Química IV Materia y energía: Radiactividad

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1 Química IV Materia y energía: Radiactividad
Marisol Romero Licenciada en Ciencias, Biólogo Marino Magíster en Gestión y Planificación Ambiental c

2 Conceptos claves Radiactividad Isótopos Isóbaros Isótonos
Número másico Número atómico Partículas alfa, beta y gamma Vida Media

3 Energía Nuclear La energía nuclear o energía atómica es la energía que se libera espontánea o artificialmente en las reacciones nucleares. Sin embargo, este término engloba otro significado, el aprovechamiento de dicha energía para otros fines, tales como la obtención de energía eléctrica, térmica y mecánica a partir de reacciones atómicas, ya sea bien sea con fines pacíficos o bélicos. Así, es común referirse a la energía nuclear no solo como el resultado de una reacción sino como un concepto más amplio que incluye los conocimientos y técnicas que permiten la utilización de esta energía por parte del ser humano.

4 Antecedentes históricos “Familia radiactiva”

5 Wilhem Röentgen: 1895 Rayos X, Premio nobel de Física en 1901.
Experimento: Estudiaba las emisiones de luz en un tubo de descarga eléctrica. En la oscuridad del laboratorio observó que una muestra de una sal de Bario, que casualmente estaba situada frente al tubo brillante, brillaba con una extraña fluorescencia, que desaparecía al desconectar de la corriente. Comprobó que estos rayos, eran capaces de atravesar cuerpos opacos como el papel, la madera y láminas delgadas de aluminio; pero el plomo los detenía. Los rayos X se producen cuando en el interior de un tubo de descarga, los electrones de alta energía son frenados bruscamente por la colisión con un blanco metálico. A esa radiación electromagnética en longitud de onda le llamó Rayos X. Sin darse cuenta inventó las radiografías

6 Propiedades de los rayos X
1. Son radiaciones electromagnéticas. 2. Se propagan en línea recta a la velocidad de la luz. 3. Es imposible desviar su trayectoria mediante una lente o prisma, pero sí mediante una red cristalina (difracción de rayos). 4. Son radiaciones ionizantes (ionizan gases). 5. Pueden destruir células vivas. 6. Atraviesan la materia. El grado de penetración depende de su energía y la naturaleza del medio que atraviesan.

7 RADIACTIVIDAD Henry Becquerel 1896 Radiactividad, Premio Nobel de Física en 1903. Continúo con el estudio de los rayos X, e intentó excitar la fluorescencia de una muestra de Pechblenda, mineral que contiene uranio, mediante la radiación solar. Experimento: Guardó placas fotográficas con sales de Uranio en un cajón oscuro, descubrió que el mineral emitía radiación capaz de velar una placa fotográfica, ya que los días siguientes no hubo sol y dejó en un cajón la placa envuelta con papel negro y con la sal de Uranio encima y las placas estaban veladas y lo llamó “rayos uránicos”. La emisión de estas radiaciones es lo que hoy se conoce como radiactividad. Sin saberlo Becquerel había descubierto lo que Marie Curie llamaría más tarde radiactividad.

8 Marie & Pierre Curie Marie y Pierre Curie, descubrieron que la radioactividad era de naturaleza atómica y no molecular. Además a fines de 1897 comprobaron que los elementos Torio y Uranio eran radioactivos. Su trabajo de análisis químico sobre la Pechblenda, (un mineral de uranio), los condujo a encontrar dos nuevos elementos, el Polonio y el Radio. Finalmente en 1911 Marie Curie aísla el radio y obtiene su masa atómica, el descubrimiento le significa un segundo premio Nobel. El radio: La base para la terapia radiológica contra el cáncer. Los Curie identificaron tres radiaciones de intensidad y naturaleza diferente en sus estudios con el Radio. A estas emisiones les denominaron, alfa (α), beta (ß) y gamma (γ), sin embargo a la fecha se conocen otras dos formas anexas de emisión atómica (desintegraciones); éstas son, la captura electrónica y la emisión de positrones. La discípula de Becquerel, propone el término radiactividad para estas radiaciones espontáneas de partículas y energía. En 1903, Becquerel y los Curie compartieron el premio Nobel de Física y en 1911 Marie Curie obtuvo el de Química.

9 ERNEST. RUTHERFORD ( ) Físico británico. Fue uno de los primeros estudiantes becarios de la Universidad de Cambridge (Inglaterra), de la que llegó a ser director. 1902: Experimentando con elementos radiactivos demostró que la radiactividad genera transformaciones espontáneas y de este modo un elemento puede transformarse en otro. En colaboración con F. Soddy. Se dice que el joven Soddy, al comprobar que el Torio se convertía en gas radón por emisión de partículas alfa, dijo a Rutherford estas palabras: Señor, parece que se trata de una trasmutación, a lo que su maestro contestó: Hijo, no pronuncies esa palabra. Nos tomarán por alquimistas y pueden quemarnos por brujos.

