La descarga está en progreso. Por favor, espere

La descarga está en progreso. Por favor, espere

Conceptos de Física Nuclear Ing. Jorge O. Odetto.

Presentaciones similares


Presentación del tema: "Conceptos de Física Nuclear Ing. Jorge O. Odetto."— Transcripción de la presentación:

1 Conceptos de Física Nuclear Ing. Jorge O. Odetto

2 Ya en los siglos VI y V a. C. los filósofos griegos sostenían que la materia estaba constituida por pequeñas partículas indestructibles a las que llamaron átomos. Dalton los define como partículas muy pequeñas, indivisibles e indestructibles. Modelo atómico De Dalton (1776–1844) 1803

3 Modelo atómico De Thompson (1856–1940) 1897 Demostró la existencia de los electrones, cargados negativamente. Los supuso colocados dentro de una distribución uniforme de carga positiva, la cual ocupa una esfera cuyo radio sería de unos cm. _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _

4 Modelo atómico De Rutherford (1871–1937) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Con sus discípulos, Geiger y Marsden, bombardearon láminas muy delgadas de oro con un haz de partículas alfa. Comprobando que, la mayoría de las partículas la atravesaban sin desviarse, algunas se desviaban un poco y unas pocas rebotaban. Concluyeron que los átomos estaban constituidos por un núcleo pequeño de carga positiva rodeado de un espacio vacío mucho mayor con cargas negativas. _

5 Modelo atómico De Bohr ( ) 1913 Combinó la teoría cuántica de Planck con el modelo atómico de Rutherford. Estableció un núcleo muy pequeño en el centro con cargas positivas, rodeado por los electrones distribuidos en orbitas o niveles de energía.

6 Modelo atómico De la mecánica cuántica 1950 Sostiene que los electrones son partículas muy pequeñas (cuánticas). No es posible determinar exactamente su posición y velocidad. Se puede encontrar una probabilidad de ubicarlo en una dada región de la órbita, por lo que se los representa como una especie de nube alrededor del núcleo.

7 Representación mas usual de un átomo

8 Número Atómico – Número Másico Número Atómico : Es el número de protones ( Z ) que tiene el núcleo. Ej. : Uranio Z= 92 Número Másico : Es la suma de los protones y ( A ) de los neutrónes que tiene el núcleo. Ej. : Iodo I-131 (Z= 53) 53 protones y 78 neutrónes = 131

9 Nucleidos Símbolo : H AZAZ Ej. : Calcio 40 Ca 40 20

10 Es el mas liviano de todos los elementos. Esta formado por un protón (núcleo) El hidrógeno y un electrón N 0 atómico Z = 1 (1 protones ) N 0 másico A = 1 (1 protones )

11 N o Atómico (no varía) N o de Masa (aumenta) ISÓTOPOS El hidrógeno H1 (hidrógeno) Z = 1 A = 1 (1 protón) H2 (deuterio) Z = 1 A = 2 (1 protón + 1 neutro) H3 (tritio) Z = 1 A = 3 (1 protón + 2 neutro)

12 En estado natural el uranio está compuesto por el 238 (97,3%), el 235 (0.7%) y el 234 (0.005%) Artificialmente se pueden obtener 13 isótopos mas, del 226 al 242 (no se forma el 241 ). El uranio N 0 atómico Z= 92 (92 protones ) N 0 másico A=238 (92 protones +146 neutrones )

13 Equivalencia entre Masa y Energía Masa del protón = 1, uma Masa del neutrón = 1, uma Masa del electrón = 0, uma Para la determinación de la unidad de masa atómica (uma), se toma como referencia la masa del Carbono 12. Masa del 12 C= 12 uma (unidad de masa atómica) 1 uma = 1, x Kg

14 Energía de Enlace ΔM = [ Z (m p + m e ) + (A-Z) m n ] – M > 0 ΔM = Defecto másico ΔM = Z. 1, (A-Z) 1, – M ΔM = Z. mH + N. M n – M E u Eu: Energía para separar el núcleo en sus nucleones constitutivos.

