UNIDAD Nº 11.- FÍSICA NUCLEAR

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1 UNIDAD Nº 11.- FÍSICA NUCLEAR
Introducción. Radiactividad natural. Partículas radiactivas. Magnitudes características de la desintegración radiactiva. Período de desintegración radiactiva. Vida media. Estabilidad de los núcleos. Defecto de masa y energía de enlace. Modelos nucleares Leyes del desplazamiento radiactivo. Series radiactivas. Reacciones nucleares. Radiactividad artificial. Fisión nuclear. Reactores nucleares Fusión nuclear. Procesos de fusión nuclear en las estrellas. Física de las partículas

2 FÍSICA NUCLEAR 11.0.- Radiactividad natural
1.- Descubrimiento de la Radiactividad Natural: Descubrimiento del físico A. Henry Becquerel en 1896 con la pechblenda, E. Rutherford identificó en 1899, dos tipos diferentes de radiación a los que llamó radiación  y radiación .  En 1900 se descubrió un tercer tipo de radiación: la radiación 

3 Partícula b Partícula g Partícula a Partícula g Partícula b Partícula a

4 11.1.- Radiactividad natural. Características
FÍSICA NUCLEAR Radiactividad natural. Características RAYOS a Son núcleos de Helio: Son muy ionizantes Poca capacidad de penetración. Son frenados por una lámina de papel. 2. RAYOS b Becquerel los identificó con los rayos catódicos: electrones Mucho más ligeros y menos ionizantes que los rayos a Poco penetrantes: los frena una fina lámina metálica 3. RAYOS g Son fotones de alta energía ( más que los Rayos X). Son ionizantes de forma indirecta, produciendo electrones muy energéticos Muy penetrantes: los frena lámina de acero de 8 cm o un bloque de hormigón de 1 m

5 11. 2. 1.- Actividad y período de semidesintegración radiactiva.
FÍSICA NUCLEAR Magnitudes características de la desintegración radiactiva. Actividad y período de semidesintegración radiactiva. - dN = l N dt l es la constante de desintegración radiactiva. Actividad (Ac) o velocidad de desintegración: Nº de núcleos desintegrado por unidad de tiempo 1 Bq= 1 desint /s 1 Ci = desint /s = Bq

6 11. 2. 1.- Actividad y período de semidesintegración radiactiva.
FÍSICA NUCLEAR Magnitudes características de la desintegración radiactiva. Actividad y período de semidesintegración radiactiva.

7 11. 2.- Magnitudes características de la desintegración radiactiva.
Tiempo de semidesintegración T = Período de semidesintegración Vida media. Equivale a la inversa de de la constante de desintegración, l. Se representa por la letra t

8 FÍSICA NUCLEAR

9 FÍSICA NUCLEAR Estabilidad de los núcleos.

10 FÍSICA NUCLEAR Tamaño del núcleo R = R0 A 1/3 Densidad nuclear
R0 = 1, m; es constante e igual para todos los núcleos R = R0 A 1/3 Densidad nuclear

11 FÍSICA NUCLEAR Son fuerzas atractivas de gran intensidad
CARACTERISTICAS DE LAS FUERZAS NUCLEARES. Son fuerzas atractivas de gran intensidad Son de corto alcance e independiente de la carga 3. A distancias muy cortas, las fuerzas nucleares se hacen repulsivas. Distancias entre Nucleones = Cte; V/A = Cte. 4. Presentan efecto de saturación. Partícula mediadoras: I. fuerte: gluón I. débil: bosón

12 Origen de la energía de ligadura o de enlace: DE = dm c2
FÍSICA NUCLEAR Defecto de masa y energía de enlace. La energía de enlace se define como la energía necesaria para separar los nucleones de un núcleo, o bien como la energía que se libera cuando se unen los nucleones para formar el núcleo Origen de la energía de ligadura o de enlace: DE = dm c2 Equivalencia en energía de la unidad de masa atómica:

13 FÍSICA NUCLEAR dm= [Z mp+( A - Z)mn ] – M ;
Cálculo del defecto de masa : Energía de ligadura: E = dm c2 = [( Z mp+( A - Z)mn ) – M ] x c2 Ejemplo: Cálculo del defecto de masa para el núcleo del potasio, 1939K

14 FÍSICA NUCLEAR Ejemplo: Cálculo del defecto de masa para el núcleo del potasio, 1939K

15 FÍSICA NUCLEAR

16 FÍSICA NUCLEAR Ideado por G. Gamov y desarrollado por N. Borh (1936)
Modelos nucleares Modelo de la gota líquida Ideado por G. Gamov y desarrollado por N. Borh (1936) Movimiento al azar de los nucleones. Energía de enlace del núcleo Energía de volumen Energía superficial Energía de repulsión electrostática.

17 FÍSICA NUCLEAR 11. 3. 2.2 .- Modelo nuclear de capas
Cada nucleón interacciona con el campo de fuerza del resto de nucleones. Los nucleones se sitúan en capas por orden de energía creciente. La separación energética entre capas es mucho mayor que en las estructuras electrónicas. La emisión de energía por tránsito entre capas está en la zona de los rayos g del espectro.