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11 Características del átomo
1. Propiedades del Átomo El átomo ha sido la base del estudio para muchos científicos desde tiempos remotos, los que han generado diversas teorías en torno a sus constituyentes y propiedades, de las que sólo se mantiene la idea del átomo como una partícula muy pequeña. 1.1 Núcleo Atómico El átomo tiene un núcleo central en el cual se encuentran protones y neutrones, correspondientes a partículas positivas y negativas, respectivamente. Alrededor del núcleo hay una serie de anillos, llamados orbitas por las que giran las partículas con carga negativa denominadas electrones. El número de protones corresponde al número atómico (Z), mientras que el número másico (A) es la suma de protones y neutrones.

12 Se entiende por núclido o nucleido a todo átomo de un elemento que tiene una composición nuclear definida, es decir con un número de protones y neutrones definidos. Donde: E: Símbolo del elemento químico Z: Numero atómico,cuyo valor es único para un elemento. A: Numero de masa, es variable para un mismo elemento debido a la existencia de los isótopos. En todo núclido se cumple que: A > Z, con excepción del protio que no posee neutrones en su núcleo.

13 Términos en teoría atómica
NÚMERO ATÓMICO (Z) Es el número de protones que posee un átomo y es lo que identifica a un elemento. En un átomo neutro, la cantidad de protones es igual a la cantidad de electrones.

14 11Na : 19K : 17Cl : Nº Protones 11 Nº Electrones 11 Nº Protones 19

15 NÚMERO MÁSICO (A) El número másico es la suma de protones y neutrones.
En él se expresa la composición nuclear que determina la masa atómica. C 14 : Protones + Neutrones = 14 n0 = A - p+

16 Determinación de partículas atómicas
Protones Neutrones Electrones Protones Neutrones Electrones 12 10 Protones Neutrones Electrones 35 44 36 Protones Neutrones Electrones 8 10 Protones Neutrones Electrones 22 26

17 Pregunta P.S.U. 10. En un átomo neutro con 22 electrones y 26 neutrones, su número atómico y número másico son respectivamente. A) 22 y 26 B) 26 y 48 C) 26 y 22 D) 48 y 22 E) 22 y 48 E

18 Radiactividad La radiactividad es un fenómeno físico por el cual algunos cuerpos o elementos químicos, llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas fotográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, entre otros. Debido a esa capacidad, se les suele denominar radiaciones ionizantes. Las radiaciones emitidas pueden ser electromagnéticas, en forma de rayos X o rayos gamma, o bien corpusculares, como pueden ser núcleos de helio, electrones o positrones, protones u otras. En resumen, es un fenómeno que ocurre en los núcleos de ciertos elementos, inestables, que son capaces de transformarse, o decaer, espontáneamente, en núcleos atómicos de otros elementos más estables.

19 Definiciones Isótopos: Son los átomos de un mismo elemento que, en su núcleo, presentan igual número atómico, pero distinto número másico. “iso” que significa “igual” y de “topo” que significa “suelo, tierra”. La mayoría de los elementos químicos tienen dos o más isótopos naturales, aunque hay excepciones como el helio, que sólo tiene un tipo de átomos. Los isótopos pueden ser estables o inestables (radiactivos), además existen isótopos que han surgido producto de la investigación nuclear, son los denominados isótopos artificiales. Z = A  Ejemplo: O O O

20 ISÓBAROS Las especies químicas son distintas y los átomos presentan igual número másico y distinto número atómico. Z A = Ejemplo: C N ISÓTONOS Son átomos que presentan distinto número másico, distinto número atómico, pero tienen igual número de neutrones. B C

21 ISÓBAROS, ISÓTOPOS e ISÓTONOS
Identifique cuál (es) de las siguientes parejas son isóbaros, isótopos o isótonos. Isótopos Isóbaros Isótopos Isótonos Isóbaros

22 Pregunta P.S.U. 12. Un átomo posee 19 protones, 20 neutrones y 19 electrones. ¿Cuál de los siguientes átomos es su isótono? A) 19A21 B) 19B20 C) 18C38 D) 39D58 E) 20E39 C A ( Nº másico) = Z (Nº DE PROTONES) +NEUTRONES

23 ESTABILIDAD NUCLEAR El fenómeno de la radiactividad es estrictamente nuclear, técnicamente es la desintegración espontánea del núcleo. La estabilidad nuclear es el equilibrio entre las fuerzas de repulsión eléctrica y la fuerza atractiva nuclear, que experimentan los protones y neutrones del núcleo. La relación entre el número de protones (Z) y neutrones (n) es por lo tanto clave para la estabilidad del núcleo. Los núclidos que se encuentran a la izquierda de la curva de estabilidad, con un exceso de neutrones, se estabilizan mediante la emisión de partículas, convirtiendo un neutrón en un protón. Los núcleos más estables se localizan en una zona llamada cinturón de estabilidad. La mayoría de los núcleos radiactivos se encuentran fuera de este cinturón. Por arriba de este, los núcleos tienen una proporción neutrón/protón mayor que aquellos que se encuentran dentro del cinturón ( que tienen el mismo nº de prot). Para disminuir esta proporción ( y moverse al cinturón de estabilidad) estos núcleos experimentan la denominada emisión Beta, lo que lleva a un aumento de protones y una disminución de neutrones.

