IDEAS DE

JAVIER DE LUCAS

RADIACTIVIDAD

Propiedad que presentan los núcleos de algunos átomos de desintegrarse emitiendo

radiaciones y transformándose en otros

átomos más estables.

HISTORIABecquerelBecquerel: descubridor del fenómeno de la Radiactividad (1896)

Marie y Pierre CurieMarie y Pierre Curie: descubridores de los elementos Radio y Polonio (1898)

RutherfordRutherford: revela la estructura del átomo, con electrones girando en torno a un núcleo masivo (1911)

ChadwickChadwick: descubre el neutrón(1932)

Hahn, Strassmann y Hahn, Strassmann y MeisnerMeisner: dividen el 238U según un proceso de fisión (1938)

Frederick SoddyFrederick Soddy: introduce el concepto de isótopo (1913)

DESCUBRIMIENTO DE LOSELEMENTOS

1898: Polonio (Z=84)Radio (Z=88)

1899: Actinio (Z=89)

1908: Radón (Z=86)

1917: Protoactinio (Z=91)

1939: Francio (Z=87)

1940: Astato (Z=85)Neptunio (Z=93)

1941: Plutonio (Z=94) 1965: Nobelio (Z=102)Lawrencio (Z=103)

1955: Mendelevio (Z=101)

1949: Berkerelio (Z=97)

1950: Californio (Z=98)

1952: Einstenio (Z=99)Fermio (Z=100)

1944: Americio (Z=95)Curio (Z=96)

1994: Elemento 110Elemento 111

1970: Hahnio (Z=105)

1969: Rutherfordio (Z=104)

1974: Seaborgio (Z=106)1981: Nielsbohrio

(Z=107)1982: Meitnerio (Z=109)1984: Hassio (Z=108)

1996: Elemento 112

EL NÚCLEO

Tamaño de átomo: r ≈ 10-10 mTamaño del núcleo: r = 1’4·10-15 A1/3m

Los átomos con números pares de neutrones y protones son mucho más

frecuentes que con cualquier otra configuración

Z N Nº de especies

Impar Impar 4

Impar Par 50

Par Impar 55

Par Par 165

Z = nº de protones

A = nº de nucleones

A - Z = nº de neutrones

ISÓTOPOSIsótopos

Nucleidos con el mismo mismo número de protonesnúmero de protones pero

diferente número de neutrones.

Mismo número atómico Z, distinto número másico A

Ej: 11H 2

1H y 31H

IsótonosNucleidos con distinto

número de protones pero el mismo número de mismo número de

neutrones.neutrones.

Distinto número másico A, distinto número atómico Z

Ej: 136C y 14

7N

IsóbarosNucleidos con distinto número de protones y

neutrones pero el mismo mismo número másico.número másico.

Mismo número másico A, distinto número atómico Z

Ej: 146C y 14

7N

IsómerosNucleidos con el mismo mismo número de protones y número de protones y

neutronesneutrones pero diferente nivel de energía nuclear.

Mismo número atómico Z, mismo número másico A

Ej: 99m43Tc y 99

43Tc

Tabla de estabilidad

Datos destacables: Para elementos ligeros, NZ Para elementos medios y pesados (Z>25-30) N>Z Los isótopos estables son minoría frente a los existentes Los isótopos por encima de la zona de estabilidad (verde) suelen desintegrarse por emisión -

Los isótopos por debajo de la zona de estabilidad más pesados (rojo) suelen desintegrarse por desintegración El resto (azul) lo hace por +

Defecto de masa

La masa de los núcleos de los átomos es siempre menor

que la suma de las masa de los protones y neutrones. A

esta diferencia entre la masa real y la suma de las masas

de nucleones se denomina defecto de masadefecto de masa:m = Z mp + (A – Z )mn - MN

Defecto de masa

Masa del neutrón

Número de neutrones

Masa real del núcleo

Número de protones

Masa del protón

Energia de enlace

La energía de enlaceenergía de enlace de un núcleo es la energía

liberada cuando sus nucleones aislados se unen para

formar un núcleo.

La energía asociada al defecto de masa es la llamada

energía de enlace E:E = m c2

La energía de enlace por nucleónenergía de enlace por nucleón es el cociente entre la energía de enlace y el

número másico E / AA mayor Energía de enlace por nucleón, más estabilidad tiene el núcleo del isótopo

Energía de enlace

• Para A<20 la curva es irregular y de fuerte pendiente

• Los núcleos más estables son de tamaño medio, en torno a Fe56

Fe56

Región de átomosFISIONABLESFISIONABLES

Región de átomosFUSIONABLESFUSIONABLES

Emisiones

Ejemplos:232

90Th → 22888Ra +

21884Po → 214

82Pb +

Ley de Soddy

PROPIEDADESPROPIEDADES

CARGA+2e

= +3’2·10-19 C

MASA 6’7·10-27 kg

CAPACIDAD de PENETRACIÓN

0’0005 cm Al

ENERGÍA MeV

Son núcleos de Helio, formados

por dos protones y dos neutrones

Emisiones

Son electrones rápidos

procedentes del núcleo1

0n 11p + 0

-1 +

PROPIEDADESPROPIEDADES

CARGA- 1e

= -1’6·10-19 C

MASA 9’1·10-31 kg

CAPACIDAD de PENETRACIÓN

0’05 cm Al

ENERGÍA MeV

Ley de Fajans

Ejemplos:32

15P → 3216S +

13153I → 131

54Xe +

Emisiones

Son positrones rápidos

procedentes del núcleo1

1p 10n + 0

1 +

PROPIEDADESPROPIEDADES

CARGA+ 1e

= +1’6·10-19 C

MASA 9’1·10-31 kg

CAPACIDAD de PENETRACIÓN

0’05 cm Al

ENERGÍA MeV

Ejemplo:23

11Na → 2310Ne +

Captura electrónicaEl núcleo absorbe un electrón de las

capas más internas 1

1p + 0-1e 10n +

Ejemplo:

