TECNOLOGIA NUCLEAR

FORCES DE LA NATURALESA Les forces a distància s’anomenen interaccions. Es coneixen quatre tipus de forces a distància, que són els quatre tipus de interaccions.

TIPUS D’INTERACCIONS: INTERACCIONS GRAVITATÒRIES. INTERACCIONS ELECTROMAGNÈTIQUES. INTERACCIONS NUCLEARS FORTES. INTERACCIONS NUCLEARS DÈBILS.

CAMP GRAVITATÒRI Regió de l’espai, al voltant d’una massa, on es poden notar les forces gravitatòries. La interacció gravitatòria és una manifestació de la massa dels cossos. És una força d’atracció, d’interacció mútua a distància entre dues masses. Està aplicada en el centre de gravetat del cos. És directament proporcional al producte de les masses i és inversament proporcional al quadrat de la distància respecte dels centres de masses.

FORÇA GRAVITATÒRIA: LLEI UNIVERSAL DE GRAVITACIÓ F: Mòdul de la força gravitatòria. G: Constant universal de gravitació G=6,67.10-11 N.m2.Kg-2 m1 i m2 : les masses. d: distància entre centres de gravetat de les dues masses.

INTERACCIONS ELECTROMAGNÈTIQUES ELECTROMAGNETISME = ELECTRICITAT + MAGNETISME

CAMP ELÈCTRIC És la regió de l’espai, al voltant d’una càrrega elèctrica, on es poden notar les forces elèctriques. Les forces elèctriques actuen sobre les càrregues elèctriques. La càrrega elèctrica és una propietat intrínseca de la matèria. Existeixen dos tipus de càrregues: Positives Negatives

FORÇA ELÈCTRICA: LLEI DE COULOMB La força elèctrica és directament proporcional al producte de els càrregues i inversament proporcional al quadrat de la distància. És d’atracció si les càrregues són diferent i és de repulsió si les càrregues són iguals. F: mòdul de la força elèctrica. k: constant elèctrica (9.109 N.m2.C-2 sense medi dialèctic) q1 i q2 són les càrregues elèctriques d: és la distància entre les càrregues.

CAMP MAGNÈTIC És la regió de l’espai, al voltant d’una càrrega elèctrica en moviment o d’un imant, on es poden notar les forces magnètiques. L’origen del magnetisme són les càrregues elèctriques en moviment.

FORÇA MAGNÈTICA La força magnètica la creen les càrregues elèctriques en moviment. q: càrrega elèctrica. v: velocitat de la càrrega elèctrica. B: camp magnètic. : angle entre el vector velocitat i el vector camp magnètic. Aquesta força és perpendicular al pla que conté al vector velocitat v i el vector camp B

INTERACCIONS NUCLEARS FORTES Són les forces de dins el nucli. Els protons i neutrons que tenim dins el nucli estan format per quarks. Les forces nuclears fortes són les responsables de la interacció entre els quarks, i de la formació del nucli.

INTERACCIONS NUCLEARS DÈBILS Són forces d’interacció entre qualsevol tipus de partícules elementals. Són les forces responsables d’alguns processos nuclears, com per exemple els de desintegració radioactiva.

COMPOSICIÓ DE LA MATÈRIA MOLÈCULES: agrupació d’àtoms. ÀTOMS: Escorça: electrons Àtom neutre: mateixa quantitat de protons i electrons. Ió: és un àtom que ha guanyat o perdut electrons. Nucli. NUCLI: Dos partícules fonamentals: Protons Neutrons Nucleó: partícula del nucli.

CARACTERITZACIÓ DEL NUCLI NOMBRE ATÒMIC (Z): És el nombre de protons. És el que caracteritza al nucli NOMBRE MÀSSIC (A): És el nombre de protons i neutrons. ISÒTOPS: són nuclis amb la mateixa quantitat de protons, però amb diferent quantitat de neutrons. NOMBRE NEUTRÒNIC (N): És el nombre de neutrons. Els neutrons donen estabilitat al nucli.

MASSA ATÒMICA MASSA NUCLEAR MASSA ATÒMICA: és la mitjana de les masses dels isòtops. MASSA NUCLEAR: és la massa atòmica menys la massa dels electrons. UNITAT DE MASSA ATÒMICA (u): Es defineix com la dotzena part de la massa de l’isòtop 12C. Per això, la massa atòmica del 12C és 12 u. Equivalència: 1 u = 1.660559·10-27 kg. MASSA D’UN PROTÓ: mp=1,007277 u. MASSA D’UN NEUTRÓ: mn=1,008665 u. MASSA D’UN ELECTRÓ: me=0,000549 u.