24 SERIE RADIACTIVA

25 Serie Radiactiva: Aproximadamente 80 de los elementos de la tabla periódica son estables, es decir, están formados a lo menos por un isótopo no radiactivo, incapaz de sufrir una desintegración nuclear; algunos ejemplos son el helio-4, carbono-12 y 13, oxígeno-16 y aproximadamente 260 núcleos más. Los núcleos radiactivos en cambio, pueden sufrir varias desintegraciones en sucesivas etapas, hasta lograr un núcleo estable. Así una serie de reacciones nucleares se llama serie radiactiva, la cual comienza con el núcleo radiactivo y termina con el núcleo estable. Es oportuno aclarar que el decaimiento del núcleo radiactivo, además, de emitir radiaciones α y β, éstas van acompañadas frecuentemente por radiaciones γ; como liberan energía, los procesos de desintegración nuclear son exotérmicos.

26 Serie Radiactiva Los materiales radiactivos naturales se pueden clasificar en tres categorías: Los radioisótopos primarios, que se llaman así por existir desde que se formó la Tierra, hace cinco mil millones de años, y son aquellos que tienen una vida media muy larga, quizás como la edad de la Tierra o más. El torio y el uranio se encuentran en cantidades variables tanto en el suelo como en las rocas. Cerca de los yacimientos de uranio y torio, la radiactividad se encuentra en concentraciones muy superiores a la normal. La mayoría de los radisótopos primarios proviene del uranio-238, el torio-232 y, finalmente, el uranio-235.

27 Vida media  Para referirse a la velocidad con que ocurren las desintegraciones nucleares utilizamos el concepto de vida media. Llamamos vida media de un elemento al tiempo que necesita la mitad de los átomos de una determinada muestra en sufrir una desintegración nuclear. La vida media del Ra-226 es de 1600 años. El símbolo de vida media es λ. Se ha comprobado que los isótopos de los elementos radiactivos presentan distintos grados de inestabilidad en el tiempo debido a que cada isótopo experimente una serie radiactiva particular. El caso de la serie radiactiva del uranio-238 consiste en un total de 14 etapas, es decir, 14 desintegraciones nucleares, hasta alcanzar un núcleo estable.

28 La variedad de isótopos radiactivos tienen vidas medias que pueden extenderse desde fracciones segundo hasta los minutos, horas o días,  y a través a los miles de millones de años. La radiactividad disminuye con el tiempo como los isótopos. Isótopo Vida media Desintegración Uranio-238 4.500 millones de años Alfa Carbono-14 5.570 años Beta Cobalto-60 5,3 años Gamma Radón-222 4 días Unnilquadio-105 32 segundos

29 Ejemplo: Bismuto para formar Talio
El elemento radioactivo bismuto (210Bi) puede experimentar disminución alpha para formar el elemento talio (206Th) con una reacción de vida media igual a 5 días. Si iniciamos un experimento comenzando con 100g de bismuto en un contenedor con la tapa cerrada, después de 5 días tendremos 50g de bismuto y 50g de talio en la jarra. Después de otros 5 días (10 desde el principio), la ½ del bismuto restante disminuirá y nos quedarán 25g de bismuto y 75g de talio en la jarra .

30 Masa atómica promedio: La mayoría de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isótopos. Podemos calcular la masa atómica promedio de un elemento, si sabemos la masa y también la abundancia relativa de cada isótopo. Ejemplo: El carbono natural es una mezcla de tres isótopos, 98,892% de 12C y 1,108% de 13C y una cantidad despreciable de 14C. Por lo tanto, la masa atómica promedio del carbono será: (% en fracción) x (A en fracción) + (% en fracción) x (A) = ? uma (0,98892) x (12 uma) + (0,01108) x (13,00335 uma) = 12,011 uma La masa atómica promedio de cada elemento se le conoce como peso atómico. Estos son los valores que se dan en las tablas periódicas.

31 Cuestionario 1. Los elementos Son ejemplos de A) isótopos.
B) isóbaros. C) isótonos. D) isoelectrónicos. E) isómeros. 2. Señale que tipo de protección utilizaría para detener la radiación gamma A) lamina de aluminio. B) hoja de papel. C) la piel. D) hormigón. E) agua 3. De las siguientes emisiones I) alfa. II) beta. III) gamma. ¿Cuál(es) provoca(n) transmutación? A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) I y II E) I, II y III 4. ¿Qué información se necesita para calcular la masa atómica promedio de un elemento? 5. El núcleo de un átomo de carbono que posee 6 protones y 8 neutrones, sufre una reacción nuclear dando origen al nitrógeno, de número atómico 7 y número másico 14 que es estable, en esta reacción se libera una partícula denominada A.  tritrio. B.  a C.  beta negativa. D.  positrones. E.  partículas alfa.

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34 Reacciones nucleares Los elementos (o sus isótopos) se interconvierten los unos en los otros. -Pueden implicarse protones, neutrones, electrones y otras partículas elementales. -Las reacciones van acompañadas por la absorción o liberación de enormes cantidades de energía. -Las velocidades de reacción generalmente no se ven afectadas por la temperatura, la presión o los catalizadores.

