FÍSICA NUCLEAR.

Presentación del tema: "FÍSICA NUCLEAR."— Transcripción de la presentación:

1 FÍSICA NUCLEAR

2 -A los protones y neutrones se les denomina NUCLEONES.
Núcleo Atómico: -Sistema enlazado de protones (Z) y neutrones (N) a través de la interacción fuerte. -A los protones y neutrones se les denomina NUCLEONES. A: número másico (número de nucleones) Z: número atómico (número de protones)

3 ISÓTOPOS - ISÓTOPO DEUTERIO 21H - ISÓTOPO TRITIO 31H
NÚCLEOS ATÓMICOS QUE POSEEN EL MISMO “Z” PERO DISTINTO “A”. POR EJEMPLO: EL ELEMENTO QUÍMICO HIDRÓGENO (H) ESTÁ FORMADO POR TRES ISÓTOPOS - ISÓTOPO HIDRÓGENO 11H - ISÓTOPO DEUTERIO 21H - ISÓTOPO TRITIO 31H

4 1.- MASA ATÓMICA DE UN ISÓTOPO
Masa de un isótopo ( ) m(isótopo) ≈ A (u.m.a.) 1 u.m.a. = kg 2.- MASA ATÓMICA DE UN ELEMENTO QUÍMICO Masa de un átomo ficticio, al estar el elemento químico constituido por varios ISÓTOPOS. 1.- (Sol: 35.5 uma)

5 Neutrón: 10n Partícula fundamental componente del núcleo atómico con carga eléctrica cero.
No es una partícula elemental, sino que está compuesto por quarks

6 Protón: 11p ò 11H Partícula fundamental componente del núcleo atómico, con carga eléctrica +e.
No es una partícula elemental, está compuesta por quarks

7 Electrón: 0-1e Partícula elemental componente de la corteza electrónica, con carga eléctrica -e.
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8 Interacción fuerte: -Es la más fuerte de la naturaleza -Son fuerzas de atracción, de corto alcance ( m ). -De 100 a 1000 veces más intensa que la electromagnética. -Gracias a ella el núcleo atómico es un sistema enlazado de nucleones a pesar de la fuerza repulsiva entre los protones

9 Energía de enlace (DE) -Al estar compuesto el núcleo de protones y neutrones, la masa del núcleo supuestamente será la suma de las masas de sus protones y neutrones constituyentes. -Experimentalmente sabemos que las masa de los núcleos estables es siempre un poco menor que la suma de las masas de sus nucleones constituyentes. 3x kg x kg DE>0 9, kg

10 -Esta diferencia se denomina DEFECTO DE MASA

11 -LA ENERGÍA EQUIVALENTE A ESTE DEFECTO DE MASA, SEGÚN LA FÓRMULA DE EINSTEIN, ES:
-A DICHA ENERGÍA SE LA DENOMINA ENERGÍA DE ENLACE Y SE DEFINE COMO: La energía que se libera al formarse el núcleo a partir de sus nucleones constituyentes 2.- Demuestra la equivalencia“1 u.m.a.=931.5 MeV”. Para ello determina la energía de enlace para un defecto de masa de 1 uma

12 1.- ENERGÍA POR NUCLEÓN: →
ESTABILIDAD DE NÚCLEOS ATÓMICOS 1.- ENERGÍA POR NUCLEÓN: → 2.- MAYOR ESTABILIDAD →

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14 Ejercicios: 3.- (Sol: a) Z=1; A=2;; b) Dm = 2, uma;; c) DE/A = MeV/nucleón;; d) m) 4.- Considera los núcleos de Li-6 y Li-7 de masas uma y uma respectivamente, siendo 3 el número atómico de estos dos isótopos. Calcula para ambos núcleos: El defecto de masa. (Sol: uma;; uma) La energía de enlace por nucleón, indicando cuál de los dos isótopos es más estable. Datos: m(p); m(n); equivalencia de la uma en kg y en MeV; c; carga del electrón)

15 B.- Reacciones nucleares (artificiales o no espontáneas)
Transformaciones nucleares A.- Desintegraciones radiactivas (naturales o espontáneas) B.- Reacciones nucleares (artificiales o no espontáneas)

16 A.- Desintegración radiactiva:
-Proceso por el cual los núcleos se transforman espontáneamente en otros núcleos más estables. -Todo esto lo realizan emitiendo o bien una partícula a (núcleo de He 42He, positivo), una  (electrones) o un fotón .

