Tema 3. Física nuclear Resumen

Composición de los núcleos Teoría del núcleo formulada por Heisenberg: El núcleo está formado por un número total de partículas elementales (neutrones y protones = nucleones) igual a su número másico, A. La carga nuclear Z coincide con el número de protones del núcleo. Todos los átomos de un mismo elemento tienen el mismo número de protones en el núcleo (Z). El número de neutrones es igual a A - Z. En un átomo neutro, el número de electrones (extranucleares) es igual al de protones, Z. Estabilidad nuclear Al comparar la masa de un átomo con la suma de las masas de las partículas que lo forman hay una pérdida de masa, Δm o defecto de masa. Esta energía equivalente al defecto de masa se denomina energía de enlace: E = Δm c2 La energía de enlace de un núcleo vale:   E(Z,A) = [Z mp + (A - Z) mn - mN( )] c2 Si divides la energía de enlace de un isótopo por el número total de nucleones, A, obtenemos la energía de enlace por nucleón,

Q = Ec,final - Ec,inicial = (MX + ma - MX' - mb) c2 Reacciones nucleares Las reacciones nucleares son los procesos en los que se producen cambios en el núcleo de los átomos. a + X → X' + b Las reacciones nucleares se clasifican en cuatro grupos: Radiactividad o desintegración espontánea de un isótopo radiactivo, bien sea natural o artificial. Reacciones de bombardeo: captura de una partícula por parte de un isótopo y la posterior desintegración de éste emitiendo alguna partícula. Fisión de un isótopo inestable pesado. Fusión de isótopos ligeros. En las reacciones nucleares se conserva, además de la carga eléctrica y el n.0 de nucleones, la energía. Aplicando el principio de conservación de la energía en la reacción: a + X → X' + b, se obtiene la energía de desintegración, Q: Q = Ec,final - Ec,inicial = (MX + ma - MX' - mb) c2

Radiactividad La radiactividad natural o artificial consiste en la emisión espontánea de radiaciones por parte de un núcleo radiactivo, natural o artificial. Los tres tipos de radiación principales son los rayos , y . También son importantes la emisión y la captura K. Leyes del desplazamiento radiactivo Ley de desintegración radiactiva El número de átomos que quedan sin desintegrar disminuye con el tiempo de forma exponencial            . Magnitudes características Constante de desintegración o constante radiactiva,. Actividad radiactiva, A. Periodo de semidesintegración, T½. Vida media, . 4

Fisión nuclear El reactor nuclear . Fisión nuclear La fisión del 235U puede producirse por bombardeo con neutrones lentos (también llamados térmicos), según el esquema general: La energía liberada en este tipo de reacciones de fisión es del orden de 200 MeV por átomo de uranio fisionado El reactor nuclear Un reactor nuclear es un dispositivo diseñado para obtener energía nuclear de manera controlada. Los reactores disponen de unos elementos comunes: Combustible nuclear. Moderador de neutrones. Elementos de control. Residuos Radiactivos: Son los materiales que contienen isótopos radiactivos. Se clasifican en de baja, media y alta actividad.

Fusión nuclear Es el proceso que tiene lugar cuando dos o más núcleos (ligeros) dan lugar a otro más pesado En la fusión nuclear se requieren temperaturas muy elevadas, a las que la materia se encuentra en estado de plasma. Los procedimientos para confinar el plasma son: Confinamiento magnético. Ejemplo, tokamak y el stellarator,   Confinamiento inercial. Mediante láseres se hace incidir radiación sobre una microesfera de combustible (deuterio-tritio). Fuerzas fundamentales de la naturaleza. Partículas elementales En la naturaleza se manifiestan cuatro fuerzas fundamentales: Fuerza gravitatoria Fuerza electromagnética Fuerza nuclear fuerte Fuerza nuclear débil