INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA NUCLEAR Curso Multimedia de Física. 2º Bachillerato. © Antonio Moya Ansón Nº.Reg.: V

El Núcleo Atómico Principios del Siglo XX Estructura del átomo -Protones, cargas positivas, nucleares -Neutrones, cargas neutras, nucleares -Electrones, cargas negativas, corteza Masa atómica de un isótopo Z, número atómico: nucleones número de protones del núcleo A, número másico:número de nucleones del núcleo N=A-Z número de neutrones del núcleo Isótopos:dos especies de un mismo elemento químico (mismo Z) de distinto A

El Núcleo Atómico Masa atómica de un elementoMedia ponderada de las masas atómicas de sus isótopos naturales Radio del átomo:Angstrom ( m) Radio del Núcleo:Fermi ( m) Densidad del núcleo: ¡Enorme! Ejercicio 1

La Energía de Enlace Nuclear. Estabilidad Nuclear La masa de cualquier núcleo es, siempre, menor que la suma de la masa de sus nucleones M núcleo (uma) M Tnucleones (uma) 3·m p +4·m n =  M=M Tnucleones -M núcleo (uma) ·m p +110·m n = Ejercicio 2 Medida de la estabilidad de los núcleos Ejercicio 3

La Energía de Enlace Nuclear. Estabilidad Nuclear Se puede estudiar la estabilidad de los núcleos representando gráficamente la Energía de enlace por nucleón en función de A... Ejercicio 4 El elemento más estable es el hierro Si un núcleo pesado (A>85) se fragmentara por la mitad, los núcleos resultantes serían más estables El núcleo que resultara de juntar dos núcleos ligeros sería mucho más estable Fisión nuclear Fusión nuclear Ejercicio 5 Ejercicio 6

La Radiactividad Natural Emisión de radiaciones por el núcleo de algunos elementos químicos que los hace inestables Partículas  Henri Becquerel ( ) 1896Sales de Uranio Rayos muy penetrantes Impresionaban las placas fotográficas Descargaban los cuerpos electrizados RadioTorioPolonio······ Núcleos de Helio 1ª ley de Soddy-Fajans Partículas  Electrones rápidos 2ª ley de Soddy-Fajans Partículas  Radiación electromagnética que emite el núcleo, excitado después de una emisión  o 

La Radiactividad Natural Partículas  Electrones rápidos Positrones rápidos Estabilidad de los núcleos La relación entre Z y N es fundamental para entender la inestabilidad de un núcleo La interacción fuerte ha de compensar la repulsión eléctrica entre protones, por lo que el número de neutrones debe aumentar más deprisa. Pero llega un momento en el que la estabilidad ya no es posible (Z>82) Radioisótopos Ejercicio 7

Leyes de la Desintegración Radiactiva Leyes estadísticas que rigen la evolución de la muestra radiactiva con el tiempo, en función de los procesos de desintegración radiactiva Actividad, A Número de desintegraciones por unidad de tiempo Período de semidesintegración, T Tiempo necesario para que se desintegren la mitad de los átomos existentes en el instante inicial Ejercicio 8 Vida media,  Tiempo necesario para que se desintegre toda la muestra si A fuese constante Ejercicio 9 Ejercicio 10 Ejercicio 11 Ejercicio 12 Ejercicio 13 Ejercicio 14

Aspecto Energético de las Reacciones Nucleares Reacciones Nucleares: Transformaciones de unos núcleos en otros provocadas por bombardeo de partículas elementales o núcleos ligeros Se conserva: -Cantidad de movimiento -Momento Cinético -Energía Total -Número de nucleones -Carga eléctrica -Número de spin RADIOISÓTOPO ¡Combustible escaso! Radioisótopo Piones,  Partículas de intercambio de la interacción fuerte

Aspecto Energético de las Reacciones Nucleares Neutrones lentos Son los mejores proyectiles Balance de Energía, Q La energía debe conservarse, Q mide la energía absorbida o liberada en la reacción Reacción endotérmica: Reacción exotérmica: Ejercicio 15Ejercicio 16Ejercicio 17

La Fisión Nuclear. Los reactores nucleares Núcleos pesados, como el 235 U o el 239 Pu, se rompen, al ser bombardeados por neutrones, en dos núcleos de tamaño intermedio, más unos pocos neutrones más energía Proyectiles: Neutrones lentos TAMAÑO CRÍTICO Reacción en cadena

La Fisión Nuclear. Los reactores nucleares Si la muestra supera el tamaño crítico, se superan en un segundo fisiones Aplicaciones de la fisión Bomba atómica: Reactores nucleares Combustible: 235 U o 239 Pu Moderador: H 2 O, C, o D 2 O Barras absorbentes: B o Cd

La Fisión Nuclear. Los reactores nucleares Central Nuclear de Vandellòs, Tarragona

La Fisión Nuclear. Los reactores nucleares Reactores nucleares Inconvenientes: Eliminación de residuos Tiempo de vida corto del reactor Combustible escaso Alternativa: Reactores Reproductores

Algunas aplicaciones de los radioisótopos Los radioisótopos son unos “sustitutos radiactivos” de los elementos estables, por lo que intervienen en las reacciones químicas Fechar una muestra orgánica antigua Método del 14 C Muestra orgánica viva Muestra orgánica muerta Tiempo transcurrido Trazadores en estudios biológicos Ejercicio 18 Velocidad reacciones químicas Oclusiones arteriales Funcionamiento del hígadoFuncionamiento de las glándulas tiroideas Localización de tumores cancerosos

Algunas aplicaciones de los radioisótopos Tratamiento de células cancerosas Radiación  Destrucción de células en mitosis Uso médico de los Radioisótopos

La Fusión Nuclear Unión de dos núcleos muy ligeros para obtener uno más estable Proceso muy energéticoRepulsión eléctrica entre núcleospero Temperatura de ignición:100 millones de grados Estrellas · · · Energía de futuro: Abundancia de combustible Ausencia de residuos Imposibilidad de reacción en cadena Confinamiento magnético láseres Ejercicio 19 Ejercicio 20Ejercicio 21