Profesor: Felipe Bravo Huerta Física Nuclear Profesor: Felipe Bravo Huerta

El átomo Se considera la partícula más pequeña en que un elemento puede ser dividido sin perder sus propiedades químicas. Es la unidad básica de toda la materia. Hay además tres partículas subatómicas con las que están formados los átomos: los electrones, los protones y los neutrones.

Modelos Atómicos

CONSTITUIDO POR NUCLEONES: PROTONES (p+) Y NEUTRONES (n) NÚCLEO ATÓMICO CONSTITUIDO POR NUCLEONES: PROTONES (p+) Y NEUTRONES (n) Nº ATÓMICO (Z): Número de protones del Núcleo Nº MÁSICO (A): Nº de Protones + Nº de Neutrones 99,97% DE LA MASA DEL ÁTOMO NM4

Núcleo Atómico Parte pequeña ubicada en el centro del átomo. Su carga eléctrica es positiva, concentra la mayor parte de la masa del átomo. En el núcleo encontramos partículas subatómicas como los protones de carga positiva y los neutrones de carga neutra. Los elementos químicos se caracterizan por el número de protones del núcleo, ese número se denomina número atómico (Z), mientras que el número másico (A) es el total de protones y neutrones.

TAMAÑO ATOMO 10-10 m = 1

Relación TAMAÑO ÁTOMO-NÚCLEO Radio Estado Fundamental = 100.000 veces Tamaño del Núcleo

Isótopos Los isótopos son aquellos con igual número de protones (mismo Z)pero distinto de neutrones(distinto A) Aunque difieran en sus propiedades físicas, todos los isótopos presentan las mismas propiedades químicas, al venir determinadas éstas por sus configuraciones electrónicas, idénticas para todos ellos; esta identidad química posibilita el uso de isótopos como marcadores, técnica muy extendida, por ejemplo, en medicina.

Si el núcleo está formado por protones y neutrones: ¿qué hace que puedan persistir protones en el núcleo, venciendo las intensas fuerzas de repulsión electrostática?

Interacciones Nucleares Los núcleos no podrían ser estables si sólo existieran la fuerza gravitatoria y la electromagnética. Debe existir, por consiguiente, un tercer tipo de fuerza que mantenga unidos a los nucleones y proporcione así la estabilidad nuclear. Las características (intensidad, alcance) de esta nueva fuerza, denominada Interacción nuclear fuerte, se deducen experimentalmente de los estudios sobre la estructura nuclear, basados en la dispersión de partículas causadas por los núcleos y en las reacciones nucleares.

Interacciones Nucleares La elevada cantidad de energía que requiere la fragmentación del núcleo muestra la elevada intensidad atractiva de la fuerza nuclear (unas 100 veces superior a las interacciones electromagnéticas), pero se manifiesta repulsiva a distancias mucho menores que las del alcance. Una idea de la fortaleza de la interacción nuclear la proporciona la energía de enlace nuclear o energía de ligadura, que representa la energía liberada cuando se unen los nucleones para forman un núcleo.

Defecto Masa Nuclear Se ha comprobado experimentalmente que la masa del núcleo siempre es ligerísimamente menor que la suma de las de los nucleones que lo forman; este defecto de masa nuclear explica, a la luz de la teoría dela relatividad, la gran cantidad de energía liberada y la estabilidad que adquiere el núcleo.

Desintegración Radiactiva Un núclido es estable si permanece en el mismo estado de no ser perturbado por algún agente externo. Muchos de los que existen en la naturaleza son de este tipo, pero a partir de Z > 81 abundan también los inestables, que tienden a cambiar naturalmente a un estado de menor energía emitiendo partículas (α β)o pura radiación electromagnética (fotones γ)

Radiactividad Los nucleidos inestables, naturales o artificiales, creados mediante reacciones nucleares, se llaman radiactivos, y al proceso de emisión se llama radiactividad o también desintegración o decaimiento radiactivo.

ESTABILIDAD NUCLEAR SI SI QUEDA DETERMINADA POR LA DIFERENCIA QUE EXISTE ENTRE LAS FUERZAS DE REPULSIÓN Y LAS FUERZAS DE ATRACCIÓN DE CORTO ALCANCE (NUCLEARES) NÚCLEO ESTABLE NÚCLEO INESTABLE SI SI PREDOMINAN LAS FUERZAS DE ATRACCIÓN PREDOMINAN LAS FUERZAS DE REPULSIÓN NM4

Son atractivas y de muy corto alcance. FUERZAS NUCLEARES FUERZAS NUCLEARES Mantienen unidos a los protones y demás nucleones que constituyen los núcleos atómicos. Son atractivas y de muy corto alcance. Son de dos tipos: FUERZA FUERTE FUERZA DÉBIL NM4

