de transformación.

187. Efecto de la temperatura. La actividad de un hilo de platino que ha sido expuesto en presencia de la emanación de torio se pierde casi por completo al calentar el hilo al rojo blanco. La señorita F. Gates¹⁶ halló que la actividad no era destruida por el calor intenso, sino que se manifestaba en los cuerpos vecinos.

Cuando el hilo activo se calentaba eléctricamente en un cilindro cerrado, la actividad se transfería del hilo a la superficie interior del cilindro en una cantidad inalterada. La velocidad de decaimiento de la actividad no se alteraba por el proceso. Al soplar una corriente de aire a través del cilindro durante el calentamiento, una parte de la materia activa era eliminada del cilindro. Se encontraron resultados similares para la actividad inducida debida al radio.

F. von Lerch (loc. cit.) determinó la cantidad de actividad eliminada a diferentes temperaturas. Los resultados se muestran en la siguiente tabla para un hilo de platino activado por la emanación de torio¹⁷.

El efecto del calor sobre la volatilización del depósito activo del radio ha sido examinado en detalle por Curie y Danne. Los interesantes e importantes resultados obtenidos por ellos serán discutidos en el capítulo XI, sección 226.

188. Efecto de la variación de la fuerza electromotriz (f. e. m.) sobre la cantidad de actividad inducida por el torio. Se ha demostrado que la actividad inducida se limita al cátodo en un campo eléctrico intenso. En campos más débiles, la actividad se divide entre el cátodo y las paredes del recipiente. Esto se comprobó en un aparato¹⁸ mostrado en la Fig. 70.

A es un recipiente cilíndrico de 5,5 cm de diámetro, B el electrodo negativo que atraviesa los extremos aislantes C, D.

Para una diferencia de potencial de 50 voltios, la mayor parte de la actividad excitada se depositó en el electrodo B.

Para unos 3 voltios, la mitad de la actividad excitada total se produjo en la varilla B, y la mitad en las paredes del recipiente.

Cualquiera que fuera el voltaje aplicado, se encontró que la suma de las actividades en la varilla central y en las paredes del cilindro era una constante cuando se alcanzaba un estado estacionario.

Cuando no se aplicaba voltaje, la difusión por sí sola actuaba, y en ese caso alrededor del 13 por ciento de la actividad total se encontraba en la varilla B. La aplicación de un campo eléctrico no tiene, por tanto, influencia sobre la suma total de la actividad activada, sino que meramente controla la proporción concentrada en el electrodo negativo.

Un examen más detallado de la variación con la intensidad de campo de la cantidad en el electrodo negativo fue realizado de manera similar por F. Henning¹⁹.

Él halló que en un campo eléctrico intenso la cantidad de actividad inducida era prácticamente independiente del diámetro de la varilla B, aunque el diámetro variaba entre 0,59 mm y 6,0 mm.

Con un voltaje pequeño, la cantidad en el electrodo negativo variaba con su diámetro. Las curvas que muestran la relación entre la cantidad de actividad inducida y el voltaje son muy similares en su carácter a las obtenidas para la variación de la corriente a través de un gas ionizado con el voltaje aplicado.

La cantidad de actividad activada alcanza un máximo cuando toda la materia activa se elimina del gas tan rápidamente como se forma. Con campos más débiles, una parte se difunde hacia las paredes del recipiente y produce actividad activada en el electrodo positivo.

189. Efecto de la presión sobre la distribución de la actividad inducida.

En un campo eléctrico intenso, la cantidad de actividad inducida producida en el cátodo es independiente de la presión hasta una presión de unos 10 mm de mercurio. En algunos experimentos realizados por el autor²⁰, el compuesto de torio emanador se colocó dentro de un cilindro cerrado de unos 4 cm de diámetro, a través del cual pasaba una varilla central aislada. La varilla central se conectó al polo negativo de una batería de 50 voltios.

Cuando la presión se redujo por debajo de los 10 mm de mercurio, la cantidad de actividad inducida producida en el electrodo negativo disminuyó y constituyó una fracción muy pequeña de su valor original a una presión de ⅒ mm. En este caso, se encontró que cierta cantidad de actividad inducida se distribuía por la superficie interior del cilindro.

Puede concluirse, por tanto, que a bajas presiones la actividad inducida aparece tanto en el ánodo como en el cátodo, incluso en un campo eléctrico intenso. La explicación probable de este efecto se da en la sección siguiente.

