Módulo VIII.- Física Nuclear

Último tema del temario, bravo!! Es un tema con mucho contenido teórico, así que no te dejes llevar por la emoción de terminar, préstale atención.

MÓDULO VII.- FÍSICA NUCLEAR

RADIACIÓN.- Es la emisión y propagación de ondas electromagnéticas o de algunas partículas subatómicas.

Las radiaciones pueden ser IONIZANTES, que son aquellas que tienen la energía suficiente como para producir la ionización de los átomos de la materia que atraviesan (como por ejemplo los Rayos X) Ojo, estas pueden producir cáncer. Dañan el ADN.

Y NO IONIZANTES, que son las que no tienen la energía suficiente como para producir la ionización. Por ejemplo, el microondas.

RADIACTIVIDAD

Es el fenómeno por el cual el núcleo atómico emite radiaciones. Es decir, si una radiación no es producida en el núcleo. No es radiactividad.

NÚCLEO ATÓMICO

El Módelo de Rutherford dice que el átomo está constituido por la corteza, donde están los electrones, con carga negativa, y el núcleo, que es la zona donde está la mayor parte de la masa del átomo y que contiene a los protones de carga positiva y los neutrones, de carga neutra.

Z, número atómico, es el número de protones que tiene el átomo. Si el átomo está en estado neutro, también coincidirá con el número de electrones

A, número másico, es el número de protones más el número de electrones que tiene un átomo en su núcleo

Los ISÓTOPOS, son formas de un mismo elemento que tienen distinto número másico (A), pero tienen el mismo número de protones. Se diferencian en los neutrones, por tanto.

ENERGÍA DE ENLACE: $E = \Delta m\cdot c^{2}$ , donde m = [Zm_p + (A-Z) m_n]- M_n, siendo M_n la masa del núcleo.

Los núcleos tienen menor energía juntos que separados, ya que son más estables juntos. Para saber cómo de estable es un núcleo, estudiamos la energía de enlace por nucleón: $\Delta E_{n}= \frac{\Delta E}{A}$ y cuanto mayor sea esta energía de enlace por nucleón, más estable será el núcleo.

PROCESOS RADIACTIVOS

Desintegración $\alpha$

Las partículas están compuestas por dos protones y dos neutrones. Luego son núcleos de $_{2}^{4}\textrm{He}$ . El núcleo que se obtiene tras una emisión , corresponde a un elemento químico desplazado dos lugares a la izquierda del núcleo original en el sistema periódico.

$_{Z}^{A}\textrm{X}\rightarrow _{2}^{4}\textrm{He}+ _{Z-2}^{A-4}\textrm{Y}$

Desintegración $\beta$ ^–

Se trata de electrones $_{-1}^{0}\textrm{e}$ que provienen de la transformación de un neutrón $_{0}^{1}\textrm{n}$ en un protón $_{1}^{1}\textrm{p}$ emitiéndose un electrón $_{-1}^{0}\textrm{e}$

$_{Z}^{A}\textrm{X}\rightarrow _{-1}^{0}\textrm{e}+ _{Z+1}^{A}\textrm{Y}+\bar{v}$

$\bar{v}$ es un antineutrino

Desintegración $\beta$ ⁺

Se trata de un positrón $_{+1}^{0}\textrm{e}$ que proviene de la transformación de un protón $_{1}^{1}\textrm{p}$ en un neutrón $_{0}^{1}\textrm{n}$ emitiéndose un positrón $_{+1}^{0}\textrm{e}$

$_{Z}^{A}\textrm{X}\rightarrow _{1}^{0}\textrm{e}+ _{Z-1}^{A}\textrm{Y}+v$

$v$ es un neutrino

Las partículas $\beta$ tienen mayor poder de penetración que las y resultan mucho menos ionizantes

Emisión $\gamma$

Son ondas electromagnéticas de muy alta frecuencia, que cuando interaccionan con la materia, lo hacen como fotones de muy alta energía

Tienen un gran poder de penetración al ser neutras, atraviesan con facilidad el cuerpo humano y para frenarlas se necesitan incluso láminas de plomo o paredes gruesas de hormigón.

Producen electrones muy energéticos en los átomos donde impacta, que a su vez, ionizan otros átomos.

$_{Z}^{A}\textrm{X}^{*}\rightarrow _{A}^{Z}\textrm{X}+\gamma$

LEY DE DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA

Se usa para calcular el número de especies que quedan sin desintegrar en una muestra radiactiva

N = N₀

m= m₀

n = n₀

A = A₀

La A, actividad es el número de desintegraciones por unidad de tiempo. Su unidad es Bq, que equivale a una desintegración por segundo.

PERIODO DE SEMIDESINTEGRACIÓN O SEMIVIDA (T_1/2)

Es el tiempo que debe transcurrir para que un número de núcleos en una muestra se reduzca exactamente a la mitad

T_1/2= $\frac{ln 2}{\lambda }$

VIDA MEDIA

Es el promedio de vida de un núcleo, la vida que se espera que tenga o el tiempo que tarda en desintegrarse.

REACCIONES NUCLEARES

Son los procesos que ocasionan cambios en los núcleos de los átomos a causa del bombardeo con una partícula u otros átomos y que pueden hacer variar el número atómico, transmutando así el átomo en otro distinto.

La masa no se conserva en estas reacciones nucleares, por lo que mediremos el defecto de masa como: m = m_reactivos – m_productos

Si $\Delta$ m $> 0$ , la reacción desprende energía. Exotérmica.

Si $\Delta$ m $< 0$ , la reacción absorbe energía. Endotérmica.

FISIÓN NUCLEAR

Es un tipo de reacción nuclear en el que un núcleo pesado, al ser bombardeado con neutrones, se convierte en inestable y se descompone en varios núcleos más pequeños emitiéndose energía y produciéndose la emisión de dos o tres neutrones.

La energía desprendida se debe al defecto de masa de la reacción entre el núcleo que se fisiona y los núcleos que se forman. Este defecto de masa, se transforma en energía según decía Einstein: $\Delta E = m\cdot c^{2}$

Se produce reacción en cadena, puesto que los electrones emitidos actúan con otros núcleos sucesivamente y en muy poco tiempo, consiguen liberar una gran cantidad de energía.

Si se logra que, en promedio, solo uno de los neutrones liberados produzca fisión posterior, el número de fisiones por unidad de tiempo será constante y la reacción estará controlada.

Las ventajas que presenta la fisión nuclear como fuente de energía son:

Tienen un alto rendimiento energético
No emite gases efecto invernadero

Pero presenta las siguientes desventajas:

Riesgo de contaminación radiactiva
Dificultad en la eliminación y el tratamiento de los residuos radiactivos.

FUSIÓN NUCLEAR

La fusión nuclear es un tipo de reacción nuclear en el que núcleos ligeros se unen para formar núcleos más pesados y estables.

La energía que se desprende en la fusión es mayor que la de la fisión y también es debida al defecto de masa

Las ventajas que presenta la fusión nuclear como fuente de energía son:

Se obtiene más energía que en la fisión
No produce gases nocivos y genera residuos nucleares de muy baja actividad
El reactor de fusión nuclear es muy seguro
Es una fuente prácticamente inagotable de energía debido a la abundancia de hidrógeno.

Las desventajas serían:

Aun es una tecnología en fase de investigación
Para que se produzca la fusión se necesitan energías muy altas
Al ser la temperatura alta, la materia se encuentra en forma de plasma, por lo que tiene tendencia a expandirse y por lo tanto, a enfriarse.

Módulo VIII.- Física Nuclear

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