18 FÍSICA NUCLEAR Desintegración a +
Leyes del desplazamiento radiactivo. Desintegración a +

19 FÍSICA NUCLEAR Desintegración b +
Leyes del desplazamiento radiactivo. Desintegración b + + +

20 FÍSICA NUCLEAR Desintegración g + g
Leyes del desplazamiento radiactivo. Desintegración g + g

21 FÍSICA NUCLEAR Desintegración b+ +
Leyes del desplazamiento radiactivo. Desintegración b+ + + +

22 FÍSICA NUCLEAR Captura electrónica
Leyes del desplazamiento radiactivo. Captura electrónica + + +

23 FÍSICA NUCLEAR Leyes del desplazamiento radiactivo.

24 FÍSICA NUCLEAR Reacciones nucleares. Deduzca el núcleo resultante después que el isótopo 238U sufra una emisión a, 2 emisiones B y 5 emisiones a sucesivamente.

25 FÍSICA NUCLEAR Reacciones nucleares. Radiactividad artificial O N C Be

26 FÍSICA NUCLEAR Reacciones nucleares.

27 FÍSICA NUCLEAR Reacciones nucleares. Balance energético

28 Q < 0 Endoenergética; Q > 0 Exoenergética
FÍSICA NUCLEAR Reacciones nucleares. Balance energético Q < 0 Endoenergética; Q > 0 Exoenergética Necesita una energía umbral

29 FÍSICA NUCLEAR Calcule la energía cinética mínima de las partículas a, para que se produzca la reacción : Datos: 24Mg = 23, u; 4He = 4, u; 1H = 1, u; 27Al = 26, u; 1 u = 931 MeV

30 FÍSICA NUCLEAR Calcule la energía cinética mínima de las partículas a, para que se produzca la reacción :

31 FÍSICA NUCLEAR Fisión nuclear Ejemplos: A) B)

32 FÍSICA NUCLEAR dm = ( MU + mn ) – (MSr + Mxe + 2 mn )
Fisión nuclear Balance energético de la fisión nuclear dm = ( MU + mn ) – (MSr + Mxe + 2 mn ) dm = ( 235, ,0087 ) – ( · ) dm = 0,1648 u Energía desprendida: DE = dm c2

33 FÍSICA NUCLEAR Considere la reacción nuclear que se da a continuación. Explique de qué tipo de reacción se trata y calcule la energía liberada por núcleo de uranio.¿Qué cantidad de 235U se necesita para producir 1 GWh? 235U = 235,128 u; 133Sb = 132,942 u; 98Nb = 98,932 u; 1n = 1,0086 u; 1 u = 1,66 x kg; c = 3 x 108 m/s; NA = 6,02 x 1023 mol-1 dm = [( 235, ,0086 ) – ( · )] u dm = 0,2282 u

34 Energía desprendida: DE = dm c2
FÍSICA NUCLEAR dm = 0,2282 u Energía desprendida: DE = dm c2

35 FÍSICA NUCLEAR Fisión nuclear: reacción en cadena

36 FÍSICA NUCLEAR Fisión nuclear: reacción en cadena

37 FÍSICA NUCLEAR Fisión nuclear. Reactores nucleares

38 FÍSICA NUCLEAR 11.6.1.- Fisión nuclear. Reactores nucleares

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40 FÍSICA NUCLEAR Fusión nuclear 1.- CICLO PROTÓN-PROTÓN

41 FÍSICA NUCLEAR Fusión nuclear p p n p p n p p n

42 FÍSICA NUCLEAR 11.7.- Fusión nuclear
p n p p n p p n LA REACCIÓN GLOBAL DEL CICLO DEL PROTÓN ES:

43 FÍSICA NUCLEAR Fusión nuclear

44 FÍSICA DE LAS PARTÍCULAS

45 FÍSICA DE LAS PARTÍCULAS
FERMIONES BOSONES

46 FÍSICA DE LAS PARTÍCULAS

47 FÍSICA DE LAS PARTÍCULAS Partículas fundamentales:
B) QUARKS A) LEPTONES Partículas fundamentales: A) LEPTONES Neutrino tauón. nt Neutrino tauónico Neutrino muón. nm Neutrino muónico Neutrino elec. ne Neutrino electrónico +1 t+ Tau -1 t- m+ Muón m- e Positrón - 1 Electrón CARGA SÍMBOLO ANTIPARTÍCULA ESPÍN NOMBRE

48 FÍSICA DE LAS PARTÍCULAS
B) QUARKS - 2/3 antitop + 2/3 t top + 1/3 antibottom - 1/3 b bottom anticharm c charm antistrange s strange antidown d down antiup u up CARGA SÍMBOLO ANTIPARTÍCULA ESPÍN NOMBRE

49 FÍSICA DE LAS PARTÍCULAS
PROTÓN NEUTRÓN d u d u d u udd uud

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53 FÍSICA DE LAS PARTÍCULAS

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