Curie y Debierne²¹ observaron que cuando un recipiente que contenía un compuesto de radio emanador se mantenía evacuado a baja presión, la cantidad de actividad excitada producida en el recipiente se reducía considerablemente. En este caso, la emanación emitida por el radio era extraída por la bomba junto con los demás gases desprendidos continuamente del compuesto de radio. Debido a la muy lenta descomposición de la actividad de la emanación, la cantidad de actividad excitada producida en las paredes del recipiente, durante el paso de la emanación a través de él, era solo una pequeña fracción de la cantidad producida cuando no se permitía escapar nada de la emanación emitida.

190. Transmisión de la actividad excitada.

La propiedad característica de la radioactividad excitada es que puede confinarse en el cátodo en un campo eléctrico intenso. Dado que la actividad se debe a un depósito de materia radioactiva sobre la superficie electrizada, la materia debe ser transportada por portadores cargados positivamente.

Los experimentos de Fehrle²² demostraron que los portadores de la actividad excitada viajan a lo largo de las líneas de fuerza en un campo eléctrico. Por ejemplo, cuando se colocaba una pequeña placa metálica cargada negativamente en el centro de un recipiente metálico que contenía un compuesto de torio emanante, se producía más actividad excitada en los lados y esquinas de la placa que en la parte central.

Una dificultad surge, sin embargo, en relación con la carga positiva del portador. De acuerdo con el punto de vista desarrollado en la sección 136 y posteriormente en los capítulos X y XI, la materia activa que se deposita sobre los cuerpos y da lugar a la actividad inducida se deriva, a su vez, de la emanación.

Las emanaciones del torio y del radio emiten únicamente rayos $\alpha$, es decir, partículas cargadas positivamente. Tras la expulsión de una partícula $\alpha$, el residuo, que se supone constituye la materia primaria del depósito activo, debería conservar una carga negativa y ser transportado hacia el ánodo en un campo eléctrico.

Sin embargo, se observa que ocurre exactamente lo contrario. La evidencia experimental no respalda la opinión de que las partículas $\alpha$ cargadas positivamente, expulsadas de la emanación, sean directamente responsables de los fenómenos de actividad inducida; pues no se produce ninguna actividad inducida en un cuerpo expuesto a los rayos $\alpha$ de la emanación, siempre que la emanación misma no entre en contacto con él.

Ha existido una tendencia a conceder una importancia excesiva a esta aparente discrepancia entre la teoría y el experimento. La dificultad no estriba tanto en ofrecer una explicación probable de los resultados como en seleccionar entre una serie de causas posibles. Si bien cabe poca duda de que el factor principal en la desintegración del átomo consiste en la expulsión de una partícula $\alpha$ portadora de una carga positiva, es probable que ocurra una serie compleja de procesos antes de que el residuo del átomo sea transportado al electrodo negativo.

La evidencia experimental sugiere que uno o más electrones negativos de pequeña velocidad escapan del átomo al mismo tiempo que la partícula $\alpha$. Esto se ve corroborado por el reciente descubrimiento de que la partícula expelida del radio, libre de los rayos $\beta$ ordinarios y también del polonio, va acompañada de varios electrones de movimiento lento y, en consecuencia, fácilmente absorbibles. Si dos electrones negativos escaparan al mismo tiempo que la partícula $\alpha$, el residuo se quedaría con una carga positiva y sería transportado al electrodo negativo.

Hay también otro punto experimental que reviste importancia a este respecto.

En ausencia de un campo eléctrico, los portadores permanecen en el gas durante un tiempo considerable y experimentan su transformación in situ.

También existen ciertos indicios (sección 227) de que, incluso en un campo eléctrico, los portadores del depósito activo no son arrastrados hacia el electrodo inmediatamente después de la desintegración de la emanación, sino que permanecen algún tiempo en el gas antes de adquirir una carga positiva.

Hay que recordar que los átomos del depósito activo no existen como gas y, por el proceso de difusión, tenderían a reunirse para formar agregados. Estos agregados actuarían como pequeñas partículas metálicas y, si fuesen electropositivos respecto al gas, adquirirían una carga positiva de este.

