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Física nuclear
Física de 2º de Bto.
Francisco José Navarro Rodríguez
IntroducciónIntroducción
Energía de enlaceEnergía de enlace
El núcleo atómicoEl núcleo atómico
Modelos nuclearesModelos nucleares
Radiactividad artificialRadiactividad artificial
Radiactividad naturalRadiactividad natural
AplicacionesAplicaciones
Medidas de seguridadMedidas de seguridad
Los Los protagonistas…protagonistas…
Reacciones nuclearesReacciones nucleares
FusiónFusión
Fisión Fisión
1. Introducción1. Introducción Átomo indivisible: primeras teoríasÁtomo indivisible: primeras teorías
“Toda la materia está constituida por átomos indivisibles, indeformables e
indestructibles…” (Pensadores griegos)
1. Los átomos son indivisibles e indestructibles2. Los átomos del mismo elemento, son iguales en masa y propiedades.3. Los átomos de distintos elementos, son distintos en masa y propiedades.4. Los compuestos químicos están formados por la unión de varios átomos.
• Desde los filósofos griegos, hasta 1808Desde los filósofos griegos, hasta 1808:
• Desde 1808 hasta finales del S. XIX. Desde 1808 hasta finales del S. XIX. Teoría atómica de DaltonTeoría atómica de Dalton:
1. Introducción1. Introducción Descubrimiento de partículas atómicasDescubrimiento de partículas atómicas
Descubrimiento del electrónelectrón :Tubo de rayos catódicos
• 1897, J.J. Thomson. 1909, R. Millikan1897, J.J. Thomson. 1909, R. Millikan
Relación carga/masa del electrón J. J. Thomson (1897)
Cálculo de la carga y la masa del electrón R. Millikan (1909)
1. Introducción1. Introducción Descubrimiento de partículas atómicasDescubrimiento de partículas atómicas
Descubrimiento del protónprotón:Tubo de rayos catódicos
• 1886, Goldstein1886, Goldstein
kgMasa
CaC
H
27
19
11
10.673,1
10.6,1arg−
−
+
=
+=
1. Introducción1. Introducción Otros “descubrimientos” del electrónOtros “descubrimientos” del electrón
• Electrólisis:Electrólisis:•Teoría de los electrolitos de Svante ArrheniusTeoría de los electrolitos de Svante Arrhenius•FaradayFaraday•StoneyStoney
1. Introducción1. Introducción Descubrimiento del núcleo atómicoDescubrimiento del núcleo atómico
Descubrimiento del núcleo atómiconúcleo atómico:Experiencias de Geiger y Mardsen y
modelo atómico de Rutherford
• 1911, Ernest Rutherford1911, Ernest Rutherford (100 años desde T.A. Dalton)(100 años desde T.A. Dalton)
1. Experimento
1. Introducción1. Introducción Descubrimiento del núcleo atómicoDescubrimiento del núcleo atómico
Descubrimiento del núcleo atómiconúcleo atómico:Experiencias de Geiger y Mardsen y
modelo atómico de Rutherford
• 1911, Ernest Rutherford1911, Ernest Rutherford (100 años desde T.A. Dalton)(100 años desde T.A. Dalton)
2. Estudio de lasdesviaciones
1. Experimento
1. Introducción1. Introducción Descubrimiento del núcleo atómicoDescubrimiento del núcleo atómico
Descubrimiento del núcleo atómiconúcleo atómico:Experiencias de Geiger y Mardsen y
modelo atómico de Rutherford
• 1911, Ernest Rutherford1911, Ernest Rutherford (100 años desde T.A. Dalton)(100 años desde T.A. Dalton)
2. Estudio de lasdesviaciones
1. Experimento
3. Modelo atómico de Rutherford
1. Introducción1. Introducción Evolución de los modelos atómicosEvolución de los modelos atómicos
1. Introducción1. Introducción
Descubrimiento del neutrón neutrón :Reacción nuclear provocada
• 1932, Chadwich.1932, Chadwich.
