FENóMENOS NUCLEARES Y SUS APLICACIONES Pedro Miranda Meza

Objetivo de la clase: Reconocer el origen de la radiactividad, las manifestaciones naturales que condujeron a su descubrimiento y las actuales aplicaciones de esta forma de energía.

FENóMENOS NUCLEARES

INICIO DE LA ERA RADIACTIVA Roentgen, los rayos X y sus extrañas observaciones Becquerel y su curiosidad por los rayos X lo conduce a experimentar…le llamaba mucho la atención la fluorescencia (emite espontáneamente radiación electromagnética), para esto utiliza un mineral de Uranio y película fotográfica…a esta misteriosa emisión la denomina RADIACTIVIDAD. Los esposos Curie proponen que la “Radiactividad” es una propiedad del átomo y no de “moléculas” Además descubren el Polonio (Po) y el Radio (Ra), éste último por su elevada radiactividad tiene utilidades para la destrucción de células… específicamente las de cáncer…RADIOTERAPIA. Rutherford propone los nombres de alfa y beta para este tipo de radiaciones. Villard mas tarde descubriría la radiación gamma. Experimentos con campos eléctricos permitieron demostrar que las radiaciones son de distinta naturaleza eléctrica.

¿Que son los rayos X? Definición de rayos X: Son un tipo de radiación electromagnética de la misma naturaleza que las ondas de radio, las ondas de microondas, los rayos infrarrojos, la luz visible, los rayos ultravioleta y los rayos gamma. Cuanto menor es la longitud de onda de los rayos X, mayores son su energía y poder de penetración

Características de los RAYOS X 1. Son radiaciones electromagnéticas. 2. Se propagan en línea recta a la velocidad de la luz. 3. Es imposible desviar su trayectoria mediante una lente o prisma. 4. Son radiaciones ionizantes. 5. Pueden destruir células vivas. 6. Atraviesan la materia. El grado de penetración depende de su energía y la naturaleza del medio que atraviesan. 7. Son un tipo de radiación extranuclear

POR QUE SE PRODUCE LA RADIACIÓN Algunos núcleos son inestables, emiten partículas y/o radiación electromagnética espontáneamente. Este fenómeno se conoce como radiactividad natural. Una serie de desintegración es una serie de cambios que sufren los núcleos radiactivos a medida que liberan partículas alfa y beta hasta convertirse en una sustancia estable (no radiactiva). Un ejemplo es la serie de desintegración del uranio-238. Este proceso se repite hasta que finalmente se forma un producto estable.

Estabilidad Nuclear

Estabilidad Nuclear Se establece según la relación de protones neutrones del núcleo. 1. Todo núcleo con 2, 8, 20, 50, 82, 126, neutrones o protones, son estables. 2. Todo núcleo con Z menor o igual a 20, que presenta relación neutrón, protón (Z/N) igual a 1 es estable. 3. Todo núcleo con Z mayor que 20, menor a 82, que presenta relación neutrón, protón (Z/N) entre 1 y 1.5 es estable. 4. Todos los núcleos con números de nucleones pares son más estables que los impares

Series de DESINTEGRACIÓN Desintegración alfa: El elemento radiactivo de número atómico Z, emite un núcleo de Helio (dos protones y dos neutrones), el número atómico disminuye en dos unidades y el número másico en cuatro unidades, produciéndose un nuevo elemento situado en el lugar Z-2 de la Tabla Periódica. Desintegración beta: El núcleo del elemento radiactivo emite un electrón, en consecuencia, su número atómico aumenta en una unidad, pero el número másico no se altera. El nuevo elemento producido se encuentra el lugar Z+1 de la Tabla Periódica. Desintegración gamma: El núcleo del elemento radiactivo emite un fotón de alta energía, la masa y el número atómico no cambian, solamente ocurre un reajuste de los niveles de energía ocupados por los nucleones.

Repaso Alfa: Emisión de átomos con dos protones y dos neutrones. Estas partículas son idénticas a núcleos de helio. Beta: Hay dos tipos de desintegración, beta positivo y beta negativo. El beta positivo es una emisión de un positrón acompañado de un neutrino. El beta negativo es la emisión de un electrón acompañado de un antineutrino. Gamma: Es la emisión de fotones de frecuencia muy alta. El átomo radiactivo se conserva igual, pero con un estado de energía menor.

CAPTURA K: Su número atómico disminuye en 1, mientras que su número másico permanece inalterado. 92U231 + -1e0  91Pa231 4Be7 + -1e0  3Li7 7N13 + -1e0  6C13

EMISIÓN DE POSITRONES (Antimateria) La emisión de positrones se produce cuando un neutron del núcleo se transforma en un protón emitiendo una partícula denominada positrón ( ). Cuando un positrón choca con un electrón, ambos desaparecen y se emiten dos fotones de radiación gamma en un proceso llamado de aniquilación . Los positrones se consideran antimateria debido a que al encontrarse con su contraparte (electrones) se destruyen.

CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS TIPOS DE RADIACIÓN Poder de Penetración

CAPACIDAD PARA PRODUCIR IONES Partículas Alfa (α): Comparativamente elevada masa con respecto a partícula β, poseen una menor velocidad con respecto a otras radiaciones, producto de su tamaño. Al ser mas grandes y pesadas poseen mayor capacidad para formar iones ya que arrancan con facilidad los e- de envolturas que están a su paso. Partículas Beta (β): Partículas menos masivas y mas veloces que las α, son mas penetrante pero no poseen tanta eficiencia en la producción de iones, debido a su diminuta masa. Radiacion Gamma (Υ): al ser solo una especie de onda cargada de energía, carece de masa y carga eléctrica, por lo tanto es mas penetrante, pero no produce iones directamente. Ioniza indirectamente, por medio de los e- que son expulsados a gran velocidad de las nubes electrónicas que se interponen en su avance. Son estos últimos los que ionizan gracias a la energía de la emisión gamma.