15 Equivalencia entre Masa y Energía E = mc 2 Si la masa (m), se expresa en Kg y la velocidad de la luz (c), en m/seg, obtenemos la energía en kg.m 2 /seg 2 = Joule (J). Considerando que 1J=6.24x10 18 eV (electrón volt), obtenemos la siguiente equivalencia 1 uma Ξ 931,5x10 6 eV= 931,5 MeV (1Mega = 10 6 ) E (MeV) = 931,5 x m (uma)

16 Ejemplo de cálculo NÚCLEO DE 2 He 4 = 2 neutrones + 2 prot. Masa = 2 1 H 1 = 2,01628 uma n 1 = 2,01796 uma 4,03424 uma Masa exacta del 2 He 4 4,00387 uma Δm = 0, uma !!! E = Δm c 2 = 0, x 931,5 = 2,83 MeV

17 DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA

18 Estables : No cambian a través del tiempo Inestables : Se transforman a través del tiempo en otras especies Naturales: Artificiales: Existen núcleos:

19 SÍNTESIS LA RADIACTIVIDAD ES: UN PROCESO PURAMENTE NUCLEAR UN PROCESO ESPONTÁNEO UNA REACCIÓN OPUESTA A LA ESTABILIDAD UNA REACCIÓN EXOENERGÉTICA UN PROCESO PROBABILÍSTICO UN PROCESO DE EMISIÓN DE PARTÍCULAS O RADIACIONES

20 RADIACIONES NÚCLEO (electrón) positrón

21 Desintegración ALFA ( )

22 Ej.: (núcleo madre) (núcleo hija)

23 Desintegración BETA ( ) - +

24 Desintegración BETA neg. ( - ) Ej.: (núcleo madre) (núcleo hija)

25 Desintegración BETA pos. ( + ) Ej.: (núcleo madre) (núcleo hija)

26 Desintegración Gamma ( )

27 En la desintegración y el nucleido hija puede quedar momentáneamente en un estado excitado (energía mayor que la correspondiente al nivel de la hija). Ese exceso de energía rápidamente lo emite como radiación gamma. La radiación gamma (γ) (o rayos gamma) es un tipo de radiación electromagnética, y por tanto formada por fotones

28 Desintegración Gamma ( ) Ej.

29 H 2 O H 2 O * molécula de agua molécula de agua excitada Radiaciones Ionizantes (Interacciones de partículas y ) Excitación: La energía no alcanza para arrancar un electrón 2 H 2 O H 2 O 2 + H 2 2 moléculas de molécula de agua molécula de agua excitadas oxigenada hidrógeno

30 Radiaciones Ionizantes (Interacciones de partículas y N 2 + N 2 + e - molécula de nitrógeno ionizada Ionización: La energía alcanza para arrancar un electrón y producir una ionización. P.Ej. en el aire: O 2 + O 2 + e - molécula de oxígeno molécula de oxígeno ionizada Ej. Aire : ( 4 uma) : a pares iónicos/cm ( 0,00055 uma) : 30 a 300 número de pares iónicos Ionización específica = cm de trayectória

31 Interacción de las Radiaciones Las partículas alfa son todas monoenergéticas (o como máximo 3 o 4 niveles de energía), por lo tanto todas las de igual energía tienen el mismo alcance en un material, como se observa en la gráfica IONIZACION ESPECIFICA R DISTANCIA DESDE LA FUENTE Pérdidas en el aire : ~ 34 eV por par iónico Ej: de 5 Mev 5 x 10 4 pares/cm alcance 3 cm

32 alcance de en el aire PODER DE FRENADO = (relativo) alcance de en el material absorbente Agua = 1000 Aluminio = 1600 Plomo = 5000: 1000R x (mg/cm) Ej: aire 5 cm papel ó tejido vivo 0,005 cm Interacción de las Radiaciones

33 Pérdidas en el aire : ~ 34 eV por par Tienen distribución continua de energía Nº de Partículas Energia Emax.

34 Experimentan gran dispersión Absorción N(x) = N 0. e - x Radiacion de frenado (bremsstrahlung) Radiación de aniquilamiento ( + ) Interacción de las Radiaciones