Descubrimiento de partículas atómicasDescubrimiento de partículas atómicas
kgMasa
CaC
n
27
10
10.675,1
0arg−=
=
Encargado de dar estabilidad al núcleo (disminuir repulsiones p-p)
1. Introducción1. Introducción Descubrimiento de partículas atómicasDescubrimiento de partículas atómicas
Descubrimiento del positrónpositrón:
Desviaciones paralelas en la cámara de niebla
)(
01
electróndelulaantipartíc
β+
• 1932, Carl Anderson1932, Carl Anderson
1. Introducción1. Introducción Actualmente, se estudian muchas otras en los Actualmente, se estudian muchas otras en los aceleradores de partículasaceleradores de partículas
1. Introducción1. Introducción Descubrimiento de la radioactividadDescubrimiento de la radioactividad
Radiaciones que impresionan placas fotográficas, ionizan gases, atraviesan la
materia.
• 1896, H. Becquerel1896, H. Becquerel
Estaba estudiando la fluorescencia, luminosidad procedente de algunas sustancias al ser iluminadas, al recibir radiacion electromagnetica, cuando por casualidad descubrio el nuevo fenomeno.En 1895 Roentgen habia descubierto los rayos X y Becquerel se propuso averiguar si las sustancias fluorescentes emitian rayos X, puesto que estos pueden atravesar capas de papel gruesas e impresionar placas fotograficas, lo que hizo fue envolver una placa fotografica en papel y colocar encima la muestra con la que estaba trabajando, lo coloco todo al sol para que los rayos solares provocaran fluorescencia en la muestra y si esta emitia rayos X se velaria la placa a pesar del papel. La muestra que estaba usando eran sales de uranio y efectivamente la placa resultaba velada.Se sucedieron una serie de dias nublados por lo que Becquerel guardo la muestra con una placa nueva envuelta en papel en un cajon, para su sorpresa, al sacarla del cajon la placa se encontraba completamente velada.No podia tratarse de fluorescencia ya que esta se produce cuando los rayos de luz llegan a la muestra y esta habia estado a oscuras, y por tanto tampoco podian ser rayos X.Se dedico a estudiar este nuevo fenomeno y observo que se trataba de radiaciones provenientes del uranio y que las emitia de forma continua y en todas las direcciones.
1. Introducción1. Introducción Descubrimiento de la radioactividadDescubrimiento de la radioactividad
Descubrimiento del Polonio y del Radio.
• 1898, Pierre y Marie Curie1898, Pierre y Marie CurieEn 1898 Marie Curie llamo a este fenomeno radiactividad y demostro que la radiactividad es proporcional a la cantidad de uranio que contiene la muestra por lo que la fuente de radiacion deben ser los atomos de dicho elemento.
1. Introducción1. Introducción Descubrimiento de la radioactividadDescubrimiento de la radioactividad
Dispositivo de Rutherford para
estudiar las radiaciones
Esquema para todas las transiciones
posibles(∆N vs. ∆Z)
1. Introducción1. Introducción Concluyendo……100 años tras Dalton….Concluyendo……100 años tras Dalton….
El núcleo está integrado por varias partículaspartículas: protones y neutrones.
El átomo está constituido por núcleonúcleo y corteza electrónica.
Todos los núcleos tienen una carga carga nuclearnuclear múltiplo de la del protón./e/
El núcleo tiene casi toda la masa casi toda la masa atómicaatómica, aún siendo 10.000 veces más 10.000 veces más pequeño.pequeño.
1. Introducción1. Introducción Concluyendo……100 años tras Dalton….Concluyendo……100 años tras Dalton….
La corteza electrónica es la responsable de las propiedades químicas y físicas las propiedades químicas y físicas del átomo.del átomo.
El núcleo es el responsable de radioactividad natural, y de las radioactividad natural, y de las reacciones nucleares.reacciones nucleares.
Carga (C) Masa (kg) Comparando
protón +1,6.10-19 1,673.10-27 Mp/me=1836
neutrón 0 1,675.10-27 Mn/me=1839
€
11 p
1. Introducción1. Introducción Caracterización del núcleoCaracterización del núcleo
A = Z + NA = Número másicoZ= Nº de protonesN = Nº neutrones
XAZ•Isóbaros(=A y distinto N y Z)
•Isótopos(=Z y distinto A y N)
•Isótonos(=N y distinto A y Z)
1. Introducción1. Introducción Caracterización del núcleoCaracterización del núcleo
Isótopos:
876
146
136
126
=N
CCC
77
147
136
=N
NCIsótonos:
Isóbaros:78
147
145
=N
NB
1. Introducción1. Introducción Elemento y masa atómicaElemento y masa atómica
Elemento químico: Sustancia pura y simple formada por una mezcla isotópica de composición (%) isotópica constante.
