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CURSO BÁSICO DE METODOLOGÍA DE RADIOISÓTOPOS Centro de Investigaciones Nucleares (CIN) – Facultad de Ciencias.

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Presentación del tema: "CURSO BÁSICO DE METODOLOGÍA DE RADIOISÓTOPOS Centro de Investigaciones Nucleares (CIN) – Facultad de Ciencias."— Transcripción de la presentación:

1 CURSO BÁSICO DE METODOLOGÍA DE RADIOISÓTOPOS Centro de Investigaciones Nucleares (CIN) – Facultad de Ciencias

2 NÚCLEO ATÓMICO

3 Es la parte del átomo que contiene toda la carga positiva y la mayoría de la masa. Ocupa una región muy pequeña dentro del átomo ya que el radio nuclear ~ 10 –15 m mientras que el radio atómico ~ 10 –10 m. Fue descubierto por Rutherford en 1911 mediante experimentos de bombardeo.

4 ¿CÓMO ESTÁ FORMADO? Las partículas básicas que constituyen el núcleo son protones y neutrones. La cantidad de protones (Z) define al elemento y es igual a la cantidad de electrones en el átomo neutro. Cantidad de neutrones (N) + cantidad de protones (Z) = número de nucleones (A).

5 La distribución de los nucleones dentro del núcleo determina la energía de éste. Existe un estado fundamental nuclear y estados excitados. La desexcitación del núcleo va acompañada, al igual que la de los electrones, por la emisión de radiación electromagnética (radiación ). ENERGÍA DEL NÚCLEO

6 ¿QUÉ ES UN NUCLEIDO? Es un tipo de átomo con un número definido de protones y neutrones, distribuidos con un determinado orden dentro del núcleo. Es la unidad en Radioquímica, así como el elemento es la unidad en Química. Se conocen hasta el momento unos 117 elementos y mas de 2000 nucleidos.

7 Sólo 275 son estables; el resto son radiactivos. Se definen distintas categorías de nucleidos: Isótopos isótonos isóbaros isómeros 1 H - 2 H; 12 C - 14 C 32 S - 35 S P Ne S N = Ni Cu Zn 137m 56 Ba Ba

8 RADIO NUCLEAR

9 Para todos los núcleos se cumple la ecuación empírica: R = roA 1/3 (ro = 1.1 – 1.6 x m) Su densidad es, por lo tanto, constante y vale aproximadamente 1.2 x g/cm 3. V A y como M A

10 Los nucleones se encuentran densamente empacados y el volumen total del núcleo es la suma del volumen de los nucleones. CONCLUSIONES En núcleos con Z>1 se genera una importante fuerza de repulsión electrostática. Para que el núcleo sea estable debe existir una fuerza atractiva intensa que supere dicha repulsión: LA FUERZA NUCLEAR.

11 PROPIEDADES DE LAS FUERZAS NUCLEARES Son fuerzas atractivas entre los nucleones. Son de rango muy corto (~2x cm). Son extremadamente intensas (100 veces mayores que las electromagnéticas y veces superiores a la gravedad). Son independientes de la carga.

12 Se producen por intercambio de partículas virtuales. Las partículas virtuales no existen dentro del núcleo, sino que tienen una vida muy breve determinada por el principio de incertidumbre de Heisemberg. E x t < h/2

13 ESTABILIDAD NUCLEAR El núcleo es intrínsecamente inestable debido a la repulsión electrostática entre los protones. El balance repulsión-atracción determina si un nucleido es estable o radiactivo. La relación entre N y Z es de fundamental importancia en dicho balance.

14 RELACION N/Z Y ESTABILIDAD NUCLEAR

15 Cada elemento puede tener varios nucleidos estables. Estos nucleidos constituyen el cinturón de estabilidad. Estudiando la relación N/Z de los nucleidos estables vemos que: Si Z < 20 N/Z 1 Ejemplos: Nitrógeno 14 7 N (N/ Z = 1) 15 7 N (N/ Z = 1.14) Sodio Na (N/ Z = 1.09)

16 Si 20 < Z < 83 1 < N/Z < 1.5 Si Z > 83 ningún nucleido es estable Los nucleidos que caen fuera del cinturón de estabilidad sufren transformaciones que dan al lugar al fenómeno de radiactividad Co (N/ Z =1.18) Ejemplos: Cobalto Estaño Sn (N/ Z = ) Bismuto Bi (N/ Z =1.52)

17 ¿ POR QUÉ LOS NUCLEOS INESTABLES NO SE SEPARAN EN SUS NUCLEONES? El camino por el cual el núcleo libera su exceso de energía será el energéticamente más favorable. Aún para los nucleidos radiactivos la existencia del núcleo como tal es más favorable que la separación en los nucleones que lo constituyen.

18 La teoría de la relatividad establece que la masa es una forma de energía y la teoría de conservación de la energía se extiende a la suma de ambas magnitudes. El equivalente entre masa y energía está dado por E = mc 2. Se cumple que E (MeV) = m (umas) x 931.5

19 Esa diferencia se denomina defecto de masa y es equivalente a la cantidad de energía que el núcleo gasta en mantener juntos a sus nucleones ( energía de ligadura). La masa de un átomo es siempre menor que la suma de las masas de las partículas que lo constituyen. ESTABILIDAD DEL NÚCLEO La energía de ligadura/nucleón es una medida de la estabilidad del núcleo.

