FÍSICA NUCLEAR.

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1 FÍSICA NUCLEAR

2 ¿ Qué es un átomo? La menor porción de sustancia que posee todas las propiedades químicas de un elemento químico dado.

3 ELEMENTO QUÍMICO 1.- MATERIA FORMADA POR ÁTOMOS CON LAS MISMAS PROPIEDADES QUÍMICAS. 2.- LOS ÁTOMOS CONSTITUYENTES SE DENOMINAN ISÓTOPOS.

4 ¿Como están formados los átomos?
Por un núcleo cuya carga eléctrica es positiva y, por electrones, que se mueven en el campo eléctrico del núcleo. Los átomos son eléctricamente neutros.

5 Núcleo Atómico: Sistema enlazado de protones (Z) y neutrones (N) a través de la interacción fuerte. A los protones y neutrones se les denomina NUCLEONES. A: número másico (número de nucleones) Z: número atómico (número de protones)

6 ISÓTOPOS DE UN ELEMENTO QUÍMICO
ÁTOMOS QUE POSEEN EL MISMO Z PERO DISTINTO A. ELEMENTO QUÍMICO HIDRÓGENO (H) - ISÓTOPO HIDRÓGENO 11H - ISÓTOPO DEUTERIO 21H - ISÓTOPO TRITIO 31H

7 Mát  Mnúcleo q=+Ze q =-Ze Radio núcleo ~ 10-15 m (1 fm)
Carga del núcleo: +Ze e = carga de un electrón Radio núcleo ~ m (1 fm) ( veces menor que el del átomo) Masa del átomo concentrada en el núcleo. q=+Ze Mát  Mnúcleo q =-Ze Masa protón = 1836 masa electrón Masa protón ≈ masa neutrón

8 Neutrón: 10n Partícula fundamental componente del núcleo atómico con carga eléctrica cero.
No es una partícula elemental, sino que está compuesto por quarks

9 Protón: 11p ò 11H Partícula fundamental componente del núcleo atómico, con carga eléctrica +e.
No es una partícula elemental, está compuesta por quarks

10 Electrón: 0-1e Partícula elemental componente de la corteza electrónica, con carga eléctrica -e.
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11 Interacción fuerte: Es la más fuerte de la naturaleza
De 100 a 1000 veces más intensa que la electromagnética y 1038 veces más intensa que la gravitatoria. Son fuerzas de atracción, de corto alcance ( m = 1 fm).

12 Gracias a ella el núcleo atómico es un sistema enlazado de nucleones a pesar de la interacción electromagnética repulsiva entre los protones

13 Propiedades de las fuerzas nucleares.
1- Son fuerzas de corto alcance, actúan en una distancia 1,5 Fermi. 2- Son independientes respecto a la carga o sea actúan por igual entre protón y protón, entre neutrón y protón, entre neutrón y neutrón. Lo que demuestra su carácter no eléctrico. Ver tipo de letra

14 4- Son las de mayor intensidad en la naturaleza.
3- No son fuerzas centrales, o sea, no están en la dirección de la línea recta que une a las dos partículas. 4- Son las de mayor intensidad en la naturaleza. Quitar renglón intermedio

15 Como unidad de masa utilizamos la unidad de masa atómica [uma],
Masa del núcleo. Como unidad de masa utilizamos la unidad de masa atómica [uma], 1uma = 1, kg Ojo ver estos datos revisado hasta aqui

16 1.- MASA ISOTÓPICA→Masa de un isótopo ( ),en uma.
M(isótopo) ≈ A (uma) M(11H) = uma % (abundancia) M(21H) = uma % (abundancia) M(31H) = uma trazas 2.- MASA ATÓMICA→Masa de un átomo irreal, en uma. 3.- MASA MOLAR→Masa de un MOL de unidades, en gramos. Mm(H)= g/mol

17 Sistema no enlazado de nucleones en reposo Núcleo en estado básico
Energía de enlace (DE) Es la energía mínima que hay que darle a un núcleo en un estado dado para desintegrarlo en cada uno de sus nucleones componentes. Núcleo DE Sistema no enlazado de nucleones en reposo Núcleo en estado básico

18 Defecto de masa LA MASA DE LOS NÚCLEOS ES MENOR QUE LA SUMA DE LAS
MASAS DE LOS NUCLEONES (PROTONES Y NEUTRONES) Defecto de masa

19 ENERGÍA DE ENLACE UNIDAD DE DE S.I. → JULIO (J)
OTRA UNIDAD → ELECTRÓN-VOLT (eV) Equivalente masa-energía → 1uma=931.5 MeV

20 ESTABILIDAD DE NÚCLEOS ATÓMICOS ENERGÍA POR NUCLEÓN:
MAYOR ESTABILIDAD → LOS NÚCLEOS SON INESTABLES A PARTIR DE Z=83 (Bi), DEBIDO AL ELEVADO Nº DE NEUTRONES.