Abundancia isotópica: % de un isótopo en el elemento. Lo proporciona el espectrógrafo de masas.
Masa isotópica relativa en relación a 1 u.m.a.
181716Masa isotópica (aprox) (umas)
0,20390,037499,759%
O-18O-17O-16Oxígeno
umasAr 999,15100
2039,0.18
100
0374,0.17
100
759,99.16 =++=
Tamaño nuclearTamaño nuclear2. El núcleo atómico2. El núcleo atómico
€
R=Ro A3 =1,2.A3 F
mFFermi 151011 −==
Densidad vs. Radio
Radio vs. A1/3
Densidad nuclearDensidad nuclear2. El núcleo atómico2. El núcleo atómico
ARRV o33
3
4
3
4 ππ ==AA
M 2723
3
10.66,110.023.6
10 −−
==
Un cubo de material nuclear, de 1 cm de lado, tendría una masa de 229 millones de toneladas.
3
1745
27
10.29,210.238,7
10.66,1m
kg
A
A
V
Md === −
−
EsféricoEsféricoEsferoideEsferoide
PROLATOPROLATO
Esferoide Esferoide OBLATOOBLATO
Momento cuadripolar Momento cuadripolar eléctrico nucleareléctrico nuclear NO SI SI
Número cuántico de Número cuántico de espín nuclear, Iespín nuclear, I
Momento dipolar Momento dipolar magnético nuclearmagnético nuclear
2
1,0 ...)
2
5,2,
2
3,1(1≥
Sólo lo tendrán aquellosnúcleos que tengan…..
2
1≥I
2. El núcleo atómico2. El núcleo atómico Forma nuclearForma nuclear
2. El núcleo atómico2. El núcleo atómico Spín nuclearSpín nuclear
ZZ NN Nº de Nº de nucleonesnucleones ESPÍN NUCLEARESPÍN NUCLEAR ExplicaciónExplicación
Par Par Par 0Los nucleones idénticos tienden a acoplar sus momentos angulares en direcciones opuestas. Efecto apareamiento.
Impar Impar Parn
(entero)
Tiene dos nucleones desapareados (un protón y un neutrón) y es más difícil predecir sus resultados.
Par ImparImpar
n/2(semientero)
Ya que tienen o un protón o un neutrón desapareado.
Impar Par
2. El núcleo atómico2. El núcleo atómico Masa nuclearMasa nuclear
( )kg
KgCmuma
23
3
23
3126
10.023,6
10
10.023,6.12
10.12
12
)(1
−−
===
• Definición de U.M.A.Definición de U.M.A.
• Defecto de masa:Defecto de masa:
umasMNmZmm np −+=∆ )(
2. El núcleo atómico2. El núcleo atómico Fuerza nuclear fuerte (FNF)Fuerza nuclear fuerte (FNF)
1. Muy intensasMuy intensas. Superan la repulsión p-p2. Corto alcanceCorto alcance. Sólo a distancia de pocos Fermis.
3. Independientes de la cargaIndependientes de la carga (p-p=n-n=p-n)4. SaturadasSaturadas. Sólo con nucleones vecinos
5. AtractivasAtractivas, mantienen unidos a los nucleones
6. A distancias menores, repulsivasA distancias menores, repulsivas.
(Coraza repulsiva)7. Dependen del spínspín de los nucleones
y otras magnitudes cuánticas.
2. El núcleo atómico2. El núcleo atómico Fuerza nuclear fuerte (FNF)Fuerza nuclear fuerte (FNF)
1935. Hideki Yukawa1935. Hideki Yukawa
MESONESMESONES
En 1947, se descubren En 1947, se descubren experimentalmente los muones (experimentalmente los muones (ππ ))
3. Energía de enlace3. Energía de enlace Energía de enlace nuclearEnergía de enlace nuclear
• DefiniciónDefinición:
3. Energía de enlace3. Energía de enlace Energía de enlace nuclearEnergía de enlace nuclear
umasMNmZmm np −+=∆ )(
kguma 2710.667,11 −=
umaMeVcmE 2,931. 2 ⇒∆=∆
∆E= 931,2 (Mev/uma).∆m (umas)
• CálculoCálculo:
1. ¿Cuánta masa es 1 uma?
2. ¿A cuánta energía (MeV) equivale 1 uma?