Casi no cabe duda de que los procesos que ocurren entre la desintegración de la emanación y el depósito del residuo en el cátodo dentro de un campo eléctrico son complicados, y se requiere de una mayor experimentación cuidadosa para dilucidar la secuencia de los fenómenos.

Sea cual fuere el criterio que se adopte sobre el proceso mediante el cual estos portadores adquieren una carga positiva, cabe albergar pocas dudas de que la expulsión de una partícula $\alpha$ a gran velocidad desde el átomo de la emanación debe poner el residuo en movimiento.

Debido a la masa comparativamente grande de este residuo, la velocidad adquirida será pequeña en comparación con la de la partícula $\alpha$ expulsada, y la masa en movimiento quedará rápidamente en reposo a presión atmosférica por colisión con las moléculas de gas en su trayectoria.

A bajas presiones, sin embargo, las colisiones serán tan escasas que no se detendrá hasta chocar contra los límites del recipiente.

Un campo eléctrico intenso tendría un efecto muy reducido en el control del movimiento de una masa tan pesada, a menos que esta haya sido detenida inicialmente por colisión con las moléculas de gas.

Esto explicaría por qué la materia activa no se deposita en el cátodo a bajas presiones en un campo eléctrico.

En la sección 192 se analiza cierta evidencia directa de un proceso de esta índole, obtenida por Debierne al examinar la actividad inducida producida por el actinio.

191. El escritor ha empleado el siguiente método²³ para determinar la velocidad de los portadores positivos de la actividad inducida del radio y del torio en un campo eléctrico.

Supóngase que A y B (Fig. 71) son dos placas paralelas expuestas a la influencia de la emanación, la cual está distribuida uniformemente entre ellas.

Si se aplica una fuerza electromotriz (f.e.m.) alterna E₀ entre las placas, se produce la misma cantidad de actividad inducida en cada electrodo. Si, en serie con la fuente de la f.e.m. alterna, se coloca una batería de f.e.m. E₁ menor que E₀, el portador positivo se mueve en un campo eléctrico más intenso en un semiciclo que en el otro.

En consecuencia, un portador recorre distancias desiguales durante los dos semiciclos, ya que la velocidad del portador es proporcional a la intensidad del campo eléctrico en el que se mueve. Por consiguiente, la actividad inducida se distribuirá desigualmente entre los dos electrodos.

Si la frecuencia de alternancia es suficientemente alta, solo los portadores positivos que se encuentran a una distancia pequeña determinada de una placa pueden ser transportados hasta ella, y el resto, en el transcurso de varios semiciclos sucesivos, es llevado a la otra placa.

Cuando la placa B está cargada negativamente, la F.E.M. entre las placas es E₀ – E₁; cuando B es positiva, la F.E.M. es E₀ + E₁.

Que

Partiendo del supuesto de que el campo eléctrico entre las placas es uniforme, y de que la velocidad del portador es proporcional al campo eléctrico, la velocidad del portador positivo hacia B es y, en el transcurso de la siguiente media alternancia, hacia la placa A.

Si x₁ es menor que d, las mayores distancias x₁, x₂ recorridas por el portador positivo durante dos semiciclos sucesivos vienen dadas de este modo por

Supóngase que los portadores positivos se producen a un ritmo uniforme de q por segundo por unidad de distancia entre las placas. El número de portadores positivos que llegan a B durante una semi alternación consta de dos partes:

(1) La mitad de esos portadores que se producen dentro de la distancia x₁ de la placa B. Este número es igual a

(2) Todos los portadores que quedan dentro de la distancia x₁ desde B al final de la semicosecuencia anterior. Se puede demostrar fácilmente que el número de estos es

El resto de los portadores, producidos entre A y B durante una alternancia completa, llegarán a la otra placa A en el transcurso de las alternancias sucesivas, siempre que no tenga lugar una recombinación apreciable. Evidentemente, este debe ser el caso, ya que los portadores positivos viajan una distancia mayor hacia A en media alternancia de lo que retroceden hacia B durante la siguiente media alternancia. Los portadores se mueven así hacia adelante y hacia atrás en el campo eléctrico cambiante, pero en conjunto se desplazan hacia la placa A.

El número total de portadores positivos producido entre las placas durante una alternancia completa es dqT. La relación ρ entre el número que llega a B y el número total producido viene dada, por lo tanto, por

Sustituyendo los valores de x₁ y x₂, encontramos que

En los experimentos se variaron los valores de E₀, E₁, d y T, y los resultados obtenidos concordaron en general con la ecuación anterior.

