fisica nuclear

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  • 1. Tema:FsicaNuclearEl tomo es una partcula semejante a una esfera con radio del orden de 10-10 m. Estformado por un ncleo, en el que se hallan protones y neutrones, de radio del orden de10-14 m, alrededor del cual giran los electrones, dispuestos en determinados nivelescunticos.Las caractersticas de estas partculas quedan determinadas en el siguiente cuadro:Todos los procesos en los que se ve implicado el ncleo atmico implican la absorcino emisin de una enorme cantidad de energa (ENERGA NUCLEAR).PARTCULAS ATMICASEric Calvo Lorente 2 Bach Fsica Nuclear 1

2. Tema:FsicaNuclearLa identificacin de un ncleo atmico viene dada por una expresin del tipo: ( + ) ()Cada tipo de ncleo constituye un NCLIDO diferente. Alguno de estos nclidosposeen alguna caracterstica comn. En ese caso reciben distintos nombres: Istopos: Nclidos con igual Z pero distinto A, 9523895235 Istonos: Nclidos con igual n de neutrones pero distinto de protones, 512613 Isbaros: Nclidos con igual A pero distinto Z, 714614NCLEO ATMICO. ESTABILIDAD NUCLEAR (I)Eric Calvo Lorente 2 Bach Fsica Nuclear 2 3. Tema:FsicaNuclearA excepcin del hidrgeno, todos los nclidos poseen ms de un protn en el ncleo.Est claro que la repulsin entre ellos deber ser muy grande, puesto que la densidadde carga positiva en el ncleo es enorme. Segn esto los protones deberan repelerse, loque implicara que un ncleo atmico no debera formarse.Sin embargo existe otro pegamento ms fuerte que la interaccin electrosttica (lafuerza nuclear fuerte, que mantiene unidas estas partculas para formar el ncleoatmico. Esta interaccin es 105 veces mayor que la interaccin electrosttica.El motivo por el que el ncleo es ms estable que las partculas que lo constituyen sedesprende a partir de la equivalencia masa-energa dada por la ley de la relatividadespecial. Si sumamos la masa de las partculas que constituyen el ncleo de un tomose observa como este valor es superior al valor real del ncleo. Esto es debido a queparte de la masa de las partculas se ha transformado en energa, de modo que elncleo formado es ms estable que el estado inicial.NCLEO ATMICO. ESTABILIDAD NUCLEAR (II)Eric Calvo Lorente 2 Bach Fsica Nuclear 3 4. Tema:FsicaNuclearEsta cantidad de masa (DEFECTO DE MASA), puede ser expresada en trminosenergticos, a partir de la expresin: = . 2, donde = La energa desprendida se denomina ENERGA DE ENLACE del nclido, que nos daidea del descenso energtico sufrido al constituirse un ncleoSin embargo, el verdadero valor de estabilidad de un ncleo lo aporta la ENERGA DEENLACE POR NUCLEN, que se obtiene dividiendo la energa de enlace por el nmerode nucleones existentes.NCLEO ATMICO. ESTABILIDAD NUCLEAR (III)Eric Calvo Lorente 2 Bach Fsica Nuclear 4 5. Tema:FsicaNuclearAlgunos nclidos son inestables.En este caso, su tendencia es a evolucionarpara poder alcanzar un estado energticomenor (mayor estabilidad).Para ello necesitan emitir, bien radiacin,bien determinadas partculas,Transformndose (TRANSMUTANDO) enotro nclido diferente.La estabilidad de un nclido es difcil depredecir.RADIACTIVIDAD. DESINTEGRACIONES RADIACTIVASEric Calvo Lorente 2 Bach Fsica Nuclear 5 6. Tema:FsicaNuclearSe denomina as al conjunto de procesos por los que espontneamente,determinados ncleos atmicos son capaces de emitir radiacin, convirtindose