IDEAS DE JAVIER DE LUCAS. RADIACTIVIDAD Propiedad que presentan los núcleos de algunos átomos de...
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IDEAS DE
JAVIER DE LUCAS
RADIACTIVIDAD
Propiedad que presentan los núcleos de algunos átomos de desintegrarse emitiendo
radiaciones y transformándose en otros
átomos más estables.
HISTORIABecquerelBecquerel: descubridor del fenómeno de la Radiactividad (1896)
Marie y Pierre CurieMarie y Pierre Curie: descubridores de los elementos Radio y Polonio (1898)
RutherfordRutherford: revela la estructura del átomo, con electrones girando en torno a un núcleo masivo (1911)
ChadwickChadwick: descubre el neutrón(1932)
Hahn, Strassmann y Hahn, Strassmann y MeisnerMeisner: dividen el 238U según un proceso de fisión (1938)
Frederick SoddyFrederick Soddy: introduce el concepto de isótopo (1913)
DESCUBRIMIENTO DE LOSELEMENTOS
1898: Polonio (Z=84)Radio (Z=88)
1899: Actinio (Z=89)
1908: Radón (Z=86)
1917: Protoactinio (Z=91)
1939: Francio (Z=87)
1940: Astato (Z=85)Neptunio (Z=93)
1941: Plutonio (Z=94) 1965: Nobelio (Z=102)Lawrencio (Z=103)
1955: Mendelevio (Z=101)
1949: Berkerelio (Z=97)
1950: Californio (Z=98)
1952: Einstenio (Z=99)Fermio (Z=100)
1944: Americio (Z=95)Curio (Z=96)
1994: Elemento 110Elemento 111
1970: Hahnio (Z=105)
1969: Rutherfordio (Z=104)
1974: Seaborgio (Z=106)1981: Nielsbohrio
(Z=107)1982: Meitnerio (Z=109)1984: Hassio (Z=108)
1996: Elemento 112
EL NÚCLEO
Tamaño de átomo: r ≈ 10-10 mTamaño del núcleo: r = 1’4·10-15 A1/3m
Los átomos con números pares de neutrones y protones son mucho más
frecuentes que con cualquier otra configuración
Z N Nº de especies
Impar Impar 4
Impar Par 50
Par Impar 55
Par Par 165
Z = nº de protones
A = nº de nucleones
A - Z = nº de neutrones
ISÓTOPOSIsótopos
Nucleidos con el mismo mismo número de protonesnúmero de protones pero
diferente número de neutrones.
Mismo número atómico Z, distinto número másico A
Ej: 11H 2
1H y 31H
IsótonosNucleidos con distinto
número de protones pero el mismo número de mismo número de
neutrones.neutrones.
Distinto número másico A, distinto número atómico Z
Ej: 136C y 14
7N
IsóbarosNucleidos con distinto número de protones y
neutrones pero el mismo mismo número másico.número másico.
Mismo número másico A, distinto número atómico Z
Ej: 146C y 14
7N
IsómerosNucleidos con el mismo mismo número de protones y número de protones y
neutronesneutrones pero diferente nivel de energía nuclear.
Mismo número atómico Z, mismo número másico A
Ej: 99m43Tc y 99
43Tc
Tabla de estabilidad
Datos destacables: Para elementos ligeros, NZ Para elementos medios y pesados (Z>25-30) N>Z Los isótopos estables son minoría frente a los existentes Los isótopos por encima de la zona de estabilidad (verde) suelen desintegrarse por emisión -
Los isótopos por debajo de la zona de estabilidad más pesados (rojo) suelen desintegrarse por desintegración El resto (azul) lo hace por +
Defecto de masa
La masa de los núcleos de los átomos es siempre menor
que la suma de las masa de los protones y neutrones. A
esta diferencia entre la masa real y la suma de las masas
de nucleones se denomina defecto de masadefecto de masa:m = Z mp + (A – Z )mn - MN
Defecto de masa
Masa del neutrón
Número de neutrones
Masa real del núcleo
Número de protones
Masa del protón
Energia de enlace
La energía de enlaceenergía de enlace de un núcleo es la energía
liberada cuando sus nucleones aislados se unen para
formar un núcleo.