35 PROCESOS DE DESINTEGRACIÓN
RADIACION IONIZANTE Son radiaciones con energía necesaria para arrancar electrones de los átomos. Cuando un átomo queda con un exceso de carga eléctrica, ya sea positiva o negativa, se dice que se ha convertido en un ión (positivo o negativo). Son radiaciones ionizantes los rayos X, las radiaciones alfa, beta y gamma. Las radiaciones ionizantes pueden provocar reacciones y cambios químicos con el material con el cual interaccionan. Pueden romper enlaces químicos de las moléculas o generar cambios genéticos en células reproductoras PROCESOS DE DESINTEGRACIÓN Existen radiaciones de tipo natural y artificial. La primera se produce cuando un núcleo radiactivo espontáneamente emite energía debido a que se encuentra inestable (inestabilidad de masa o energía). En cambio en las radiaciones de tipo artificial primero se desestabiliza el núcleo, por impacto con partículas subatómicas o por colisiones con otros núcleos. La forma de representar estos tipos de reacciones es la siguiente: Emisión Espontánea: Radiactividad natural Emisión Artificial: Radiactividad artificial

36 Existen cinco tipos comunes de desintegraciones radiactivas
Emisión de partículas alfa (α ) Emisión de partículas beta (β ) Emisión de rayos gamma (γ ) Emisión de positrones (β +) Captura electrónica (CE)

37 EMISIÓN ALFA : Corresponde a partículas con carga positiva +2 y 4 unidades de masa atómica. Equivalente al átomo de helio eyectadas del núcleo de un átomo radiactivo. Características: Bajo poder de penetración, y gran capacidad ionizante, esto debido a que las partículas tienen masa y volumen relativamente altos, por lo que viajan a velocidades menores que las radiaciones, ocurre en general en átomos de elementos muy pesados Al emitir una partícula alfa, el átomo cambia la composición de su núcleo, y se transforma. Esto se conoce como transmutación de los elementos. Así por ejemplo, cuando el uranio 238 cuyo número atómico (Z = número de protones en el núcleo) es de 92, emite una partícula alfa, queda transmutado en un átomo de torio 234, cuyo número atómico es de 90.

38 Un ejemplo de desintegración beta es la del Torio-234
EMISIÓN BETA : Son partículas con carga negativa o positiva que viajan a gran velocidad. Se desvían frente a un campo electromagnético y son mucho más penetrantes que las radiaciones alfa. Las emisiones beta provienen del núcleo producto de la desintegración de un neutrón*. El átomo que queda de la desintegración aumenta en 1 su número atómico, pero mantiene su número de masa Un ejemplo de desintegración beta es la del Torio-234 Cuando un núcleo libera una partícula , su número atómico aumenta, mientras que su número másico no se ve afectado

39 Ejercicios Balancear las siguientes ecuaciones nucleares e identificar su producto

40 EMISIÓN GAMMA (γ ): Los rayos gamma se producen en la desexcitación de un nucleón. Corresponde a radiación electromagnética de alta energía ( similares a la luz) No poseen ni carga ni masa. La emisión gamma tiene lugar cuando un radioelemento existe en dos formas diferentes, los llamados isómeros nucleares, con el mismo número atómico y número másico pero distintas energías. No hay cambios en el número de protones y neutrones en el núcleo por lo tanto, no hay transmutación (cambio en la identidad de un átomo). La emisión de rayos gamma acompaña a la transición del isómero de mayor energía a la forma de menor energía. Son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos. Son detenidas solamente por capas grandes de hormigón, plomo o agua. No hay átomos radiactivos emisores puros, algunos : Tecnecio 99, utilizado en Medicina Nuclear, y el Cesio 137, que se usa sobre todo para la calibración de los instrumentos de medición de radiactividad. Un ejemplo de esta isomería es el isótopo protactinio 234, que existe en dos estados de energía diferentes, y en el que la emisión de rayos gamma indica la transición de uno al otro.

41 EMISION DE POSITRONES La emisión de positrones se produce cuando un protón del núcleo se transforma en un neutrón emitiendo una partícula denominada positrón (β + ). Se producen en numerosos procesos radioquímicos como parte de transformaciones nucleares. Cuando un positrón choca con un electrón, ambos desaparecen y se emiten dos fotones de radiación gamma en un proceso llamado de aniquilación. Los positrones se consideran antimateria debido a que al encontrarse con su contraparte (electrones) se destruyen.

42 CAPTURA ELECTRÓNICA (CE)
Se produce captura electrónica cuando un electrón proveniente de las capas más internas del átomo cae dentro del núcleo con lo cual un protón se transforma en neutrón. Esto provoca una disminución en el número atómico, pero se mantiene constante el número de masa.

43 TIPOS DE RADIACION: ALFA BETA GAMA
Son flujos de partículas cargadas positivamente compuestas por dos neutrones y dos protones. Resultan de la desintegración de los neutrones del núcleo. Al no tener carga, los campos eléctricos y magnéticos no la afectan.

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45 RADIOACTIVIDAD NATURAL ARTIFICIAL

46 Radiactividad Natural
Anteriormente revisamos las reacciones nucleares en las cuales un núcleo se desintegra espontáneamente liberando emisiones radiactivas y transformándose en un núcleo diferente, es decir, el proceso que llamamos radiactividad natural. Los núcleos que están fuera del cinturón de estabilidad y los que tienen más de 83 protones tienenden a ser inestables La radiactividad natural emite tres radiaciones que se conocen como radiaciones alfa, beta y gamma.