La FUERZA FUERTE actúa sobre los NUCLEONES. FUERZAS NUCLEARES La FUERZA FUERTE actúa sobre los NUCLEONES. La FUERZA DÉBIL actúa en el interior de los NUCLEONES. NM4

FUERZA NUCLEAR FUERTE FUERZA NUCLEAR FUERTE la más intensa de todas las Fuerzas Fundamentales. responsable de la cohesión de los núcleos atómicos. Los neutrones existentes en los núcleos atómicos tienden a facilitar su acción, impidiendo el decaimiento espontáneo de los núcleos. Es de corto alcance: 10-15 (m) Decae rápidamente: A unos 10-14 (m) ya es despreciable frente a la fuerza eléctrica de repulsión entre los protones. NM4

FUERZA NUCLEAR DÉBIL FUERZA NUCLEAR DÉBIL w Y z Actúa en el interior de los Nucleones (entre quarks) Única fuerza que afecta a LOS neutrinos. Acción: provoca deSintegraCIONES radiactivas Partículas de intercambio: w Y z NM4

FUERZA NUCLEAR DÉBIL FUERZA NUCLEAR DÉBIL - Tiene un alcance aprox. Causante de LA Desintegración -: Tiene un rol fundamental en la fusión del Hidrógeno y otros elementos en el centro de las estrellas y del Sol. - Tiene un alcance aprox. 10-18[m] - transmitida por 3 partículas virtuales (bosones) que son: W+, W- y Z0 - Importante en la velocidad de reacción de algunas reacciones nucleares en estrellas como el Sol y en los procesos de interacción entre neutrinos y materia NM4

Ley del Decaimiento Radiactivo La cantidad de núcleos radiactivos iniciales (N0) disminuye con el tiempo siguiendo una curva exponencial. N es el número de núcleos radiactivos al cabo de un tiempo t, y λ es una constante de desintegración o de decaimiento, característica de cada sustancia radiactiva e independiente de su cantidad inicial. La inversa de se conoce como vida media (π =1/ λ) y determina, por tanto, el tiempo medio necesario para que se produzca una desintegración

Reacciones Nucleares Así como hemos conseguido sintetizar sustancias químicas que no están presentes en la naturaleza mediante las reacciones químicas, también podemos obtener nuevos núcleos artificiales mediante las llamadas reacciones nucleares.

Reacciones Nucleares En una reacción nuclear se produce un reagrupamiento de nucleones cuando un núcleo se ve alcanzado por otro o por una partícula más simple. Se necesita una gran cantidad de energía para vencer la repulsión electrostática entre los núcleos, por lo que al menos uno de los núcleos de la reacción debe ser un proyectil con una gran energía cinética inicial.

Fusión Nuclear Es una reacción nuclear en la que dos núcleos del átomo de hidrógeno e isótopos, se unen para formar otro núcleo más pesado. Esta reacción absorbe o adhiere una gran cantidad de energía en forma de rayos gamma y energía cinética, esta última, permite a la materia entrar en estado plasma.

Fusión Nuclear Las reacciones de fusión nuclear pueden emitir o absorber energía. Si los núcleos que se van a fusionar tienen menor masa que el hierro se libera energía. Por el contrario, si los núcleos atómicos que se fusionan son más pesados que el hierro la reacción nuclear absorbe energía. Las estrellas, incluido el Sol, experimentan constantemente reacciones de fusión nuclear. La luz y el calor que percibimos del Sol es el resultado de estas reacciones nucleares de fusión: núcleos de hidrógeno chocan entre sí, y se fusionan dando lugar a un núcleo más pesado de helio liberando una enorme cantidad de energía. La energía liberada llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética.

Fisión Nuclear La fisión nuclear es la división del núcleo de un átomo. El núcleo se convierte en diversos fragmentos con una masa casi igual a la mitad de la masa original más dos o tres neutrones. La fisión nuclear puede ocurrir cuando un núcleo de un átomo pesado captura un neutrón (fisión inducida), o puede ocurrir espontáneamente debido a la inestabilidad del isótopo (fisión espontánea).

Reacción en Cadena Una reacción en cadena es un proceso mediante el cual los neutrones que se han liberado en una primera fisión nuclear producen una fisión adicional en al menos un núcleo más. Este núcleo, a su vez produce neutrones, y el proceso se repite. Estas reacciones en cadena pueden ser controladas o incontroladas. Las reacciones controladas serian las reacciones nucleares producidas en centrales nucleares en que el objetivo es generar energía eléctrica de forma constante. Las reacciones nucleares incontroladas se dan en el caso de armas nucleares.