IDEAS DE JAVIER DE LUCAS. RADIACTIVIDAD Propiedad que presentan los núcleos de algunos átomos de desintegrarse emitiendo radiaciones y transformándose.

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1 IDEAS DE JAVIER DE LUCAS

2 RADIACTIVIDAD Propiedad que presentan los núcleos de algunos átomos de desintegrarse emitiendo radiaciones y transformándose en otros átomos más estables.

3 HISTORIA Becquerel Becquerel: descubridor del fenómeno de la Radiactividad (1896) Marie y Pierre Curie Marie y Pierre 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) Chadwick Chadwick: descubre el neutrón (1932) Hahn, Strassmann y Meisner Hahn, Strassmann y Meisner: dividen el 238 U según un proceso de fisión (1938) Frederick Soddy Frederick Soddy: introduce el concepto de isótopo (1913)

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

5 EL NÚCLEO Tamaño de átomo: r 10 -10 m Tamaño del núcleo: r = 14·10 -15 A 1/3 m Los átomos con números pares de neutrones y protones son mucho más frecuentes que con cualquier otra configuración ZNNº de especies Impar 4 Par50 ParImpar55 Par 165 Z = nº de protones A = nº de nucleones A - Z = nº de neutrones

6 ISÓTOPOS Isótopos mismo número de protones Nucleidos con el mismo número de protones pero diferente número de neutrones. Mismo número atómico Z, distinto número másico A Ej: 1 1 H 2 1 H y 3 1 H Isótonos mismo número de neutrones. Nucleidos con distinto número de protones pero el mismo número de neutrones. Distinto número másico A, distinto número atómico Z Ej: 13 6 C y 14 7 N Isóbaros mismo número másico. Nucleidos con distinto número de protones y neutrones pero el mismo número másico. Mismo número másico A, distinto número atómico Z Ej: 14 6 C y 14 7 N Isómeros mismo número de protones y neutrones Nucleidos con el mismo número de protones y neutrones pero diferente nivel de energía nuclear. Mismo número atómico Z, mismo número másico A Ej: 99m 43 Tc y 99 43 Tc

7 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 El resto (azul) lo hace por +

8 Defecto de masa 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: m = Z m p + (A – Z )m n - M N Defecto de masa Masa del neutrón Número de neutrones Masa real del núcleo Número de protones Masa del protón

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

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

11 Emisiones Ejemplos: 232 90 Th 228 88 Ra + 218 84 Po 214 82 Pb + Ley de Soddy PROPIEDADES CARGA +2e = +32·10 -19 C MASA67·10 -27 kg CAPACIDAD de PENETRACI ÓN 00005 cm Al ENERGÍAMeV Son núcleos de Helio, formados por dos protones y dos neutrones

12 Emisiones Son electrones rápidos procedentes del núcleo 1 0 n 1 1 p + 0 -1 + PROPIEDADES CARGA - 1e = -16·10 -19 C MASA91·10 -31 kg CAPACIDAD de PENETRACIÓN 005 cm Al ENERGÍAMeV Ley de Fajans Ejemplos: 32 15 P 32 16 S + 131 53 I 131 54 Xe +

13 Emisiones Son positrones rápidos procedentes del núcleo 1 1 p 1 0 n + 0 1 + PROPIEDADES CARGA + 1e = +16·10 -19 C MASA91·10 -31 kg CAPACIDAD de PENETRACIÓN 005 cm Al ENERGÍAMeV Ejemplo: 23 11 Na 23 10 Ne +

14 Captura electrónica El núcleo absorbe un electrón de las capas más internas 1 1 p + 0 -1 e 1 0 n + Ejemplo: 55 26 Fe + e - 55 25 Mn +

15 Emisiones Son fotones (luz) de muy alta energía PROPIEDADES CARGA0 MASA0 CAPACIDAD de PENETRACIÓN 8 cm Al ENERGÍAkeV - MeV Ejemplo: 210 81 Tl m 210 81 Tl +

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

17 Fisión fisión nuclear 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 92 U + 1 0 n 141 56 Ba + 92 36 Kr + 3 1 0 n

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

19 Fusión fusión nuclear 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 1 H + 3 1 H 4 2 He + 1 0 n

20 Fusión VENTAJASINCONVENIENTES 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 plasma Energía limpia (sin desechos radiactivos) FISIÓN EN CADENA CONTROLADANO 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)

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

22 ACTIVIDAD Actividad La Actividad de una sustancia radiactiva disminuye exponencialmente con el tiempo y consiste en la emisión de rayos alfa, beta o gamma 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) Becquerel Un Becquerel es la actividad de una sustancia que sufre una desintegración cada segundo.

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

24 PARTICULAS ELEMENTALES

25 FAMILIAPARTÍCULAMASACARGASPININTERACCIÓN FOTÓN Fotón 001 Electromagnéti ca LEPTONES Neutrinos Antineutrinos Electrón e - Positrón e + Muón + 0 0,511 MeV 105,7 MeV 0 +1 ½½½½½½½½½½ Electromagnéti ca y débil MESONES Piones + Piones 0 K-ones K + K-ones K 0 Anti K-ones K 0 139,6 MeV 135,0 MeV 494,0 MeV 494,4 MeV +10+100+10+100 0000000000 Fuerte, débil y electromagnéti ca BARIONES Protones p Neutrones n Lambda Sigma + Sigma - Sigma 0 938,2 MeV 939,55 MeV 1115,4 MeV 1189,4 MeV 1196 MeV 1192,3 MeV +1 0 +1 0 ½½½½½½½½½½½½ Fuerte, débil y electromagnéti ca

26 IDEAS DE FIN