21 2.- Reacciones nucleares (artificiales o no espontáneas)
Transformaciones nucleares 1.- Desintegraciones radiactivas (naturales o espontáneas) ,  y radiación  2.- Reacciones nucleares (artificiales o no espontáneas) Fisión y Fusión

22 Desintegración radiactiva: Proceso por el cual los núcleos se transforman espontáneamente en otros núcleos más estables. Todo esto lo realizan emitiendo o bien una partícula  (núcleo de He 42He, positivo), una  (electrones) o un fotón .

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25 LEYES DEL DESPLAZAMIENTO RADIACTIVO
1.- Cuando un núcleo radiactivo X emite una partícula a se convierte en otro núcleo Y con número másico A-4 y nºatómico Z-2. ZAX ----> Z-2A-4Y + 42He EJEMPLO:

26 2.- Cuando un núcleo radiactivo X emite una partícula b(-) o electrón, se convierte en otro núcleo Y con número másico A y nºatómico Z+1. ZAX ----> Z+1AY + 0-1e Ejemplo: La desintegración b(-) del neutrón: 01n ----> 11p + 0-1e + (antineutrino)

27 3.- Cuando un núcleo radiactivo X emite una partícula b(+) o positrón, se convierte en otro núcleo Y con número másico A y nºatómico Z-1. ZAX ----> Z-1AY + 0+1e Ejemplo: La desintegración b(+) del protón: 11p ----> 01n + 0+1e + (neutrino)

28 4.- Cuando un núcleo excitado radiactivo X emite radiación g, se transforma en el mismo núcleo en su estado fundamental. ZAX* ----> ZAX + g EJEMPLO: Un núcleo de protactinio excitado:

29 Desintegración radiactiva
Ley de la desintegración radiactiva. Constante radiactiva λ de una sustancia indica la probabilidad de desintegración por unidad de tiempo.Unidad S.I. (1/s)

30 Tiempo de vida media(t):
Periodo de semidesintegración (T): en ese tiempo la cantidad de núcleos disminuye a la mitad del número original N0 No/2 T½ Tiempo de vida media(t):

31 Actividad de una muestra (A)
A → nº de desintegraciones por unidad de tiempo. Ao A UNIDAD S.I. BECQUEREL (Bq) 1Bq =1desintegración/seg Definir que es la actividad como modulo de dN/dt y poner la palabre actividad quitar esquema y 1ra ecuac aumewentar tvm

32 Un Sievert (Sv) es la unidad que mide esa dosis de radiación.
¿QUÉ ES UN SIEVERT? El daño producido al cuerpo humano por todo tipo de radiaciones se mide con una magnitud denominada dosis de radiación. Un Sievert (Sv) es la unidad que mide esa dosis de radiación. Para darnos una idea de lo que significa esta unidad: - Un TAC transmite 5 mSv. Una radiografía dental transmite 0.05 mSv. El límite anual de dosis para la totalidad del organismo referido a cualquier período de doce meses consecutivos es de 20 mSv.

33 PORCENTAJE DE MUESTRA QUE QUEDA SIN DESINTEGRAR

34 Reacciones nucleares Cuando dos núcleos, venciendo la repulsión culombiana, logran acercarse hasta distancias donde actúan las fuerzas nucleares, puede ocurrir un reordenamiento de los nucleones, dando como resultado que los núcleos producto sean diferentes a los núcleos iniciales.

35 Generalmente son producidas bombardeando núcleos con nucleones.
La reacción es EXOTÉRMICA:DE>0 REACTIVOS → PRODUCTOS Dm = m(reactivos) – m(productos) DE = Dm · c2

36 Reacciones de fisión nuclear
Un núcleo original se bombardea con neutrones. Como productos de la reacción se obtienen dos núcleos más ligeros y más neutrones los cuales producen una reacción en cadena. La reacción es EXOTÉRMICA

37 Reacción de fisión del 235U
EL DEFECTO DE MASA Dm PRODUCE UN DESPRENDIMIENTO DE ENERGÍA POR NÚCLEO DE URANIO. DE = +Dm · 931,5 MeV

38 Reacciones de fusión nuclear
Núcleos pequeños se unen para formar núcleos algo mayores. Los núcleos de hidrógeno se fusionan para dar lugar a núcleos de helio. La reacción es EXOTÉRMICA 38

39 Reacciones de fusión nuclear
DE = +Dm · 931,5 MeV p - p p - d Tipo de letra p - h