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19 Ley desintegración radiactiva
La constante radiactiva λ de una sustancia indica la probabilidad de desintegración por unidad de tiempo. Unidad S.I. (1/s) Periodo de semidesintegración (T): en ese tiempo N = N0 /2 Tiempo de vida media(t):

20 Actividad (A) de una muestra radiactiva
A → nº de desintegraciones por unidad de tiempo. UNIDAD S.I.BECQUEREL (Bq) 1Bq =1desintegración/seg Ao A PORCENTAJE DE MUESTRA QUE QUEDA SIN DESINTEGRAR Definir que es la actividad como modulo de dN/dt y poner la palabre actividad quitar esquema y 1ra ecuac aumewentar tvm T

21 Ejercicios: 5.- La gráfica representa el número de núcleos radiactivos de una muestra en función del tiempo en años. Deduce razonadamente: El valor de la constante radiactiva. (Sol: años-1) El tiempo de vida media. (Sol: 7.21 años) La actividad radiactiva en el instante t=2T. (Sol: Bq)

22 Ejercicios: 6.- Los periodos de semidesintegración de dos muestras radiactivas son T1 y T2 = 2T1. Si ambas tienen inicialmente el mismo número de núcleos radiactivos, razona cuál de las dos presentará mayor actividad inicial. (Sol: A1 =2 A2). 7.- (Sol: s-1;; Bq;; átomos;; Bq) 8.- El período de semidesintegración del Sr-90 es de 28 años. Calcula: a) Su constante de desintegración y la vida media. b) El tiempo que deberá transcurrir para que una muestra de 1,5 mg se reduzca un 90%. (Sol: l=0.0247años-1;; t=40.39 años;; t=17.54 años)

23 Fechado radiactivo -Se puede determinar la antigüedad de objetos que en alguna época fueron o formaron parte de organismos vivos, como pueden ser los huesos, utilizando el isótopo radiactivo carbono-14. -El carbono-14 que hay en nuestra atmósfera se origina por la reacción entre un átomo de nitrógeno y un neutrón:          -El carbono-14 a su vez se desintegra : -Cuando el tejido de una planta o un animal muere, el contenido de carbono-14 disminuye porque ya no se le ingiere ni utiliza, siguiendo la ley de la desintegración radiactiva. 146C → 147N +0-1e +

24 9.- Se ha encontrado un fósil con un 10% de C-14 en relación con una muestra viva, determina la antigüedad del fósil. Dato: T(C-14) =5730 años (Sol; años). 10.- En un resto orgánico de hace 500 años se han encontrado 6 mgr de C-14 ¿cuántos átomos de C-14 tenía el ser vivo? Datos: C = 14 uma; T(C-14) =5730 años (Sol: mg;;; átomos) 11.-

25 AJUSTE DE LAS TRANSFORMACIONES NUCLEARES
1.- Z y A estarán igualados en las dos partes de la reacción nuclear: REACTIVOS → PRODUCTOS 2.- Las partículas que se suelen intercambiar son: - Partícula a o núcleo de helio= -Partícula b o electrón= -Radiación gamma (sin masa ni carga)= g -Positrón = -Protón = 11H ò 11p -Neutrón = 10n -Neutrino o antineutrino (sin masa ni carga) = ;;

26 1 Decaimiento alfa (desintegración a ) 2 Decaimiento beta
EJEMPLOS DE DESINTEGRACIONES RADIACTIVAS 1 Decaimiento alfa (desintegración a ) 2 Decaimiento beta (desintegración b- ) 146C → 147N +0-1e + 3 Emisión gamma 4 Emisión de positrones (desintegración b +) 0+1e + 0+1e +

27 m(reactivos) > m(productos) Dm = m(reactivos) – m(productos)
B.-Reacciones nucleares artificiales - Cuando dos núcleos, venciendo la repulsión culombiana, logran acercarse hasta distancias donde actúan las fuerzas nucleares, puede ocurrir un reordenamiento de los nucleones, dando como resultado que los núcleos producto sean diferentes a los núcleos iniciales. - La reacción es muy EXOTÉRMICA:DE>0 REACTIVOS → PRODUCTOS Hay una pérdida de masa m(reactivos) > m(productos) Dm = m(reactivos) – m(productos) DE = Dm · c2