20 C m 12 C = 6 x (m p + m n + m e ) = umas. E l 12 C = MeV E l /nucleón 12 C = 7.68 MeV/nucleón EJEMPLOS C m 14 C = 6 x (m p + m e )+ 8 x + m n – = umas. E l 14 C = MeV E l /nucleón 14 C = 7.52 MeV/nucleón

21 ENERGIA DE LIGADURA POR NUCLEON vs A PARA NUCLEIDOS DE A<11

22 La El/A de los nucleidos aumenta al aumentar el número de nucleones. La El/A de los nucleidos con Z y N par es más alta que la de sus vecinos. OBSERVACIONES CONCLUSIONES La fusión de 2 núcleos livianos para dar un núcleo mayor es un proceso que libera energía. Existen números mágicos de nucleones que favorecen la estabilidad del núcleo. Este es un argumento a favor del modelo de capas para la estructura nuclear.

23 ENERGIA DE LIGADURA POR NUCLEON vs A PARA NUCLEIDOS DE A>11

24 OBSERVACIONES La El/A presenta un máximo para A ~ 60. En esa zona se encuentran los nucleidos más abundantes en la corteza terrestre. La El/A disminuye hacia ambos lados de dicho máximo. CONCLUSIONES Los nucleidos más abundantes son los más estables. Su mayor El/A es un reflejo de esa estabilidad. La fisión de 1 núcleo pesado para dar 2 núcleos menores pero de mayor El/A es un proceso que libera energía.

25 PARTÍCULAS SUBATÓMICAS El avance de la Ciencia Nuclear experimental permitió determinar que existen más de 100 tipos diferentes de partículas subatómicas. Cada uno de ellos se caracteriza por propiedades como masa, carga, spin y momento magnético total y tipo de fuerza que expeimentan. Cada partícula tiene su antipartícula. Partícula y antipartícula experimentan el fenómeno de aniquilación.

26 Algunas de ellas son elementales (sin estructura), otras en cambio están constituídas por unión de otras. Las partículas elementales son de 3 tipos: quarks, leptones y bosones. Los nucleones no son partículas elementales sino que están compuestas por combinación de quarks.

27 Fuerza Rango Intensidad Partícula a m Carrier Gravedad Infinito Gravitón Electromag- Infinito Fotón netismo Fuerza débil < m Bosones Fuerza fuerte < m 1 Gluón

28 Son las partículas elementales que experimentan la interacción fuerte. Existen 6 tipos de quarks y otros tantos antiquarks No se encuentran aisladas, sino formando grupos de 3 quarks, 3 antiquarks o 1 quark + 1 antiquark. Presentan carga eléctrica fraccionaria: -1/3 e ó + 2/3 e. QUARKS

29 Nombre Símbolo Masa en reposo Carga (MeV/c 2 ) Up u 310 2/3 Down d /3 Charm c /3 Strange s /3 Top/Truth t > /3 Botton/beauty b /3 CLASIFICACION DE LOS QUARKS

30 LOS HADRONES Los mesones están formados por un quark up y un anti down. Son partículas compuestas formadas por quarks. Se dividen en bariones, formados por tres quarks o tres antiquarks, y mesones compuestos por un quark y un antiquark. Los protones (u,u,d) y neutrones (u,d,d) son bariones. La fuerza fuerte mantiene unidos a los quarks. La fuerza nuclear se debe en realidad a la atracción residual entre los quarks que forman los nucleones.

31 Existen 6 leptones, 3 cargados negativamente y 3 neutros, junto con sus correspondientes antipartículas: Los leptones negativos incluyen al electrón, partícula y partícula. Los leptones neutros incluyen al neutrino electrónico, neutrino muónico y neutrino tauónico. LOS LEPTONES Son las partículas elementales que experimentan la fuerza débil. Se encuentran aisladas.

32 Son las partículas portadoras de fuerza. LOS BOSONES Incluyen a los fotones, los gluones, los bosones W +, W - y Z y a los gravitones (aun no descubiertos). Son partículas virtuales

33 MODELO STANDARD La materia está constituída solamente por 6 quarks, 6 leptones y 6 bosones. La materia estable que nos rodea es aun mas simple, ya que está formada exclusivamente por los 2 quarks mas livianos (u y d) y los electrones. Divide a quarks y leptones en 3 familias de acuerdo con su masa.

34 Primer familia - Formada por los quarks y leptones mas livianos: quarks up y down y electrones y neutrinos electrónicos, ademas de sus antipartículas correspondientes. Tercera familia - Formada por los quarks y leptones más pesados: quarks top y botton, partículas y neutrinos tauónicos, ademas de sus antipartículas correspondientes. Segunda familia - Formada por los quarks y leptones de masa intermedia: quarks charm y strange, partículas y neutrinos muónicos, ademas de sus antipartículas correspondientes.

35 ¿FIN DE LA BUSQUEDA DE LO MÁS SIMPLE?


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