DIMENSIONS RADI ATÒMIC: RADI NUCLEAR: Àtom d’hidrogen: A=1 Nucli d’hidrogen: A=1

ENERGIA NUCLEAR ENERGIA DE FORMACIÓ DEL NUCLI: DEFECTE DE MASSES (Δm): És l’energia necessària per la unió dels protons i neutrons per a formar el nucli. DEFECTE DE MASSES (Δm): La massa d’un nucli ja format sempre és menor que la suma de masses dels protons i neutros que el formen per separat. La diferència de masses entre els nucleons aïllats i quan constitueixen un nucli rep el nom de defecte de masses. ENERGIA D’ENLLAÇ: Per la teoria de la relativitat de l’Albert Einstein, sabem que la massa és una manifestació de l’energia, amb l’expressió: E= m.c2. Quant el nucli es forma, desapareix part de la massa (Δm) perquè s’ha transformat amb energia: E= Δm.c2.

ESTABILITAT NUCLEAR NUCLIS ESTABLES: NUCLIS INESTABLES: Són aquells nuclis que no pateixen cap transformació de manera natural. NUCLIS INESTABLES: Són nuclis que tenen una tendència natural a descompondre’s en nuclis diferents emeten partícules elementals.

ESTABILITAT NUCLEAR BANDA D’ESTABILITAT: Z<83 En la taula periòdica, fins a Z=30, el nombre de protons coincideix amb el nombre de neutrons: Z=N. Per a Z>30, augmenta el nombre de neutrons en proporció al de protons: N>Z. Els neutrons donen estabilitat al nucli.

ESTABILITAT NUCLEAR BANDA D’INESTABILITAT: Z>83 A partir de Z>83, els nuclis són inestables i ja no és possible, augmentant el nombre de neutrons, l’estabilitat entre la força nuclear i la força de repulsió electrostàtica entre els protons del nucli. Els nuclis inestables són nuclis radioactius naturals. Aquest nuclis inestables tenen com a propietat l’emissió de manera espontània de radiació.

RADIOACTIVITAT NATURAL És l’emissió per part del nucli de partícules o energia. RADIACIÓ RADIOACTIVA: És el conjunt de partícules emeses per una mostra radioactiva. TIPUS DE RADIACIÓ: PARTÍCULES α PARTÍCULES β β- β+ RADIACIÓ 

PARTÍCULES α Les partícules α són nuclis d’heli: Quan un nucli emet una patícula α, el nombre màssic disminueix en 4 i el nombre atòmic en 2:

CARACTERÍSTIQUES DE LES PARTÍCULES α Poder de penetració petit (full de paper), perquè son grans. Elevat poder d’ionització. Contaminació elevada i danys biològic. Quan ha perdut gairebé tota la seva energia (velocitat petita), atrapa un parell d’electrons i es converteix en heli.

PARTÍCULES β- Les partícules β- són electrons: Quan un nucli emet una patícula β-, el nombre màssic es manté invariable i el nombre atòmic augmenta en 1: Internament el que passa és que un neutró es transforma amb un protó

PARTÍCULES β+ Les partícules β+ són positrons: Els positrons són electrons positius (són l’antipartícules dels l’electrons) Quan un nucli emet una patícula β-, el nombre màssic es manté invariable i el nombre atòmic disminueix en 1: Internament el que passa és que un protó es transforma amb un neutró.

CARACTERÍSTIQUES DE LES PARTÍCULES β+ i β- Són partícules molt petites. Poden penetrar un gruix d’uns quants mil·límetres. La seva trajectòria no és lineal A velocitats petites, es recombina amb un àtom. Contaminació amb dany biològic i mediambiental.

RADIACIÓ  El nucli emet energia en forma d’ona electromagnètica. Normalment després d’emetre una partícula β- el nucli queda excitat. Es desexcita emeten un fotó: E=h. nombre màssic i el nombre atòmic es mantenen invariables. La reacció nuclear associada és:

CARACTERÍSTIQUES DE LA RADIACIÓ  Té un gran poder de penetració: pot travessar alguns centímetres de materials molt densos (plom). El seu poder d’ionització no és tant elevat. Té importància en irradiació i contaminació mediambiental.

