IDEAS DE JAVIER DE LUCAS RADIACTIVIDAD Propiedad que

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.

HISTORIA Becquerel: Becquerel descubridor del fenómeno de la Radiactividad (1896) Marie y Pierre Curie: Curie descubridores de los elementos Radio y Polonio (1898) Rutherford: Rutherford revela la estructura del átomo, con electrones girando en torno a un núcleo masivo (1911) Frederick Soddy: Soddy introduce el concepto de isótopo (1913) Chadwick: Chadwick descubre el neutrón (1932) Hahn, Strassmann y Meisner: Meisner dividen el 238 U según un proceso de fisión (1938)

DESCUBRIMIENTO DE LOS ELEMENTOS 1898: Polonio (Z=84) Radio (Z=88) 1969: Rutherfordio (Z=104) 1970: Hahnio (Z=105) 1899: Actinio (Z=89) 1949: Berkerelio (Z=97) 1974: Seaborgio (Z=106) 1908: Radón (Z=86) 1950: Californio (Z=98) 1981: Nielsbohrio 1917: Protoactinio (Z=91) (Z=107) 1952: Einstenio (Z=99) 1939: Francio (Z=87) Fermio (Z=100) 1982: Meitnerio (Z=109) 1940: Astato (Z=85) 1955: Mendelevio (Z=101) 1984: Hassio (Z=108) Neptunio (Z=93) 1994: Elemento 110 1965: Nobelio (Z=102) Elemento 111 1941: Plutonio (Z=94) Lawrencio (Z=103) 1996: Elemento 112 1944: Americio (Z=95) Curio (Z=96)

Z = nº de protones A = nº de nucleones A - Z = nº de neutrones EL NÚCLEO Tamaño de átomo: r ≈ 10 -10 m Tamaño del núcleo: r = 1’ 4· 10 -15 A 1/3 m Los átomos con números pares de neutrones y protones son mucho más frecuentes que con cualquier otra configuración Z Impar Par N Nº de especies Impar 4 Par 50 Impar 55 Par 165

Isótopos ISÓTOPOS Isóbaros Nucleidos con el mismo número de protones pero diferente número de neutrones. Nucleidos con distinto número de protones y neutrones pero el mismo número másico. Mismo número atómico Z, distinto número másico A Mismo número másico A, distinto número atómico Z Ej: 11 H 21 H y 31 H Ej: 146 C y 147 N Isótonos Isómeros Nucleidos con distinto número de protones pero el mismo número de neutrones. Nucleidos con el mismo número de protones y neutrones pero diferente nivel de energía nuclear. Distinto número másico A, distinto número atómico Z Mismo número atómico Z, mismo número másico A Ej: 136 C y 147 N Ej: 99 m 43 Tc y 9943 Tc

Tabla de estabilidad Datos destacables: Para elementos ligeros, N Z 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 a + 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 masa: masa Dm = Z mp + (A – Z )mn - MN Defecto de masa Masa real del núcleo Número de protones Masa del protón Masa del neutrón Número de neutrones

Energia de enlace La energía 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 DE: DE = Dm c 2 La energía de enlace por nucleón es el cociente entre la energía de enlace y el número másico DE / A A mayor Energía de enlace por nucleón, más estabilidad tiene el núcleo del isótopo

Energía de enlace Fe 56 • Para A<20 la curva es irregular y de fuerte pendiente • Los núcleos más estables son de tamaño medio, en torno a Fe 56 Región de átomos FUSIONABLES Región de átomos FISIONABLES

Son núcleos de Helio, formados por dos protones y dos neutrones Emisiones Ley de Soddy PROPIEDADES Ejemplos: 232 228 Ra + a Th → 90 88 214 Pb + a Po → 84 82 CARGA +2 e = +3’ 2· 10 -19 C MASA 6’ 7· 10 -27 kg CAPACIDAD de PENETRACI 0’ 0005 cm Al

Emisiones Son electrones rápidos procedentes del núcleo 1 1 p +0 + n 0 1 -1 Ley de Fajans PROPIEDADES Ejemplos: 32 131 15 P 53 I → 3216 S + + → 131 54 Xe + + CARGA - 1 e = -1’ 6· 10 -19 C MASA 9’ 1· 10 -31 kg CAPACIDAD de PENETRACIÓN 0’ 05 cm Al ENERGÍA Me. V