enncleos diferentes o similares, aunque de mayor estabilidad (menor energa).Identificado el fenmeno por primera vez por Henri Becquerel, los cientficos Mariey Pierre Curie identificaron tres tipos de radiacin: Emisin alpha (): formada por partculas positivas 24(ncleos de helio).Constituyen una radiacin ionizante con poco poder de penetracin (piel, hoja depapel). Emisin beta (): formada por electrones ( 10). De mayor poder de penetracinque la emisin alpha (lmina delgada de metal). Emisin gamma (): radiacin electromagntica de muy alta frecuencia. Mayorpoder de penetracin que los rayos X (gruesos bloques de hormign).RADIACTIVIDAD NATURALEric Calvo Lorente 2 Bach Fsica Nuclear 6 7. Tema:FsicaNuclearPermiten predecir en qu tipo de nclido se convertir uno dado, en funcin de laemisin producida. Son las llamadas LEYES DE SODDY.1Ley: (Emisin alpha) 4+ 4222Ley: (Emisin beta) 0+ +11( 0 0)113Ley: (Emisin gamma) + ( )LEYES DEL DESPLAZAMIENTO RADIACTIVOEric Calvo Lorente 2 Bach Fsica Nuclear 7 8. Tema:FsicaNuclearTodos los procesos radiactivos han de cumplir el principio de conservacin MASA-ENERGA (en funcin de la radiactividad especial).La DESINTEGRACIN supone la conversin de un neutrn en un protn: + +101101 Existe otro proceso similar, denominado DESINTEGRACIN + + ++100111 +10 Este proceso compite con otro denominado CAPTURA RADIACTIVA + +10 +0111 Desintegracin Eric Calvo Lorente 2 Bach Fsica Nuclear 8 9. Tema:FsicaNuclear Se denomina ACTIVIDAD RADIACTIVA al nmero de nclidos que se desintegranen la unidad de tiempo. Depende del tipo de nclidos y del nmero total denclidos presentes (N): == . (: constante de desintegracin)La unidad de la actividad radiactiva es el Becquerel (Bq), equivalente a unadesintegracin por segundo.= . = . 0= . 00= - . = 0. .CINTICA DE LA DESINTEGRACIN RADIACTIVAEric Calvo Lorente 2 Bach Fsica Nuclear 9 10. Tema:FsicaNuclearEs el tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de los ncleos iniciales.02= 0. .12= .. 12= 212=2PERODO DE DESINTEGRACINEric Calvo Lorente 2 Bach Fsica Nuclear 10 11. Tema:FsicaNuclearEs el tiempo que, por trmino medio, dura un nclido. Es un conceptoestadstico, equivalente al de esperanza de vida =1 =122VIDA MEDIAEric Calvo Lorente 2 Bach Fsica Nuclear 11 12. Tema:FsicaNuclearTambin llamada INDUCIDA, es aquella que resulta como consecuencia delbombardeo (en laboratorio) de nclidos estables con partculas , ,neutrones,.. Como consecuencia de este bombardeo, los ncleos estables sevuelven radiactivos.El primer proceso radiactivo artificial fuellevado a cabo por el matrimonio Joliot-Curie: + 241327 + 011530 + 241327 + 011530RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL (I)Eric Calvo Lorente 2 Bach Fsica Nuclear 12 13. Tema:FsicaNuclearMediante el bombardeo con diferentes tipos de partculas a distintasenergas, se han conseguido numerosos procesos radiactivos. As se hanobtenido los conocidos como ELEMENTOS ARTIFICIALES DE LA TABLAPERIDICA.En cualquier caso, en todo proceso radiactivo se han de cumplir las siguientesleyes de conservacin:CONSERVACIN DEL NMERO DE NUCLEONES, CONSERVACIN DE LA CARGAELCTRICA, CONSERVACIN DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO, A-CONSERVACIN DE LA MASA-ENERGA.RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL (II)Eric Calvo Lorente 2 Bach Fsica Nuclear 13 14. Tema:FsicaNuclearProceso