1. DECAIMIENTO  84Po210  82Pb206 + 2He4 88Ra226  86Rn222 +     0n1  1p1 + -1e0 + energía    82Pb210  83Bi210 + -1e0     92U239  93Np239 +  3. EMISIÓN GAMMA 52Te125  52Te125 + 

Isóbaro, Isótopo e Isótono ISOBARO: Son aquellos núcleos atómicos con el mismo número de masa (A), pero diferente número atómico (Z). ISOTOPO: Mismo Z, distinto A ISOTONO: Mismo numero de neutrones en especies diferentes

Repasemos Cuando un átomo radiactivo emite una partícula alfa, la masa del átomo resultante disminuye en cuatro unidades y el número atómico en dos. Cuando un átomo radiactivo emite una partícula beta, el número atómico aumenta en una unidad y la masa atómica se mantiene constante. Cuando un núcleo excitado emite radiación gamma, no varían ni su masa ni su número atómico, solo pierde una cantidad de energía “hv”.

Vida Media (t½) Ejemplos: ----- Notas de la reunión (06-04-16 10:04) ----- La camila no trajo el guatero

Ejemplo Vida Media (t½) En un reactor nuclear se producen 16 gramos de Níquel radiactivo, el cual tiene un período de semidesintegración de 36 horas. Luego de 3 días la masa residual de Níquel (en gramos) será: A) 32 B) 16 C) 8 D) 4 E) 2

EJERCICIO

TRANSMUTACION NUCLEAR Rutherford (1919) Transmutación Nuclear : Modificación núcleo atómico. Ejemplos: 147N + 42He ------ 178O+ 11H 23592U + 11H ------ 23291Pa+ 42He 2713Al + 01n ------ 2411Na + 42He

Al balancear una ecuación nuclear, se deberá cumplir que El número total de protones y neutrones en los productos y en los reactantes debe ser el mismo (conservación de la masa). El número total de cargas nucleares en los productos y en los reactantes debe ser el mismo (conservación de la carga nuclear).

EFECTOS DE LA RADIACIÓN EN EL ORGANISMO Electromagnética o de partículas. 80% total de la radiación proviene de fuentes naturales, por ejemplo, de los rayos cósmicos que llegan del espacio exterior; la radiación infrarroja, visible y ultravioleta provenientes del sol y de los radioisótopos naturales, especialmente del gas radón. El 20% restante proviene de fuentes artificiales, por ejemplo, de las estaciones radiales y de televisión de donde recibimos ondas de radio; de los hornos microondas recibimos precisamente microondas; de los rayos X al tomarnos radiografías, entre otros. ¿CÓMO AFECTAN ESTAS RADIACIONES EN EL ORGANISMO?

Pero también existen efectos tardíos, como el cáncer. ¿DE QUE DEPENDE EL DAÑO PRODUCIDO? Tipo de radiación Dosis recibida Tiempo de exposición Tipo de tejido afectado y Sensibilidad individual. ¿Qué daños pueden ser observados? Los daños pueden ser agudos y casi inmediatos como quemaduras de la piel. Pero también existen efectos tardíos, como el cáncer.

Unidades Absorción Para medir la energía absorbida de una cantidad dada de radiación se utilizan el gray (Gy), que corresponde a la absorción de 1 J de energía por kilogramo de tejido. El rad, unidad de uso más frecuente en medicina, con una equivalencia igual a: 1 Gy = 100 rad.

Unidades Daño Biologico Para expresar el daño biológico en términos de la cantidad real de radiación absorbida, se utilizan el rem y el sievert (Sv). Donde 1 Sv = 100 rem

PROTECCION RADIOLOGICA Conjunto de medidas y estrategias para evitar los efectos nocivos de las radiaciones ionizantes. Puede tratarse tanto de sustancias que se toman antes de una sesión como materiales para aislarse de dichas radiaciones a) Plomo b) Uso de yodo no radioactivo c) Concreto d) Agua

Episodios negativos Uso energía Nuclear

Efectos de un accidente…

NUBE HONGO

EJERCITACIÓN PSU 3. La antipartícula del e- es el: Muon Positrón Hadron Quark up Gravitón 4. Que serie de desintegración es correcta: 90232Th  --->  24He  +  87228Ra 90232Th  --->  14He  +  88228Ra 90232Th  --->  24He  +  88229Ra 90232Th  --->  24He  +  89228Ra 90232Th  --->  24He  +  88228Ra

EJERCITACIÓN PSU 1. Las radiaciones alfa son muy ionizantes debido a: Su pequeña masa comparativamente con los otros tipos de radiación Debido a que se mueven a velocidades superiores que un e- Ionizan indirectamente Su gran masa y energía cinética permite choques mas efectivos Todas las anteriores son correctas 2. La emisión de partículas beta corresponde a: Electrones de envoltura muy energéticos Núcleos de Helio Electrones nucleares, producidos por transmutaciones en el núcleo Emisión de energía producto de la estabilización de un núcleo radiactivo Rayos X

Aplicación

FIN