28 1 Reacciones nucleares artificiales
EJEMPLOS DE REACCIONES NUCLEARES + 0- 1e 1 Reacciones nucleares artificiales 147N + 42He ====>178O + 11H 94Be +42He ====> 126C + 10n 2 Bombardeo con neutrones 105B +10 n ====> 73Li + 42He

29 Reacciones de fisión nuclear
Un núcleo original se bombardea con neutrones. Como productos de la reacción se obtienen dos núcleos más ligeros y más neutrones los cuales producen una reacción en cadena. La reacción es EXOTÉRMICA

30 REACTOR DE FISIÓN NUCLEAR

31 Reacciones de fusión nuclear
Núcleos pequeños se unen para formar núcleos algo mayores. Los núcleos de hidrógeno se fusionan para dar lugar a núcleos de helio. La reacción es EXOTÉRMICA REACCIÓN EXOTÉRMICA 31

32 12.- ¿Por qué es posible obtener energía mediante reacciones de fusión y de fisión?
Los productos de Fusión o Fisión Nuclear tienen más energía de enlace por nucleón que los reactivos, lo que conlleva a una liberación de energía: DE = E(PRODUCTOS) – E(REACTIVOS) debido a un defecto de masa. (Kr, Ba)

33 Ejercicios: 13.- ¿Tendrá lugar de modo espontáneo el decaimiento alfa del 10244Ru para dar un núcleo 9842Mo?. Escribe la reacción de desintegración. (Sol: NO, porque Dm<0) Datos: m(Ru-102) = uma;; m(Mo-98) = uma;; m(a) = uma. 14.- Completa las siguientes reacciones de desintegración: a) 21584Po → ……+ 42He b) ……→ 4019K + 0-1e 15.- Ajusta las siguientes reacciones nucleares completando los valores de número atómico y número másico que faltan: a) AZLi + 11H → 2a b) 23592U + 1n → 9538Sr + AZXe + 2 1n 16.- El 21083Bi emite una partícula beta y se transforma en polonio; éste, a su vez, emite una partícula alfa y se transforma en un isótopo del plomo. Escribe las reacciones de desintegración. Si el periodo de semidesintegración del bismuto-210 es de 5 días, ¿cuántos núcleos se han desintegrado en 10 días si inicialmente se tenía 1 mol de este elemento. Dato: NA = átomos/mol. (Sol: núcleos)

34 Ejercicios: 17.- Calcula la energía total en kilowatios-hora (kw.h) que se obtiene como resultado de la fisión de 1 gramo de uranio-235, suponiendo que todos los núcleos se fisionan y que en cada reacción se liberan 200 MeV. Datos: NA = núcleos/mol;; e = C. (Sol: kw.h) 18.- Cuando se bombardea con un protón un núcleo de 73Li éste se descompone en dos partículas alfa. Escribe y ajusta la reacción nuclear del proceso. Calcula la energía liberada en dicha desintegración. (Sol: MeV) Datos: masa atómica del litio = uma; masa atómica del hidrógeno = uma masa atómica del helio = uma.

35 19.-Conocidas las masas atómicas de las siguientes partículas, determina
la energía liberada por gramo de deuterio en la reacción de fusión y por gramo de uranio en la de fisión nuclear, y compáralas entre sí: M(21H)= uma M(23592U)= uma M(31H)= uma M(14156Ba)= uma M(42He)= uma M(9236Kr)= uma M(10n)= uma Asimismo compara la energía de fusión por gramo de deuterio con la que se obtendría al quemar 1 gramo de carbón según la reacción: C(s) + O2(g) CO2(g) ; QREACCIÓN = 394 kJ/mol(C) M(C)=12uma M(O)=16 uma Datos: 1 uma=931.5 MeV;; 1eV= J;; 1mol= átomos=Masa molar (en g) (Solución: EFUSIÓN/EFISIÓN = 84.12 EFUSIÓN/ECOMBUSTIÓN = )