3. ¿Cuánto vale el defecto de masa de un átomo?
4. ¿Cuál es su energía de enlace (MeV)?
5. ¿Y su energía de enlace por nucleón (MeV/nucleón)?nucleónMeV
n A
EE =
3. Energía de enlace3. Energía de enlace
Número Másico
A
Ener
gía
de e
nlac
e po
r nu
cleó
n
En
(M
eV/n
ucle
ón)
• ValoresValores:
Energía de enlace nuclearEnergía de enlace nuclear
4. Modelos nucleares4. Modelos nucleares GeneralidadesGeneralidades
2. Modelo de capas
Marie Goepert-Mayer (1948)
1. Modelo de la gota líquida
G. Gamow (1945)
3. Modelo colectivo
Aage Bohr y Ben Mottelson (1953)
4. Modelos nucleares4. Modelos nucleares Modelo de la gota líquidaModelo de la gota líquida
Sugerido por G. Gamow, 1930
1936 Bohr1936 Bohr
• No distingue p y n. Tampoco influye el comportamiento cuántico de los mismos.
• Supone que todos los nucleones están en movimiento en el interior del núcleo.
• Cada nucleón sólo interacciona con sus vecinos más próximos. (saturación)
• Las fuerzas de nucleones interiores están compensadas.
• Las fuerzas de nucleones superficiales no están compensadas (f. de cohesión)
Contribución energética Ecuación Origen
Coeficientes (Energía en
MeV)
Energía de volumen
Fuerzas nucleares proporcionales a A
Energía superficial
Corrige a Ev debido a que los nucleones superficiales tienen menos nucleones alrededor que los interiores. Origina la tensión superficial que da origen la forma esférica (gota líquida)
Energía de repulsión
electrostática
Repulsión electrostática entre pares de protones. Si tenemos Z protones, tendremos Z(Z-1)/2 pares de protones.Si aumenta Z, aumenta Ec
Si disminuye el radio, disminuye A1/3, y aumenta Ec.
585,0=ca3
1
)1(
A
ZZaE cc
−−=
AaE vv = 1,14=va
3
2
AaE ss −= 1,13=sa
4. Modelos nucleares4. Modelos nucleares Modelo de la gota líquidaModelo de la gota líquida
3
43
1 )1(585,01,131,14
A
ZZA
A
EEn
−−−+==−
4. Modelos nucleares4. Modelos nucleares Modelo de la gota líquidaModelo de la gota líquida
4. Modelos nucleares4. Modelos nucleares Modelo de capasModelo de capas
1948. Marie Goeppert-Mayer
Premio Nobel Física 1963
4. Modelos nucleares4. Modelos nucleares Modelo de capasModelo de capas
Z N A Nº DE NUCLEIDOS
% DE NUCLEIDOS
Impar ImparPar
(estables)8 2,81
Impar Par Impar 53 18,66
Par Impar Impar 57 20,07
Par ParPar
(estables)166 58,45
Z 2 8 20 28 50 82 126
N 2 8 20 28 50 82
Números Números “mágicos ““mágicos “de Z o N, de Z o N, originanoriginannúcleos núcleos establesestables
4. Modelos nucleares4. Modelos nucleares Modelo colectivoModelo colectivo
También llamado modelo unificado, ya que combina:
1951. Aage Bohr y Ben Mottelson1951. Aage Bohr y Ben Mottelson
• Movimientos colectivos de los nucleones (modelo de la gota líquida)
• Movimientos individuales de los nucleones (modelo de capas)
5. Reacciones nucleares5. Reacciones nucleares ClasificaciónClasificación
YbaXbienobYXa ),(,+→+
7. FUSIÓNFUSIÓN, si a y X son núcleos que se funden para dar otro más pesado
2. DIFUSIÓNDIFUSIÓN: a=b, y por tanto X=Y. Puede ser elástico (Y) o inelástico (Y*).
3. FOTONUCLEARFOTONUCLEAR, si a es un fotón.
4. CAPTURA RADIOACTIVACAPTURA RADIOACTIVA, si b es un fotón.
5. PROCESO RADIOACTIVO,PROCESO RADIOACTIVO, cuando a=0, es decir X se desintegra.
6. FISIÓNFISIÓN, cuando tras el impacto de a, X se escinde en dos núcleos de mediano tamaño.
1. TRANSMUTACIÓNTRANSMUTACIÓN: a y b, núcleos ligeros
5. Reacciones nucleares5. Reacciones nucleares Calores de reacciónCalores de reacción
Suponiendo X en reposo.....