5526Fe + e- → 55

25Mn +

Emisiones Son fotones (luz)

de muy alta energía

PROPIEDADESPROPIEDADESCARGA 0

MASA 0

CAPACIDAD de PENETRACIÓN

8 cm Al

ENERGÍA keV - MeV

Ejemplo:210

81Tlm → 21081Tl +

Series radiactivas

Nombre A Padre Producto

Torio 4 n

Neptunio 4n+1

Uranio-Radio 4 n+2

Uranio-Actinio 4n+3

Th232 Pb208

Np237 Pb209

U238 Pb206

U235 Pb208

Todas las series terminan con

un isótopo del plomo no radiactivo

FisiónLa fisión nuclearfisión nuclear es una reacción nuclear en la que un núcleo pesado se divide en otros dos más ligeros al ser bombardeado por neutrones. En el proceso se liberan más neutrones y

gran cantidad de energía

23592U + 1

0n 14156Ba +

9236Kr + 3 10n

Fisión

VENTAJASVENTAJAS INCONVENIENTESINCONVENIENTES

Alto rendimiento

(1 kg U ≈ 2000 Tm de petroleo)

Riego de Contaminación

Radiactiva

Dificultad de eliminar los residuos

Hay que enriquecer el Uranio

FISIÓN EN CADENAFISIÓN EN CADENA

CONTROLADA NO CONTROLADA

Si el número de neutrones liberados en la fisión es

muy alto, se introduce un material que absorbe el

exceso de éstos (moderador)

No hay elemento controlador.

Reacción explosiva

Se produce en las Centrales Nucleares y

generadores auxiliares de submarinos y cohetes

Se produce en las bombas atómicas

FusiónLa fusión nuclearfusión nuclear es una reacción nuclear en la que dos núcleos ligeros se unen para formar otro más pesado. En el proceso se libera gran cantidad de energía

21H + 3

1H 42He + 10n

Fusión

VENTAJASVENTAJAS INCONVENIENTESINCONVENIENTES

Alto rendimiento

(1 g D ≈ 10.000 litros de gasolina)

Necesarias altísimas

temperaturas (350 mill K)

Combustible abundante en la naturaleza

Dificultad de confinar el

combustible

No requiere masa críticaDificultad de

mantener limpio el plasma

Energía limpia(sin desechos radiactivos)

FISIÓN EN CADENAFISIÓN EN CADENA

CONTROLADA NO CONTROLADA

Aún no se ha conseguido de forma

rentable.

Se investiga en el confinamiento

magnético de plasma

Se produce en las bombas atómicas de hidrógeno (bomba H)

Ley de la desintegración

radiactivaLa desintegración radiactiva es un proceso aleatorio, gobernado por leyes estadísticas

Período de Período de desintegración o de desintegración o de semidesintegraciónsemidesintegración: tiempo necesario para que se desintegre la mitad de los núcleos inicialesVida mediaVida media: tiempo medio que tarda un núcleo al azar en desintegrarseQue integrado resulta:

dN

dtN

N N e t 0

Constante radiactiva, característica de cada elemento radiactivo

Número de átomos iniciales

Núcleos que quedan sin desintegrar

tiempo

ACTIVIDAD

La ActividadActividad de una sustancia radiactiva disminuye exponencialmente con el tiempo y consiste en la emisión de rayos alfa, beta o gamma

La ActividadActividad (A) se define como el número de emisiones de una sustancia por unidad de tiempo. Su unidad en el SI es el Becquerel (Bq)

Un BecquerelBecquerel es la actividad de una sustancia que sufre una desintegración cada segundo.

Ad N

d tN A N = N A0 0 e et t

Fuerzas nucleares

FUERZA FUERTEFUERZA FUERTE FUERZA DÉBILFUERZA DÉBIL

Responsable de la cohesión del núcleo,

mantiene unidos a los nucleones

Es la interacción más intensa

De corto alcance 10-15 m

Sólo actúa sobre hadrones

Responsable de las desintegraciones

Es más débil que la fuerte y la

electromagnética

De corto alcance 10-17 m

Actúa sobre leptones y hadrones

PARTICULAS

ELEMENTALES

FAMILIA PARTÍCULA MASA CARGA SPIN INTERACCIÓN

FOTÓN Fotón 0 0 1Electromagnéti

ca

LEPTONES

Neutrinos Antineutrinos

Electrón e-

Positrón e+

Muón +

0

0

0,511 MeV

0,511 MeV

105,7 MeV

0

0

-1

+1

+1

½

½

½

½

½

Electromagnética y débil

MESONES

Piones +

Piones 0

K-ones K+

K-ones K0

Anti K-ones K0

139,6 MeV

135,0 MeV

494,0 MeV

494,4 MeV

494,4 MeV

+1

0

+1

0

0

0

0

0

0

0

Fuerte, débil y electromagnéti

ca

BARIONES

Protones p

Neutrones n

Lambda Sigma +

Sigma -

Sigma 0

938,2 MeV

939,55 MeV

1115,4 MeV

1189,4 MeV

1196 MeV

1192,3 MeV

+1

0

0

+1

-1

0

½

½

½

½

½

½

Fuerte, débil y electromagnéti

ca

IDEAS DE

FIN