Emisiones Son positrones rápidos procedentes del núcleo 1 1 n +0 + p 1 0 1 PROPIEDADES Ejemplo: 23 23 Ne + + Na → 11 10 CARGA + 1 e = +1’ 6· 10 -19 C MASA 9’ 1· 10 -31 kg CAPACIDAD de PENETRACIÓN 0’ 05 cm Al ENERGÍA Me. V

Captura electrónica El núcleo absorbe un electrón de las capas más internas 1 0 e 1 n+ p + 1 -1 0 Ejemplo: 55 26 Fe + e- → 5525 Mn +

Emisiones Son fotones (luz) de muy alta energía Ejemplo: 210 81 Tl m → 21081 Tl + g PROPIEDADES CARGA 0 MASA 0 CAPACIDAD de PENETRACIÓN 8 cm Al ENERGÍA ke. V - Me. V

Series radiactivas Todas las series terminan con un isótopo del plomo no radiactivo

Fisión La fisión 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 235 1 n 141 Ba + 92 Kr + 3 U + 92 0 56 36 1 n 0

FISIÓN 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 Se produce en las generadores auxiliares de bombas atómicas VENTAJAS submarinos y cohetes INCONVENIENTES Alto rendimiento Riego de Contaminación (1 kg U ≈ 2000 Tm de Radiactiva petroleo) Dificultad de eliminar los residuos Hay que enriquecer el Uranio Fisión

Fusión La fusión 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 2 3 H 4 He + 1 n H + 1 1 2 0

FISIÓN 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) VENTAJAS INCONVENIENTES 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 crítica Dificultad de mantener limpio el Fusión

Ley de la desintegración radiactiva La desintegración radiactiva es un proceso aleatorio, gobernado por leyes estadísticas Período de desintegración o de semidesintegración: semidesintegración tiempo necesario para que se desintegre la mitad de los núcleos iniciales Vida media: media tiempo medio que tarda un núcleo al azar en desintegrarse Que integrado resulta: tiempo Núcleos quedan sin desintegrar Constante radiactiva, característica de cada elemento radiactivo Número de átomos iniciales

ACTIVIDAD La Actividad (A) se define como el número de emisiones de una sustancia por unidad de tiempo. Su unidad en el SI es el Becquerel (Bq) La Actividad de una sustancia radiactiva disminuye exponencialmente con el tiempo y consiste en la emisión de rayos alfa, beta o gamma Un Becquerel es la actividad de una sustancia que sufre una desintegración cada segundo.

Fuerzas nucleares FUERZA FUERTE FUERZA DÉBIL Responsable de las cohesión del núcleo, desintegraciones mantiene unidos a los Es más débil que la nucleones fuerte y la Es la interacción más electromagnética intensa -17 m De corto alcance 10 -15 m Actúa sobre leptones y Sólo actúa sobre hadrones

PARTICULAS ELEMENTALES

FAMILIA PARTÍCULA MASA CARGA SPIN INTERACCIÓN FOTÓN Fotón g 0 0 1 Electromagnéti ca LEPTONES Neutrinos Antineutrinos Electrón e. Positrón e+ Muón m+ 0 0 0, 511 Me. V 105, 7 Me. V 0 0 -1 +1 +1 ½ ½ ½ Electromagnéti ca y débil MESONES Piones p+ Piones p 0 K-ones K+ K-ones K 0 Anti K-ones K 0 139, 6 Me. V 135, 0 Me. V 494, 4 Me. V +1 0 0 0 0 Fuerte, débil y electromagnéti ca BARIONES Protones p Neutrones n Lambda l Sigma S+ Sigma S 0 938, 2 Me. V 939, 55 Me. V 1115, 4 Me. V 1189, 4 Me. V 1196 Me. V 1192, 3 Me. V +1 0 0 +1 -1 0 ½ ½ ½ Fuerte, débil y electromagnéti ca

IDEAS DE FIN