QbYXa ++→+
• 1 gr de carbón puede proporcionar al arder 12 .10-3 kw-h
• 1 gr de U-235 puede proporcionar por fisión de todos sus núcleos una energía de 24.000 kw-h (2 millones de veces superior).
• 1 gr de carbón o de uranio, desmaterializado del todo proporciona todavía una energía muchísimo mayor.
2).( cmmmmEEEQ byaxaby −−+=−+=
6. Radioactividad natural6. Radioactividad natural ¿Qué es?¿Qué es?
En 1903 Rutherford y F. Soddy descubren la primera transmutación natural al comprobar
como en la emisión radiactiva el torio se transforma primero en radio y luego en radón.
Formularon la desintegración radiactiva en los términos de la ley del decaimiento, al
comprobar que la actividad de una sustancia radiactiva disminuye exponencialmente con el
tiempo y consiste en la emisión de partículas como las α o las β.
Comprobaron que la radiactividad es un fenómeno:
1. Independiente del estado físico en que se encuentren los átomos
2. Independiente de la naturaleza del compuesto químico en el que se encuentren los
átomos radiactivos (¿por qué induce a pensar que se trata del núcleo?)
6. Radioactividad natural6. Radioactividad natural Leyes del desplazamiento radioactivo Leyes del desplazamiento radioactivo
(S o d d y - F a j a n s)(S o d d y - F a j a n s)
γ+→ XX AZ
AZ
*
eA
ZAZ eYX ν++→ −+
011
γ++→ −− HeYX A
ZAZ
42
42
6. Radioactividad natural6. Radioactividad natural Desintegración Desintegración αα (núcleos de He) (núcleos de He)
γ++→ −− HeYX A
ZAZ
42
42
6. Radioactividad natural6. Radioactividad natural Desintegración Desintegración ββ-- (electrones) (electrones)
Antineutrino
eA
ZAZ eYX ν++→ −+
011
6. Radioactividad natural6. Radioactividad natural Desintegración Desintegración ββ++ (positrones) (positrones)
eA
ZAZ eYX ν++→ +−
011
1930. “Mar de partículas” de Paul Dirac. 1930. “Mar de partículas” de Paul Dirac.
1932, experimentalmenta encontradas por Carl 1932, experimentalmenta encontradas por Carl Anderson.Anderson.
6. Radioactividad natural6. Radioactividad natural Desintegración Desintegración γγ (fotones de alta energía) (fotones de alta energía)
γ+→ XX AZ
AZ
*
1900, Paul Villard1900, Paul Villard
6. Radioactividad natural6. Radioactividad natural Penetración de la radioactividad naturalPenetración de la radioactividad natural
6. Radioactividad natural6. Radioactividad natural Núcleo y estabilidad: gráfica N-ZNúcleo y estabilidad: gráfica N-Z
6. Radioactividad natural6. Radioactividad natural Ley de la desintegración radioactivaLey de la desintegración radioactiva
1. Fenómeno estadístico (probabilidad)1. Fenómeno estadístico (probabilidad)En cualquier muestra radiactiva existe un numero muy elevado de núcleos por lo que se puede afirmar que la desintegracion radiactiva es un fenomeno totalmente aleatorio y que se produce al azar.