radiactivo por el que un ncleo inestable se escinde en dosncleos ms ligeros, liberando energa y un determinado nmero departculas elementales.FISIN NUCLEAR (I)Eric Calvo Lorente 2 Bach Fsica Nuclear 14 15. Tema:FsicaNuclearLa fisin espontnea se produce raramente. Tan slo el 235-U es fisible demanera natural, con un perodo de semidesintegracin de 700 millones deaos.El proceso puede inducirse bombardeando a con nucleo fusin un neutrn deenergia adecuada. Bajo ese impacto, el nucleo es rompera en dos (o tres) masde Ncleos certificados (y aun radiactivos, denominados productos de fision),eyectados a gran velocidad, hasta 7 neutrones y algunos fotones.Los ncleos atmicos lanzados como productos de la fisin pueden ser varioselementos qumicos, por lo general altamente radiactivos.Consecuentemente, estos istopos entonces decaen, mediante cadenas dedesintegracin.FISIN NUCLEAR (II)Eric Calvo Lorente 2 Bach Fsica Nuclear 15 16. Tema:FsicaNuclearLa fisin espontnea se produce raramente. Tan slo el 235-U es fisible demanera natural, con un perodo de semidesintegracin de 700 millones deaos.El proceso puede inducirse bombardeando a con ncleo fusin un neutrn deenerga adecuada. Bajo ese impacto, el ncleo se romper en dos (o tres) masde Ncleos certificados (y aun radiactivos, denominados productos de fisin),eyectados a gran velocidad, hasta 7 neutrones y algunos fotones.Los ncleos atmicos lanzados como productos de la fisin pueden ser varioselementos qumicos, por lo general altamente radiactivos.Consecuentemente, estos istopos entonces decaen, mediante cadenas dedesintegracin.FISIN NUCLEAR (II)Eric Calvo Lorente 2 Bach Fsica Nuclear 16 17. Tema:FsicaNuclearLa fisin libera una enorme cantidad de energa. Un gramo de 235-U liberatanta energa como la combustin de varias toneladas de carbn.Si los neutrones liberados son ralentizados convenientemente, pueden servirde proyectiles para nuevos ncleos, con lo que la reaccin no slo contina,sino que se acelera. Se trata de una reaccin en cadena.En los reactores nucleares el ritmo al que se producen las reacciones de fisines controlado. Sin embargo, si el nmero de neutrones presentes aumentadescontroladamente, la reaccin deja de ser controlable y da lugar a unabomba atmica.FISIN NUCLEAR (III)Eric Calvo Lorente 2 Bach Fsica Nuclear 17 18. Tema:FsicaNuclearProceso en el que dos ncleosligeros se unen para dar lugar aotro ms pesado, liberndose enel proceso una cantidad ingentede energa.Los elementos atmicos empleadosnormalmente en las reacciones fusinnuclear son el Hidrgeno y sus istopos,el Deuterio (D) y el Tritio (T).Las reacciones de fusin ms importantes son: + + +01176 MeV241312 + + +11403 MeV1312124 11 + 2 +10+ + 25 MeVFUSIN NUCLEAREric Calvo Lorente 2 Bach Fsica Nuclear 18 19. Tema:FsicaNuclearPara que tengan lugar estas reacciones debe suministrarse a los ncleos laenerga cintica necesaria para que se aproximen los ncleos reaccionantes,venciendo as las fuerzas de repulsin electrostticas.Para ello se necesita calentar el gas hasta temperaturas muy elevadas (107 108 K ), como las que se supone que tienen lugar en el centro de las estrellas.El gas sobrecalentado a tan elevadas temperaturas, de modo que los tomosestarn altamente ionizados, recibe el nombre de plasma.El requisito de cualquier reactor de fusin nuclear es confinar dicho plasmacon la temperatura y densidad lo bast