La energía asociada al defecto de masa es la llamada
energía de enlace E:E = m c2
La energía de enlace por nucleónenergía de enlace por nucleón es el cociente entre la energía de enlace y el
número másico E / AA mayor Energía de enlace por nucleón, más estabilidad tiene el núcleo del isótopo
Energía de enlace
• Para A<20 la curva es irregular y de fuerte pendiente
• Los núcleos más estables son de tamaño medio, en torno a Fe56
Fe56
Región de átomosFISIONABLESFISIONABLES
Región de átomosFUSIONABLESFUSIONABLES
Emisiones
Ejemplos:232
90Th → 22888Ra +
21884Po → 214
82Pb +
Ley de Soddy
PROPIEDADESPROPIEDADES
CARGA+2e
= +3’2·10-19 C
MASA 6’7·10-27 kg
CAPACIDAD de PENETRACIÓN
0’0005 cm Al
ENERGÍA MeV
Son núcleos de Helio, formados
por dos protones y dos neutrones
Emisiones
Son electrones rápidos
procedentes del núcleo1
0n 11p + 0
-1 +
PROPIEDADESPROPIEDADES
CARGA- 1e
= -1’6·10-19 C
MASA 9’1·10-31 kg
CAPACIDAD de PENETRACIÓN
0’05 cm Al
ENERGÍA MeV
Ley de Fajans
Ejemplos:32
15P → 3216S +
13153I → 131
54Xe +
Emisiones
Son positrones rápidos
procedentes del núcleo1
1p 10n + 0
1 +
PROPIEDADESPROPIEDADES
CARGA+ 1e
= +1’6·10-19 C
MASA 9’1·10-31 kg
CAPACIDAD de PENETRACIÓN
0’05 cm Al
ENERGÍA MeV
Ejemplo:23
11Na → 2310Ne +
Captura electrónicaEl núcleo absorbe un electrón de las
capas más internas 1
1p + 0-1e 10n +
Ejemplo:
5526Fe + e- → 55
25Mn +
Emisiones Son fotones (luz)
de muy alta energía
PROPIEDADESPROPIEDADESCARGA 0
MASA 0
CAPACIDAD de PENETRACIÓN
8 cm Al
ENERGÍA keV - MeV
Ejemplo:210
81Tlm → 21081Tl +
Series radiactivas
Nombre A Padre Producto
Torio 4 n
Neptunio 4n+1
Uranio-Radio 4 n+2
Uranio-Actinio 4n+3
Th232 Pb208
Np237 Pb209
U238 Pb206
U235 Pb208
Todas las series terminan con
un isótopo del plomo no radiactivo
FisiónLa fisión nuclearfisión nuclear es una reacción nuclear en la que un núcleo pesado se divide en otros dos más ligeros al ser bombardeado por neutrones. En el proceso se liberan más neutrones y
gran cantidad de energía
23592U + 1
0n 14156Ba +
9236Kr + 3 10n
Fisión
VENTAJASVENTAJAS INCONVENIENTESINCONVENIENTES
Alto rendimiento
(1 kg U ≈ 2000 Tm de petroleo)
Riego de Contaminación
Radiactiva
Dificultad de eliminar los residuos
Hay que enriquecer el Uranio
FISIÓN EN CADENAFISIÓN EN CADENA
CONTROLADA NO CONTROLADA
Si el número de neutrones liberados en la fisión es
muy alto, se introduce un material que absorbe el
exceso de éstos (moderador)
No hay elemento controlador.
Reacción explosiva
Se produce en las Centrales Nucleares y
generadores auxiliares de submarinos y cohetes
Se produce en las bombas atómicas
FusiónLa fusión nuclearfusión nuclear es una reacción nuclear en la que dos núcleos ligeros se unen para formar otro más pesado. En el proceso se libera gran cantidad de energía
21H + 3
1H 42He + 10n
Fusión
VENTAJASVENTAJAS INCONVENIENTESINCONVENIENTES
Alto rendimiento
(1 g D ≈ 10.000 litros de gasolina)
Necesarias altísimas
temperaturas (350 mill K)
Combustible abundante en la naturaleza
Dificultad de confinar el
combustible
No requiere masa críticaDificultad de
mantener limpio el plasma
Energía limpia(sin desechos radiactivos)
FISIÓN EN CADENAFISIÓN EN CADENA
CONTROLADA NO CONTROLADA
Aún no se ha conseguido de forma
rentable.
Se investiga en el confinamiento
magnético de plasma
Se produce en las bombas atómicas de hidrógeno (bomba H)
Ley de la desintegración
radiactivaLa desintegración radiactiva es un proceso aleatorio, gobernado por leyes estadísticas
Período de Período de desintegración o de desintegración o de semidesintegraciónsemidesintegración: tiempo necesario para que se desintegre la mitad de los núcleos inicialesVida mediaVida media: tiempo medio que tarda un núcleo al azar en desintegrarseQue integrado resulta:
dN
dtN
N N e t 0
Constante radiactiva, característica de cada elemento radiactivo
Número de átomos iniciales
Núcleos que quedan sin desintegrar
tiempo
ACTIVIDAD
La ActividadActividad de una sustancia radiactiva disminuye exponencialmente con el tiempo y consiste en la emisión de rayos alfa, beta o gamma
La ActividadActividad (A) se define como el número de emisiones de una sustancia por unidad de tiempo. Su unidad en el SI es el Becquerel (Bq)
Un BecquerelBecquerel es la actividad de una sustancia que sufre una desintegración cada segundo.
Ad N
d tN A N = N A0 0 e et t
Fuerzas nucleares
FUERZA FUERTEFUERZA FUERTE FUERZA DÉBILFUERZA DÉBIL
Responsable de la cohesión del núcleo,
mantiene unidos a los nucleones
Es la interacción más intensa
De corto alcance 10-15 m
Sólo actúa sobre hadrones
Responsable de las desintegraciones
Es más débil que la fuerte y la
electromagnética
De corto alcance 10-17 m
Actúa sobre leptones y hadrones
PARTICULAS
ELEMENTALES
FAMILIA PARTÍCULA MASA CARGA SPIN INTERACCIÓN
FOTÓN Fotón 0 0 1Electromagnéti
ca
LEPTONES
Neutrinos Antineutrinos
Electrón e-
Positrón e+
Muón +
0
0
0,511 MeV
0,511 MeV
105,7 MeV
0
0
-1
+1
+1
½
½
½
½
½
Electromagnética y débil
MESONES
Piones +
Piones 0
K-ones K+
K-ones K0
Anti K-ones K0
139,6 MeV
135,0 MeV
494,0 MeV
494,4 MeV
494,4 MeV
+1
0
+1
0
0
0
0
0
0
0
Fuerte, débil y electromagnéti
ca
BARIONES
Protones p
Neutrones n
Lambda Sigma +
Sigma -
Sigma 0
938,2 MeV
939,55 MeV
1115,4 MeV
1189,4 MeV
1196 MeV
1192,3 MeV
+1
0
0
+1
-1
0
½
½
½
½
½
½
Fuerte, débil y electromagnéti
ca
IDEAS DE
FIN