6. Radioactividad natural6. Radioactividad natural Ley de la desintegración radioactivaLey de la desintegración radioactiva
1. Fenómeno estadístico (probabilidad)1. Fenómeno estadístico (probabilidad)
2. Resultados experimentales N(t)-t2. Resultados experimentales N(t)-t
6. Radioactividad natural6. Radioactividad natural Ley de la desintegración radioactivaLey de la desintegración radioactiva
teNN λ−= 0
temm λ−= 0teAA λ−= 0
1. Fenómeno estadístico (probabilidad)1. Fenómeno estadístico (probabilidad)
2. Resultados experimentales N(t)-t2. Resultados experimentales N(t)-t
3. Ecuación de Elser y Geiter3. Ecuación de Elser y Geiter
6. Radioactividad natural6. Radioactividad natural Ley de la desintegración radioactivaLey de la desintegración radioactiva
€
N
NO
=e−λ t€
−dN
dt=N.λ
4. Deducción de la LDR4. Deducción de la LDR
€
+dNN
=−dt.λ
€
dN
NNo
N
∫ =− λdtt=0
t
∫
El ritmo de desaparición de núcleos depende de: NÚCLEOS PRESENTES, CONSTANTE DE DESINTEGRACIÓN RADIOACTIVA
€
lnN[ ]NoN=−λt[]t=0
t
€
lnN−lnNO=lnN
NO
=−λt
teNN λ−= 0
6. Radioactividad natural6. Radioactividad natural Otras magnitudes asociadasOtras magnitudes asociadas
λ).()( tNtAdt
dN ==−
1. ACTIVIDAD1. ACTIVIDAD (velocidad de desintegración) (velocidad de desintegración)
•1 Becquerel = 1Bq = 1 d/s
•1 Curie = 1 Ci= 3,7 . 1010 d/s = actividad de 1 gr de radio
•1 Rutherford = 1 Ru = 106 d/s
•1Ci = 3,7 .104 Ru
UNIDADESUNIDADES
Ritmo de emisión de partículasRitmo de desaparición de núcleos
2. PERIODO DE2. PERIODO DE SEMIDESINTEGRACIÓNSEMIDESINTEGRACIÓN
6. Radioactividad natural6. Radioactividad natural Otras magnitudes asociadasOtras magnitudes asociadas
€
T1/2=ln2
λ=0,693
λ
€
N=NO
2=NO.e
−λ.T1/2→1
2=e−λ.T1/2→ln(
1
2)=−λ.T1/2
€
ln(1
2)=−λ.T1/2→−ln2=−λ.T1/2→T1/2=
ln2
λ
Demostración:
3. VIDA MEDIA3. VIDA MEDIA
6. Radioactividad natural6. Radioactividad natural Otras magnitudes asociadasOtras magnitudes asociadas
€
τ=1
λ=
T1/2
ln2
Es tiempo por lo que se mide en segundos, minutos, horas, anos, etc.
Los valores de vida media varian de unas sustancias a otras, oscilando entre 10-9 s y 1014 anos para atomos muy estables. Luego λ representa la probabilidad de que un atomo se desintegre por unidad de tiempo.
Un tiempo de vida media bajo indica una sustancia muy inestable cuyo ritmo de desintegracion es muy rapido y por ello λ ha de ser grande.
6. Radioactividad natural6. Radioactividad natural Equilibrio radioactivoEquilibrio radioactivo
BA→BBAA NN λλ =
Condición de equilibrio radioactivo:Condición de equilibrio radioactivo:
Para NPara N0202=0, planteando, integrando y =0, planteando, integrando y resolviendo encontramos Nresolviendo encontramos N22(t):(t):
Caso particular:λ1 <<< λ2
Equilibrio secular
radiactivohijoB
oradioactivpadreA
)(
)(
6. Radioactividad natural6. Radioactividad natural Series radioactivasSeries radioactivas
Los atomos de una sustancia radiactiva se desintegran espontaneamente, con emision de particulas α o βy formacion de un nuevo atomo, quimicamente diferente del original. Este nuevo atomo puede a su vez desintegrarse de forma similar al anterior surgiendo una serie radiactiva de atomos, que estan relacionados entre si por sucesivas desintegraciones. Dado que el elemento que termina la serie es mas estable y no se desintegra mas, se puede considerar que la radiactividad es un mecanismo por el que nucleos inestables se transforman en otros mas estables mediante la liberacion de ciertas particulas.
6. Radioactividad natural6. Radioactividad natural Series radioactivasSeries radioactivas
En los procesos de desintegracion igual que en cualquier proceso fisico o quimico se cumplen las leyes de conservacion: - Conservacion de la energia. - Conservacion de la cantidad de movimiento. - Conservacion de la carga electrica.- Conservacion del numero total de nucleones.
7. Radioactividad artificial7. Radioactividad artificial Primera reacción nuclearPrimera reacción nuclear
OHHeN 178
11
42
147 +→+
7. Radioactividad artificial 7. Radioactividad artificial ( provocada )( provocada )
Primera reacción nuclearPrimera reacción nuclear
En 1934 Frédréric Joliot e Irene Curie descubrieron que:
2.La radiactividad no es un fenómeno confinado sólo a los elementos como
el uranio o el polonio, sino que cualquier elemento puede ser radiactivo si se
prepara el isótopo adecuado.