47 Radiactividad Inducida.
Hay formas artificiales de cambiar la identidad de un núcleo, por ejemplo, bombardear un núcleo (42 He) a gran velocidad con partículas subatómicas radiactividad inducida. La radiactividad inducida tiene entonces 4 elementos: Núcleo objetivo , partícula que bombardea, núcleo producto y partícula expulsada. Fue descubierta por los esposos Jean Frédéric Joliot-Curie e Irène Joliot-Curie, bombardeando núcleos de Boro y Aluminio con partículas alfa.

48 En el interior de un núcleo actúan 2 fuerzas: la repulsión eléctrica, que tiende a separare los protones, y la fuerza nuclear, responsable de mantener los neutrones y protones unidos. Para romper un núcleo es necesario vencer la fuerza nuclear, mientras que para agregarle más protones o neutrones se requiere superar la fuerza eléctrica. Ambos procesos son reacciones nucleares que liberan gran cantidad de energía. Básicamente, hay 2 tipos de reacciones nucleares: fisión nuclear y fusión nuclear

49 TRANSMUTACION Ocurre como consecuencia del proceso de fisión.
La transmutación ocurre de elementos de peso atómico inferior hasta que su núcleo se vuelve estable. Ocurre como consecuencia del proceso de fusión. La transmutación ocurre en elementos de mayor peso atómico hasta volverse estable.

50 Tipos de Transmutación
Transmutación por radiaciones alfa Transmutación por radiaciones beta Transmutación por radiaciones gamma

51 Transmutación por radiaciones α
La partícula alfa, contiene 2 protones y 2 neutrones, siendo similar al núcleo del He. Cuando un átomo emite ésta partícula, su masa atómica disminuye 4 unidades. Así, la transmutación será en un elemento 2 unidades más pequeño. Transmutación por radiaciones β Corresponde a la transmutación de un neutrón, al cual le sigue la emisión de un electrón del núcleo del átomo. La masa del átomo no cambia, pero su número atómico si.

52 Transmutaciones por radiaciones γ
Emisión de energía electromagnética de un núcleo de un átomo. No se emite ninguna partícula, por lo que NO HAY TRANSMUTACIÓN. La radiación gamma es liberada simultáneamente con alfa y beta.

53 “FISIÓN NUCLEAR”

54 En 1939 los químicos alemanes OTTO HAN y FRITZ STRASSMAN consiguieron dividir por primera vez un núcleo, lo que con el tiempo se denomino fisión nuclear. Fisión Nuclear: PROCESO EN EL QUE LOS NUCLEOS CON ALTO NUMERO MASICO SE DIVIDEN PARA DAR ORIGEN A DOS O MAS NUCLEOS CON NUMEROS MASICOS MENORES, MAS ESTABLES, CON MAYOR ENERGÍA DE ENLACE Y EN EL PROCESO SE PRODUCE ENERGIA. En la fisión nuclear  el núcleo fisionable es impactado por un neutrón, partiéndose en dos núcleos más pequeños, los cuales son desprendidos a altas velocidades.

55 Si este proceso continua, ocurre una reacción en cadena, la cual de no ser controlada, puede ocasionar una gigantesca explosión. Sin embargo, la reacción en cadena solo es posible cuando se tiene una cantidad mínima de núcleos fisionables, llamada masa crítica, es decir, una determinada y suficiente cantidad de átomos fisionables capaces de sostener la reacción en cadena. Los procesos de fisión nuclear se llevan a cabo en los reactores nucleares, grandes construcciones diseñadas para transformar la energía nuclear en otras formas energéticas, como la energía eléctrica. FF: FRAGMENTOS N: NEUTRONES QUE SE ORIGINAN EN LA FISION

56 Los procesos de fisión nuclear se llevan a cabo en los reactores nucleares, grandes construcciones diseñadas para transformar la energía nuclear en otras formas energéticas, como la energía eléctrica. Reactor Nuclear (Lo Aguirre ) Experimental RECH-2

57 UTILIDAD DESAFORTUNADAMENTE PARA LA HISTORIA , UNA DE LAS PRIMERAS APLICACIONES QUE SE LE DIO A LA FISION NUCLEAR FUE PARA FINES BELICOS. 6 AGOSTO 1945:Estados Unidos hizo explotar la 1° bomba atómica sobre Japón en Hiroshima. 9 AGOSTO 1945: 2° bomba atómica lanzada en Nagasaki.