35 Interacción de los rayos X y Interacción de rayos X y Gamma con electrones : Efecto fotoeléctrico Efecto COMPTON Interacción de rayos Gamma con núcleos : Creación de pares

36 Efecto Fotoeléctrico Consecuencias : El rayo cede toda su energía al electrón Si h. > E enlace el electrón sale despedido con Ec = h. _- E enlace Probabilidad de interac. Fotoeléctrica Cte. x Z n / E 3 Proceso : Interacción entre un rayo y un electrón interno del material que penetran Fotolectrón e- Fotón incidente

37 Efecto COMPTON Proceso : Interacción entre un rayo y un electrón externo Consecuencias : El rayo cede parte de su energía al electrón y es dispersado. El fotón dispersado prosigue con energía reducida El electrón dispersado recibe la diferencia de energía entre la del fotón incidente y el dispersado Ec = h - h ´ Probabilidad de interac. Compton Cte. x Z / E Fotón incidente Electrón COMPTON Fotón dispersado

38 Formación de Pares Consecuencias : El fotón se convierte en un electrón y un positrón Ec + Ec´ = h. _- 2 m c 2 Probabilidad de producción de pares Cte. x Z 2.( E- 1,02) Proceso : Interacción entre un rayo en las proximidades del núcleo atómico ( E 1,02 Mev ) Fotón incidente e+e+ e-e-

39 Atenuación de los rayos Ley exponencial de atenuación : I x = I 0. e - x : coeficiente de atenuación lineal X : espesor del material

40 RADIACION Alcance aproxSe originan en AireAgua Alfa2-8 cm Núcleos pesados Beta negativa 0-10 m0-1 mm Núcleos con alta relación n/p Beta positiva 0-10 m0-1 mm Núcleos con baja relación n/p Neutrón0-100 m0-1 m Reacciones nucleares Rayos Xmm- 10 cm - cm Transiciones entre electrones orbitales Rayos Gamma cm-100 mmm-10 cm Transiciones nucleares Partículas Ondas electrom. Alcance de la Radiaciones

41 Interacción de Neutrones con la materia no tiene carga eléctrica a)No interacciona con electrones b)Materia vista por c) No tiene repulsión del núcleo Partículas cargadas Neutrones Partículas cargadas Neutrones

42 RADIACIONES NUCLEARES RadiaciónNaturaleza Masa en reposo CargaEnergía Nucleos de He4 uma 2 unidades de carga positiva Hasta 12 MeV electrónes 9,11x Kg 0,511 MeV 1 unidad negativa 0,018 a 14 MeV antielectrónes 9,11x Kg 0,511 MeV 1 unidad positiva 0,33 a 14 MeV Cuantos de energía electromagnética 00 0,0008 a 8,88 MeV Desconocida 0,0005 a 250 eV 0hasta 14 MeV

43 LEYES DE DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA

44 Ley de Desintegración N= - N t

45 Ley de Desintegración : Constante de desintegración Probabilidad por unidad de tiempo de que un núcleo cualquiera se desintegre. N 0 : número de átomos de un radionucleido en el instante t=0 N: número de átomos de un radionucleido en el instante t

46 Unidades : 1 Becquerel (Bq) = 1 desintegración/segundo 1 Curie (Ci) = 3,7 x10 10 Bq Actividad (A): Es el número de desintegraciones que se producen por unidad de tiempo

47 PERÍODO DE SEMIDESINTEGRACIÓN: Tiempo necesario para que un número estadísticamente significativo de átomos se reduzca a la mitad

48 VIDA MEDIA: Tiempo promedio que viven los átomos de una fuente Ej.:

49 Equivalencias entre unidades de Radiactividad

50 Curva de Decaimiento

51 Actividad Medida ó Relativa: A m = C.A (cuentas/minuto) C (cuentas/desintegraciones) Eficiencia: Eficiencia= (A m /A).100 = 100. C

52 Ej

53 Símbolo internacional de radiación

54 Radiaciones Naturales y Artificiales Naturales : provenientes de fuentes de radiacionque se encuentran en la naturaleza Artificiales : provenientes de fuentes de radiacion creadas por el hombre