3.La radiactividad artificial o inducida se consigue mediante el bombardeo
de un núcleo con un proyectil (partículas a gran velocidad que pueden ser α
o neutrones), este núcleo inicialmente estable se transforma en un núcleo
inestable.nPHeAl 10
*3015
42
2713 +→+
Posteriormente…
7. Radioactividad artificial7. Radioactividad artificial Descubrimiento del neutrónDescubrimiento del neutrón
• 1
93
2,
Ch
adw
ich
.
7. Radioactividad artificial7. Radioactividad artificial Barrera de CoulombBarrera de Coulomb
• ProtonesProtones: penetran mejor cuanto más rápidos, para vencer la barrera de potencial electrostático.
• NeutronesNeutrones: penetran mejor los lentos (o térmicos), por pasar más tiempo cerca del núcleo.
La fisión es un proceso por el cual un núcleo pesado de número atómico
mayor que 86 se divide en dos núcleos más ligeros y de masa parecida
cuando este núcleo pesado es bombardeado con un neutrón. En el proceso
se liberan neutrones y gran cantidad de energía. Los neutrones liberados
chocan a su vez con otros núcleos de la misma sustancia y los rompen
generando lo que se llama REACCIÓN EN CADENA.
8. F8. Fi i sión nuclearsión nuclear
8. F8. Fi i sión nuclearsión nuclear
Los nucleos ideales para este tipo de procesos son isotopos del Uranio y del Polonio.
Los neutrones son buenas particulas para un bombardeo y romper nucleos atomicos ya que al no tener carga no son repelidas por los electrones de las capas externas de los atomos.
Lo que se origina es un proceso en cadena a partir del choque inicial liberandose cada vez mas energia en poco tiempo. Si el proceso no se controla esta gran cantidad de energia se puede liberar bruscamente en forma de tremenda explosion, es la bomba atomica.
Pero esta energia se puede controlar para utilizarla con fines industriales (centrales nucleares). Basta introducir alguna sustancia que absorba neutrones y que evite que el proceso se dispare (introduciendo barras de cadmio, por ejemplo) y a bajas temperaturas para que no sea demasiado rapido.La masa minima de Uranio que permite que tenga lugar la reaccion en cadena se llama masa critica.
9. F9. Fuusión nuclearsión nuclear
Union de varios atomos para formar otro mas pesado desprendiendo aun mas energia que en la fusion nuclear.
Para lograr esta reaccion se precisan altas temperaturas que solo se logran con reactores nucleares. Asi pues, para poder realizar una fusion nuclear hace falta realizar primero una fision y que a partir de la energia de la fision se produzca la fusion que desprendera aun mas energia. Estas reacciones tienen lugar con nucleos ligeros, que tampoco son muy estables, como el hidrogeno y el helio fundamentalmente y en general isotopos de estos.
9. F9. Fuusión nuclearsión nuclear
Esto en el terreno belico ha dado lugar a la terrible bomba de hidrogeno, pero ahora se intenta perfeccionar como fuente de energia. Tiene el defecto de que para ponerlo en marcha necesita un gran aporte energetico.
Este proceso se produce continuamente en el Sol y en cualquier estrella y la energia que se desprende de la union de nucleos de hidrogeno da la luz y el calor de las estrellas y esa energia que se desprende del Sol hace posible la vida en la Tierra.