58 FISIÓN NUCLEAR FUSIÓN NUCLEAR
UN NUCLEO PESADO ES DIVIDIDO GENERALMENTE EN 2 NUCLEOSMAS LIGEROS DEBIDO A LA COLISION DE UN NEUTRON ,COMO EL NEUTRON NO TIENE CARGA ELECTRICA ATRAVIESA EL NUCLEO, AL DIVIDIRSE ESTE, LIBERA MAS NEUTRONES QUE COLISIONAN CON OTROS ATOMOS CREANDO LA REACCION EN CADENA PELIGRO DE RADIOACTIVIDAD ( RIESGOS DE SALUD),FUENTE DE CONTAMINACION REQUIERE DE UNA MATERIA PRIMA DE COSTOSA EXTRACCION (URANIO) FUSIÓN NUCLEAR UNION DE DOS O MAS NUCLEOS LIGEROS EN UNO MAS PESADO, OBTENIENDOSE DEL ORDEN DE 4 VECES MAS ENERGIA QUE EN LA FISION. NO HAY PELIGRO (NO CONTAMINA TANTO) NO (ISOTOPOS DE HIDROGENO:DEUTERIO,TRITIO) AL IGUAL QUE EN LA FUSION NUCLEAR, LA FISION EMITE UNA GRAN CANTIDAD DE ENERGIA, QUE PUEDE SER APROVECHADA PARA CALENTAR AGUA U OTRO FLUIDO Y UTILIZADA PARA GENERAR ENERGIA ELECTRICA.

59 “ FUSIÓN NUCLEAR ” Estas reacciones corresponden a la fusión nuclear  y son el origen de la energía que produce el sol. La fusión parece ser una fuente de energía bastante prometedora a causa de la disponibilidad de isótopos ligeros y porque el proceso no elimina desechos radiactivos, es decir, no constituye una amenaza para el ambiente. Actualmente, para generar energía no se ha empleado este método porque no se han conseguido las temperaturas requeridas para obtener una fusión controlada, y por tanto, una liberación de energía también controlada.

60 Fusión nuclear Cuando núcleos muy ligeros se fusionan para formar núcleos más estables, se generan cantidades inmensas de energía La fusión se suele conseguir por la unión del tritio y el deuterio para formar una partícula X (alfa) logrando el calor necesario. En la fusión se hacen chocar los átomos de hidrógeno, que se unen para dar átomos de otro elemento mas pesado, el helio, que es lo que sucede con el sol y las demás estrellas, las cuales proceden de la fusión y en las que parte de la masa se transforma en energía.

61 Requisitos de la reacción de fusión.
Vencer la repulsión electrostática entre dos núcleos igualmente cargados; ya que ésta hace que los núcleos se repelen. Confinar los átomos en un campo magnético y mantenerlos a una temperatura más alta que la del centro del sol (varios millones de grados) y su velocidad sufre un incremento espectacular con la temperatura. Estas reacciones se llaman por lo tanto, reacciones termonucleares. “Termonuclear” quiere decir, que los núcleos tienen un rango de energía característico para cada temperatura, lo que es importante al facilitar las reacciones de fusión rápidas mediante un incremento de la temperatura.

62 Ventajas de la fusión nuclear
Proporciona mas energía que la fisión nuclear. Fuente inagotable, ya que se basa en el agua, un recurso abundante, barato y limpio No requiere de una materia prima de difícil y costosa extracción. La fusión no contamina, o al menos, no tanto como la fisión, no existiendo peligro de radioactividad.

63 Desventajas de la fusión nuclear
Requiere de una energía de activación muy elevada en comparación con la fisión nuclear inducida por neutrones ( millones de grados) Para generar electricidad mediante reacciones de fusión nuclear es necesario fabricar equipos especiales que puedan mantener temperaturas muy elevadas durante un tiempo grande para que se produzca la fusión nuclear y producir la energía.

64 Reactor de fusión Tokamak
Dispositivo utilizado para conseguir la fusión de los núcleos de un gas. Para que la fusión se produzca, el gas ha de alcanzar temperaturas de millones de grados que ningún recipiente podría resistir; por eso se utilizan campos magnéticos; este campo comprime el plasma y lo obliga a mantenerse en el centro del toro. La temperatura y la presión elevada obligan a los átomos a fusionarse liberando una extraordinaria cantidad de energía.

65 Armas termonucleares o de fusión
Las bombas de fusión nuclear se llaman bombas de hidrógeno o bomba H. Bomba H: Se basa en la fusión nuclear. Su combustible es el hidrógeno y el helio. Para que haga explosión es necesario someterla a temperatura de varios millones de grados. Se denoto por primera vez en 1952, siendo mas potente que la bomba de fisión o bomba atómica.