CAPTURA ELECTRÒNICA K No és cap radiació del nucli, però la reacció nuclear és semblant. Un electró de la primera òrbita (k) és capturat pel nucli. Internament el que pasa és que un protó, al capturar l’electró, es transforma amb un neutró. el nombre màssic es manté invariable i el nombre atòmic disminueix en 1:

DESINTEGRACIÓ RADIOACTIVA Els nuclis radioactius emeten certes partícules i es transformen en uns nuclis diferents. La velocitat de desintegració és proporcional al nombre de nuclis: λ: constant de desintegració. LLEI DE DESINTEGRACIÓ:

DESINTEGRACIÓ RADIOACTIVA VIDA MITJANA o PERÍODE DE SEMIDESINTEGRACIÓ ( o T1/2) És el temps que tarda una mostra a reduir-se a la meitat: ACTIVITAT RADIOACTIVA (R): És el nombre de desintegracións per segons: És proporcional al nombre de nuclis: Llei de l’activitat radioactiva: Unitats: Becquerel (Bq) Curi (Ci): 1Ci=3,7·1010Bq

SÈRIES RADIOACTIVES NATURALS SÈRIE RADIOACTIVA: Família o cadena de nuclis que s’obté al anar-se desintegrant en nuclis succesius. En la naturalesa hi ha tres sèries: Sèrie de l’urani: S’inicia amb l’isòtop 238U. Sèrie del tori: S’inicia amb l’isòtop 232Th. Sèrie de l’actini: S’inicia amb l’isòtop 235U Les tres sèries acaben amb isòtops del plom.

REACCIONS NUCLEARS NATURALS: ARTIFICIALS: PARTÍCULES α PARTÍCULES β β- β+ RADIACIÓ  ARTIFICIALS: CONTROLADES: centrals nuclears. DESCONTROLADES: bombes nuclear. FISSIÓ FUSIÓ

REACCIONS NUCLEARS ARTIFICIALS Es provoca una col·lisió entre un projectil i un nucli (blanc), i sobtenen altres nuclis, partícules i energia. Projectils: Protons, neutrons, electrons….. S’obtenen en els acceleradors de partícules. L’energia de la reacció ve donada pel defecte de masses. En tota reacció nuclear es conserven el nombre màssic i el nombre atòmic.

FISSIÓ NUCLEAR Un nucli pesat es trenca en dos nuclis al bombardejar-los amb neutrons que tenen una energia de l’ordre de 1MeV.

CENTRALS NUCLEARS

PRODUCCIÓ D’ENERGIA ELÈCTRICA A ESPANYA CENTRALS TÈRMIQUES: 51% CENTRALS NUCLEARS: 29% CENTRALS HIDRÀULIQUES: 20%

PARTS D’UNA CENTRAL NUCLEAR CIRUIT PRIMARI: REACTOR CIRCUIT SECUNDARI: GENERADOR DE VAPOR CIRCUIT TERCIARI: TORRE DE REFRIGERACIÓ

CIRCUIT PRIMARI REACTOR VAS DEL REACTOR MODERADOR BARRES DE CONTROL NUCLI DEL REACTOR FONT DE NEUTRONS COMBUSTIBLE NUCLEAR MODERADOR BARRES DE CONTROL REFRIGERANT: CIRCUIT PRIMARI. BOMBA D’IMPULSIÓ.

CIRCUIT SECUNDARI GENERADOR DE VAPOR TURBINA DE VAPOR ALTERNADOR CONDENSADOR BOMBA D’IMPULSIÓ.

CIRCUIT TERCIARI VESCANVIADOR DE CALOR. TORRE DE REFRIGERACIÓ BOMBA D’IMPULSIÓ.

CENTRAL NUCLEAR

CENTRAL TÈRMICA

FUSIÓ NUCLEAR Es fan col·lisionar dos nuclis lleugers a gran velocitat fins a aconseguir un nucli més gran i energia. Per aconseguir la fisió cal escalfar els àtoms fins a temperatures de centenars de milions de graus centígrads. A aquestes temperatures els àtoms s’ionitzen totalment perdent tots els seus electrons. És el plasma.

FUSIÓ NUCLEAR La majoria dels experiments de fusió es fan per confinament del plasma en un camp magnètic. L’energia s’obté del defecte de massa: La massa del nucli més passat és més petita que la massa dels nuclis abans de fusionar-se. Aquesta massa s’ha transformat en energia: E=Δm.c2. El sol i les estrelles son immenses centrals de fusió: El deuteri i el triti es transforma en heli.