10. 10. Aplicaciones de la radioactividadAplicaciones de la radioactividad Aplicaciones de algunos radio-isótoposAplicaciones de algunos radio-isótopos
MedicinaMedicina
DiagnósticoDiagnóstico: Medicina nuclear•Con administración de radioisótopos•Con extracción de una muestra•Con medicina de antipartículas (PET)
10. 10. Aplicaciones de la radioactividadAplicaciones de la radioactividad
MedicinaMedicina
TerapiasTerapias: Radioterapia (tratamiento del cáncer)
γβ ++→→+ −01
6028
*6027
10
5927 NiConCo
Quimioterapia (cáncer de tiroides)
• Tratamiento con ingestión de una solución salina de yoduro sódico que contenga I radioactivo
( 131I, 128I)
10. 10. Aplicaciones de la radioactividadAplicaciones de la radioactividad
Datación de muestrasDatación de muestras
• De origen orgánico: proporción C-14/C-12C-14/C-12
• De origen mineral: proporción U-238/U-235
)5570(21
01
147
146 añosTNC =+→ − β
UyUIsótopos 238235
10. 10. Aplicaciones de la radioactividadAplicaciones de la radioactividad
IndustriaIndustria
• Gammagrafía de estructuras metálicasGammagrafía de estructuras metálicas• Testificación de sondeos y prospeccionesTestificación de sondeos y prospecciones• Reconocimiento de fugasReconocimiento de fugas
• Control automático de espesoresControl automático de espesores
• Estudios de fricción y lubricaciónEstudios de fricción y lubricación
10. 10. Aplicaciones de la radioactividadAplicaciones de la radioactividad
QuímicaQuímica
• Estudio de mecanismos de reacciónEstudio de mecanismos de reacción
• Determinación de la velocidad de reacciónDeterminación de la velocidad de reacción
• Diseño y mejora de polímerosDiseño y mejora de polímeros
10. 10. Aplicaciones de la radioactividadAplicaciones de la radioactividad
8. 8. Aplicaciones de la radioactividadAplicaciones de la radioactividad Alimentación y agriculturaAlimentación y agricultura
• Esterilización de alimentos
BiologíaBiología
• Seguimiento deprocesos vitales
8. 8. Aplicaciones de la radioactividadAplicaciones de la radioactividad EnergéticasEnergéticas
MilitaresMilitares
Rea
ctor
de
FISI
ÓN
Rea
ctor
de
FUSI
ÓN
(Pr
otot
ipo)
Oppenheimer
Origen de las radiacionesOrigen de las radiaciones10. 10. Aplicaciones de la radioactividadAplicaciones de la radioactividad
Riesgos de la radiaciónRiesgos de la radiación10. 10. Aplicaciones de la radioactividadAplicaciones de la radioactividad
11. Medidas de seguridad11. Medidas de seguridad Residuos radioactivosResiduos radioactivos
1. Bidón de residuos
11. Medidas de seguridad11. Medidas de seguridad Residuos radioactivosResiduos radioactivos
1. Bidón de residuos
2. Carga de un bidón con residuos
11. Medidas de seguridad11. Medidas de seguridad Residuos radioactivosResiduos radioactivos
1. Bidón de residuos
2. Carga de un bidón con residuos
3. Arcón de residuos
11. Medidas de seguridad11. Medidas de seguridad Residuos radioactivosResiduos radioactivos
1. Bidón de residuos
2. Carga de un bidón con residuos
3. Arcón de residuos
4. Almacén de residuos
11. Medidas de seguridad11. Medidas de seguridad Residuos radioactivosResiduos radioactivos
1. Bidón de residuos
2. Carga de un bidón con residuos
3. Arcón de residuos
4. Almacén de residuos
5. Hueco de una bóveda
11. Medidas de seguridad11. Medidas de seguridad Residuos radioactivosResiduos radioactivos
1. Bidón de residuos
2. Carga de un bidón con residuos
3. Arcón de residuos
4. Almacén de residuos
5. Hueco de una bóveda
6. Almacén de varias bóvedas
11. Medidas de seguridad11. Medidas de seguridad Residuos radioactivosResiduos radioactivos
1. Bidón de residuos
2. Carga de un bidón con residuos
3. Arcón de residuos
4. Almacén de residuos
5. Hueco de una bóveda
6. Almacén de varias bóvedas
7. Barreras para residuos
11. Medidas de seguridad11. Medidas de seguridad NormativasNormativas
• Beneficios por encima de posibles Beneficios por encima de posibles daños.daños.• Principio Principio ALARAALARA: Exposiciones tan bajas : Exposiciones tan bajas como sea posiblecomo sea posible
• Dosis limitadas para evitar riesgos Dosis limitadas para evitar riesgos innecesariosinnecesarios
J. J. ThomsonJ. J. Thomson R. MillikanR. Millikan
H. BecquerelH. Becquerel Marie CurieMarie Curie
E. RutherfordE. Rutherford ChadwichChadwich
Enrico FermiEnrico Fermi
12. Los protagonistas…12. Los protagonistas…
12. Los protagonistas…..12. Los protagonistas…..
Marie Goeppert-Mayer Marie Goeppert-Mayer
Albert Einstein Albert Einstein
Oppenheimer Oppenheimer
Hideki Yukawa Hideki Yukawa Joliot y Curie Joliot y Curie