55 Fuentes Naturales de Radiación Neutrones X UV Protones radiación electromagnética partículas de alta energía. Tierra Radiofrecuencia y microondas Luz infrarrojos cósmicos Cotidianamente estamos expuestos a radiaciones ionizantes. Desde el espacio la tierra es bombardeada por radiación electromagnética de muy alta energía (rayos cósmicos), rayos, X, ultravioleta, microondas, radiofrecuencia,etc. y partículas de alta energía (protones,neutrones, etc)

56 En la tierra los elementos radiactivos están desde sus comienzos, como por ejemplo el Radón 220 (decaimiento del torio 232) y 222 (decaimien- to del U238) que es un gas disuelto en el agua o que emana del suelo, Potasio 40, Rubidio 87 y las series del Uranio 238 y del Torio 232 en los materiales de construcción (morteros, maderas, aislantes, cerámicas, granito, lajas, etc). Radón 220 y 222 (suelo) Potasio 40 (paredes)

57 Radiación Natural de fondo Los seres vivos somos radiactivos. Nuestros propios cuerpos son levemente radiactivos, a lo largo de nuestras vidas incorporamos isótopos inestables. El decaimiento radiactivo del carbono 14 posibilita utilizar la conocida técnica omonima, con la cual en arqueología se puede indagar acerca de la antigüedad de sus hallazgos. Los niveles de radiación natural varían con la ubicación geográfica y la altura debido a la concentración de materiales radiactivos (zonas aledañas a yacimientos de materiales radiactivos) y la protección atmosférica a los rayos cósmicos ( a mas altura menor protección, los vuelos en avión están mas expuestos). El sol es una gran fuente radiactiva.

58 Radiación Natural de fondo La radiación ionizante puede romper moléculas de las células y matarlas, o modificar su ADN, con lo cual, si pueden llegar a reproducirse lo harán probablemente con alguna mutación. Como los seres vivos nos desarrollamos en un ambiente levemente radiactivo, estamos adaptados y toleramos estos niveles bajos. Pero a niveles mas altos, los daños sobrepasan los mecanismos de regeneración. Es lo que ocurre por ejemplo en nuestra piel con los rayos ultra violeta (UV) cuando nos exponemos al sol del medio día con la protección de la capa de ozono disminuida.

59 Radiación (gamma) Control de plagas. Técnica del Insecto Estéril. Se esterilizan por radiación gama a crisálidas de la especie a controlar, soltándolas en su hábitat natural. Los adultos estériles, al copular con especímenes de la plaga disminuyen progresivamente el crecimiento vegetativo. Mediante aplicaciones sucesivas se logra controlar la población sin contaminar cultivos, suelos, napas, ríos, aire y sin afectar a otras especies o a sus depredadores naturales como sucede con los plaguicidas químicos.

60 Conservación de alimentos. El uso de las radiaciones ionizantes para la conservación de alimentos tiene ya varios años de aplicación en el mundo. Las dosis de tratamiento varían de acuerdo con el producto y el objetivo buscado. Dosis bajas:inhiben la brotación, controlan la presencia de insectos y la infestación con parásitos, retrasan la maduración. Dosis medias: pasteurizan en frío, reducen la carga microbiana, prolongan la vida útil. Dosis altas: esterilizan, eliminan virus. Ventajas: No contamino el medio ambiente, no afecta el valor nutritivo ni la digestibilidad del alimento, no modifica las características sensoriales, no genera residuos, provee resultados inmediatos, asegura la cal¡dad higiénico-sanitaria. Permite el tratamiento en el envase final sellado. Radiación (gama)

61 Radiación de neutrones: Producción de radioisótopos. Activación de muestras para análisis de elementos componentes. Dopado de silicio para fabricar microchip. Irradiación de tumores por activación de boro (BNCT). Control de contaminación ambiental.


Descargar ppt "Conceptos de Física Nuclear Ing. Jorge O. Odetto."

Presentaciones similares


Anuncios Google