BOMBES NUCLEARS Una bomba nuclear és una reacció en cadena totalment descontrolada. Bàsicament n’hi ha de dos tipus: Bombes A: de fissió. Urani Plutoni Bombes H: de fusió. Hidrogen. En la Segona Guerra Mundial es va impulsar la seva fabricació per motius militars.

BOMBES NUCLEARS Cronologia històrica: Any 1944: en la base militar de “Los Àlamos (Nuevo Méjico)” Texas es reuneixen el científics per estudiar el nucli i fer proves. 16 de juliol de 1945: prova termonuclear en el desert . 6 d’agost de 1945: bomba d’urani sobre Hiroshima. 9 d’agost de 1945: bomba de plutoni sobre Nagasaki. 10 d’agost de 1945: el Japó es rendeix.

POTÈNCIA DE LES BOMBES NUCLEARS La potència d’una bomba nuclear s’expressa en kilotons (kt) o megatons (mt): Tonelades de l’explosiu més fort convencional: la TRILITA (trinitrotoluè) La bomba de Hiroshima: 20 kt Han anat augmentant la potència: 100 kt.....500 kt Bomba “H”: 20 mt

EFECTES BOMBA HIROSHIMA distància velocitat danys materials personals (m) vent (km/h) 750 800 destrucció destrucció total total 1250 450 destrucció murs 50% morts fins a 50 cm entre 2 i 12 set. 1600 300 esquerdes murs cremades de de formigó 3r grau 2400 160 grans desperfectes cremades de en els edificis 2n grau 3300 80 sostres arrencats cremades de 1r grau Desperfectes materials de menor importància fins a 12.000 m.

EFECTES BIOLÒGICS DE LA RADIACIÓ Altera el bon funcionament de les cèl·lules: les ionitza. Les conseqüències sobre l’organisme: Somàtiques Genètiques.

DANYS SOMÀTICS Es quan la radiació només actua sobre les cèl·lules no reproductives Un excés de radiació pot originar càncer. Si l’intensitat és dèbil, o de curta durada, pot afectar les cèl·lules sense destruir-les del tot i aleshores elles mateixes tenen la capacitat de regenerar-se.

DANYS GENÈTICS Es produeixen en els gens de les cèl·lules reproductores. Pot conduir a defectes en la descendència de l’organisme.

DE QUÈ DEPÈN L’ALTERACIÓ BIOLÒGICA? L’alteració biològica depèn de: De la intensitat de la radiació: Enegia absorbida: DOSI Tipus de radiació: FACTOR RBE Del temps d’exposició.

TIPUS DE DOSIS: DOSI ABSORBIDA: DOSI EQUIVALENT: DOSI EFECTIVA: GRAY RAD DOSI EQUIVALENT: FACTOR RBE DOSI EFECTIVA: REM

DOSI ABSORBIDA És la quantitat de radiació (energia) que absorbeix una substància. UNITATS: GRAY (Gy): és la unitat en SI de dosi radioactiva. Un cos de 1 Kg absorbeix 1 Gy quan l’energia dipositada equival a 1 J. RAD (rad): 100 rad = 1 Gy.

DOSI EQUIVALENT: FACTOR RBE: efectivitat biològica relativa. És el factor que pondera el dany biològic depenen del tipus de radiació: alfa, beta, gamma, neutrons, protons, ions postas… Cada una d’aquestes partícules afecta de manera diferent pel que fa a la destrucció del sistema orgànic.

DOSI EQUIVALENT: FACTOR RBE: efectivitat biològica relativa. FACTOR RBE: efectivitat biològica relativa. Es defineix com el nombre de rad de radiació X o gamma que produeix el mateix dany biològic que un rad de radiació utilitzada. Es pren com a referència (valor unitat) la radiació gamma.

DOSI EQUIVALENT: FACTOR RBE: efectivitat biològica relativa. Taula d’efectivitat biològica relativa: RAIG x I GAMMA: 1 RBE BETA: 1-1,7 RBE ALFA: 10-20 RBE NEUTRONS: LENTS 4-5 RBE RÀPIDS 10 RBE PROTONS: 10 RBE IONS PESATS: 20 RBE

DOSI EFECTIVA: REM DOSI EN REM = DOSI EN RAD x RBE 1 rem de qualsevol radiació produeix el mateix dany biològic

FI