66 La Bomba atómica y la radiación.

67 ¿Cómo nos afecta la radiación
¿Cómo nos afecta la radiación? Como sabemos, recibimos un bombardeo constante de radiación de fuentes naturales y artificiales, la llamada radiación de fondo . Las distintas energías de estas clases de radiación son importantes para entender sus efectos sobre la materia. Esto significa que las emisiones radiactivas tienen la potencia suficiente para golpear y liberar electrones de los átomos y generar iones cuando chocan con materia neutra, por ejemplo, la materia que compone tu cuerpo. En otros términos, la radiación provoca excitación o ionización de la materia. Se produce excitación cuando la radiación absorbida excita los electrones constituyentes de los átomos o moléculas que conforman la materia y los mueven a estados de mayor energía. Ocurre ionización cuando la radiación arranca un electrón de una molécula o átomo, formándose un ion. A esta radiación se le llama ionizante. Debido a que tiene una mayor frecuencia y menor longitud de onda, la radiación ionizante es dañina para la salud de los seres vivos. La radiación gama, los rayos X y la luz UV de alta energía son ionizantes. Casi todos los tejidos vivos contienen al menos 70% de agua en masa. Cuando la radiación ionizante pasa a través de un tejido vivo, se eliminan electrones de las moléculas de agua, con lo que se forman iones H2O+. A su vez, estos pueden reaccionar con otras moléculas de agua para producir iones hidronio H3O+ y un radical libre OH-. El radical libre OH es una molécula inestable y muy reactiva y tiene la capacidad de atacar una multitud de biomoléculas circundantes para producir nuevos radicales libres, que a su vez, atacan más biomoléculas al interior de las células, perturbando sus funciones vitales. Este tipo de radiaciones pueden provocar daños en macromoléculas como el ADN, los daños pueden ser agudos y casi inmediatos, como quemaduras de la piel, hemorragias, diarreas, infecciones o muerte; pero también existen efectos tardíos como los cánceres y los efectos en las generaciones siguientes del individuo irradiado.

68 Dosis de radiación: Los científicos han fijado normas de exposición a la radiación que establecen relaciones entre dosis y la duración de la exposición a la radiación y los efectos biológicos. Para medir la energía de una cantidad dada de radiación se utilizan varias unidades. La unidad SI de dosis absorbida es el gray (Gy) que corresponde a la absorción de 1J (joule) de energía por kilogramo de tejido. El rad es la unidad de uso más frecuente en medicina, donde 1 Gy = 100 rad. Los efectos de la radiación varían según el tipo de radiación. Para expresar el daño biológico en términos de la cantidad real de radiación absorbida, se utilizan el rem y el sievert (Sv), donde 1 Sv = 100 rem. La radiación ionizante de fondo proveniente de fuentes naturales representa una dosis de unos 0,003 Sv por año para cada persona. Es recomendable que la exposición total a fuentes artificiales de radiación se limite a 0,005 Sv por año.

69 Armas nucleares:   Sin lugar a dudas, una de las aplicaciones científicas más nefastas en la historia de la humanidad ha sido el uso de la fisión nuclear con fines militares y concretamente como armas de exterminio masivo. Recordemos que un kilotón (Kt) equivale a mil toneladas de TNT y que un megatón, es un millón de toneladas de TNT. La bomba, llamada bomba A lanzada en Hiroshima y Nagasaki, tenía un poder destructivo equivalente a 12 Kt.

70 En la actualidad se identifican 3 clases principales de armas nucleares.
- Bombas A: Se basan en la fisión nuclear y usan como combustible el uranio, plutonio y polonio y mezcla de ellos. Hoy, bombas A están instaladas en unos cohetes llamados misiles. - Bombas H: Se basan en la fusión nuclear y el combustible es el hidrógeno y el helio. Para hacerla explosionar es necesario someterla a temperaturas de varios millones grados Celsius. Esto se consigue haciendo explotar previamente una bomba A, que genera altas temperaturas haciendo posible la fusión del H y He junto con la liberación de energía. - Bombas de neutrones: Es un caso modificado de la bomba H. Su funcionamiento se basa en reducir la onda expansiva, pero con una gran cantidad de partículas emitidas con niveles energéticos muy altos, y por tanto, con gran capacidad de penetración, provocando daños irreparables en las personas, sin destruir el entorno.

71 ¿Cuales fueron los efectos bomba atómica?
Fallecimiento de manera instantánea Después de la explosión nuclear especies como las cucarachas, moscas y ratas serian los grandes sobrevivientes a corto plazo. Antecedentes históricos Estados unidos arrojó la primera bomba atómica el 6 de agosto de 1945 en la ciudad japonesa Hiroshima. La explosión arraso con 10 km. cuadrados de la ciudad. Acabo con la vida de personas. El 9 de agosto de 1945 tres días después de la destrucción de Hiroshima un avión de las fuerzas aéreas estadounidenses lanzo una bomba atómica. La ciudad quedo destruida y mas de personas muriero

72 Fotos de las consecuencias de la “BOMBA ATOMICA”

73 Algunos usos Reactores nucleares, energía de fisión   Una de las aplicaciones pacíficas de la fisión nuclear es la generación de electricidad utilizando el calor producido por una reacción en cadena, controlada en un reactor nuclear. El reactor nuclear es un sistema construido para controlar la energía que se produce en la reacción en cadena y que impide el aumento indefinido de las fisiones. Consiste básicamente, en una vasija en cuyo interior se deposita el combustible nuclear, que puede ser U- 235 o plutonio- 239.

74 Llamamos central nuclear al complejo del reactor conectado al sistema de generación eléctrica. Es una instalación física donde se produce, mantiene y controla una reacción nuclear en cadena. La energía obtenida en una central es enorme en comparación a una termoeléctrica (1gr de uranio = 2500 Kg de carbón). 1. Núcleo 5. Vasija 9. Condensador 2. Barras de control 6. Turbina 10. Agua de refrigeración 3. Generador de vapor 7. Alternador 11. Contención de hormigón 4. Presionador 8. Bomba

75 Los componentes principales de un reactor son
Un material moderador, usualmente agua, que sirve para desacelerar los neutrones producidos en el proceso de fisión. Barras de control, elaboradas con cadmio o boro, que absorben los neutrones. Sin estas barras de control el calor generado derretiría el corazón del reactor, liberando materiales radiactivos al ambiente. Un sistema de enfriamiento que absorbe el calor producido por la fisión nuclear y lo transfiere fuera del corazón del reactor, transportándolo hacia un sistema donde se produce suficiente vapor de agua para hacer funcionar un generador eléctrico. Un sistema de blindaje que evita la fuga de radiaciones al exterior del reactor.