Los resultados para el torio fueron los siguientes:

• Placas a 1·30 cm de distancia.

Placas a 2 cm de distancia.

La movilidad media K, deducida de un gran número de experimentos, fue de 1,3 cm por s por V por cm para la presión y temperatura atmosféricas. Esta velocidad es aproximadamente la misma que la velocidad del ión positivo producido por los rayos Röntgen en el aire, a saber, 1,37 cm por s.

Los resultados obtenidos con la emanación de radio fueron más inciertos que los del torio debido a la distribución de cierta actividad inducida en el electrodo positivo. No obstante, se encontró que los valores de las velocidades de los portadores eran aproximadamente los mismos para el radio que para el torio.

Estos resultados muestran que los portadores del depósito activo viajan en el gas con aproximadamente la misma velocidad que los iones positivos o negativos producidos por las radiaciones en el gas. Esto indica o bien que la materia activa se une a los iones positivos, o bien que la materia activa misma, adquiriendo de algún modo una carga positiva, acumula un cúmulo de moléculas neutras que viajan con ella.

192. Sustancias con actividad inducida por el actinio y el «emanio».

Giesel²⁴ observó que el «emanio» emitía una gran cantidad de emanación y que esta emanación daba lugar a un tipo de radiación a la que denominó rayos E.

Un cilindro metálico estrecho que contenía la sustancia activa se colocó con el extremo abierto hacia abajo, a unos 5 cm por encima de la superficie de una pantalla de sulfuro de zinc. La pantalla se cargó negativamente a un potencial elevado mediante una máquina eléctrica, y el cilindro se conectó a tierra.

Se observó un punto luminoso de luz en la pantalla, el cual era más brillante en el borde que en el centro. Un conductor, conectado a tierra, al acercarse al punto luminoso pareció repelerlo. Un aislante no mostró un efecto tan marcado.

Al retirar la sustancia activa, la luminosidad de la pantalla persistió durante algún tiempo. Esto se debió probablemente a la actividad inducida producida en la pantalla.

Los resultados obtenidos por Giesel apoyan la opinión de que los portadores de la actividad inducida del «emanio» poseen una carga positiva.

En un campo eléctrico intenso, los portadores se desplazan a lo largo de las líneas de fuerza hacia el cátodo, y allí provocan actividad inducida en la pantalla.

El movimiento de la zona luminosa al acercarse un conductor se debe a la perturbación del campo eléctrico.

Debierne²⁵ halló que el actinio también emite una gran cantidad de emanación, cuya actividad disminuye muy rápidamente con el tiempo, reduciéndose a la mitad en 3,9 segundos.

Esta emanación produce actividad inducida en los objetos circundantes, y a presión reducida la emanación produce una distribución uniforme de actividad inducida en el recinto que contiene la emanación. La actividad inducida se reduce a la mitad en 41 minutos.

Debierne observó que la distribución de la actividad inducida se alteraba mediante un campo magnético intenso. El dispositivo experimental se muestra en la fig. 71A. La materia activa se colocaba en M, y dos placas A y B se colocaban simétricamente respecto a la fuente.

Al aplicar un campo magnético intenso perpendicular al plano del papel, la actividad inducida se distribuía desigualmente entre las placas A y B. Los resultados demostraron que los portadores de la actividad inducida eran desviados por un campo magnético en sentido contrario a los rayos catódicos, es decir, los portadores estaban cargados positivamente.

En algunos casos, sin embargo, se obtenía el efecto contrario. Debierne considera que la actividad inducida del actinio se debe a «iones activantes» («ions activants»), cuyo movimiento es alterado por un campo magnético. Otros experimentos demostraron que el campo magnético actuaba sobre los «iones activantes» y no sobre la emanación.

Los resultados de Debierne conducen así a la conclusión de que los portadores de la actividad inducida derivan de la emanación y son proyectados con una velocidad considerable.

Este resultado apoya la opinión, avanzada en la sección 190, de que la expulsión de partículas $\alpha$ de la emanación debe poner en rápido movimiento la parte del sistema que queda atrás.

Un examen detallado del modo de transferencia de la actividad inducida por el actinio y la sustancia de la emanación arrojará probablemente más luz sobre los procesos que originan el depósito de materia activa sobre los electrodos.