76 Aplicaciones MEDICINA NUCLEAR

77 INTRODUCCION Medicina nuclear, especialidad médica que utiliza sustancias radiactivas o radiofármacos, combinadas con técnicas de imagen que permiten diagnosticar y tratar lesiones, como las deportivas, o enfermedades, como las cardiacas, el cáncer o la enfermedad de Alzheimer. Cuando se usan las técnicas nucleares para establecer un diagnóstico, se pueden visualizar funciones corporales en el momento en que éstas se producen.

78 Usos médicos de la radiación
El uso de la radiación en medicina puede ser con propósitos de diagnóstico (rayos X o exámenes de medicina nuclear) y para el, que hacen uso de radioisótopos como el cobalto – 60. tratamiento de enfermedades como el cáncer Estas prácticas no constituyen un problema ambiental pero sí lo que queda después de su uso (en hospitales y clínicas). El empleo de radiofármacos que tiene una vida media discreta permite estudiar los órganos y tejidos sin alterarlos. La técnica consiste en dar el radiofármaco al paciente en dosis pequeñas, ya sea por inyección intravenosa, ingestión oral o inhalación, y, a través de un dispositivo de detección, seguir el recorrido del radiofármaco hasta que se concentre en un tejido u órgano.

79 DIAGNÓSTICO Al nivel más básico, la técnica nuclear permite examinar las reacciones químicas que tienen lugar en el cuerpo humano. Para producir una imagen, al paciente se le administra una sustancia radiactiva que es atraída químicamente hasta el lugar del problema. Una vez que la sustancia ha llegado a su punto de destino, produce una emisión que se transforma en una imagen visible mediante el uso de un detector o un escáner.

80 La imagen resultante proporciona un cuadro de la estructura y función del lugar elegido.
Ese proceso no resulta peligroso para el paciente, pues la sustancia contiene sólo cantidades ínfimas de radiactividad, que se desintegran rápidamente en el cuerpo. Las pruebas diagnósticas suelen realizarse dentro del cuerpo del paciente o in vivo. En algunos casos, se utilizan técnicas de la medicina nuclear para analizar muestras de sangre u orina en el laboratorio o in vitro.

81 TRATAMIENTO Como tratamiento, se administra una elevada dosis de una sustancia radiactiva para matar células enfermas. En muchos pacientes con cáncer, la terapia de radiación se utiliza para matar el tejido maligno. Los investigadores están trabajando en nuevas aplicaciones, incluyendo la utilización de radiofármacos para despejar arterias dañadas después de una operación de cirugía en el corazón, y para extirpar sin dolor tejido inflamado de las articulaciones artríticas.

82 VENTAJAS En el área del diagnóstico, la ventaja de la medicina nuclear es que no es invasiva, y permite detectar anomalías difíciles o imposibles de percibir con otras técnicas. Favorece por tanto el diagnóstico precoz, y en consecuencia, la mayor rapidez en el tratamiento de la enfermedad. En el área terapéutica, el gran aporte de la medicina nuclear es el tratamiento selectivo y directo de tumores, mediante sustancias que van directamente al órgano enfermo.

83 Los radioisótopos al servicio de la humanidad: En el transcurso de los procesos efectuados en los reactores nucleares se obtienen isótopos radiactivos que se emplean en innumerables ámbitos. - Mejorar los cultivos de plantas alimenticias - Preservar los alimentos y madera - Esterilizar instrumental médico - Estudios de contaminación ambiental - El control de procesos industriales - El estudio de recursos hídricos - Combatir plagas - Diagnóstico médico - Producir radio fármacos - Terapia médica, etc.

84 Aplicaciones de las reacciones nucleares
En la industria: Control de producción, generación de corriente eléctrica, conservación de alimentos, esterilización de instrumentos quirúrgicos. En química: Uso de trazadores para determinar vestigios (éste último muy utilizado en ciencia espacial, geología, ecología, etc). En la agricultura: en trazadores para estudiar como absorben los vegetales a los fertilizantes, insecticidas y otros productos En Arqueología: La importancia que tiene para un país como Chile, en cuyo norte se conserva el pasado con características únicas en el mundo en relación al grado de conservación, así como también la reconstrucción del patrimonio histórico. Los fenómenos radiactivos se utilizan en muchas ramas de la ciencia siendo la química, la física y la medicina, las con mayor potencial de aplicación. Los isótopos radioactivos se utilizan en la medicina nuclear, principalmente en las imágenes médicas, para estudiar el modo de acción de los medicamentos, entender el funcionamiento del cerebro, detectar una anomalía cardiaca, descubrir las metástasis cancerosas, entre otras.