prof. sergio casas-cordero e.1. química nuclear prof. sergio casas-cordero e

prof. Sergio Casas-Cordero E. 1

Química Nuclear

Prof. Sergio Casas-Cordero E.


Índice:

Tiempo de vida media, t½ Procesos de datación Uso Militar de la Energía Nuclear Medicina Nuclear Energía Nucleoeléctrica

Funcionamiento Riesgos


TIEMPOS DE VIDA MEDIA t½

Se entiende por tiempo de vida media lo que demora una muestra radiactiva en tener la mitad de su radiación inicial. Claramente, estos valores no tienen que ser similares. Ej. En las series radiactivas que terminan en Pb - 206, hay valores que abarcan desde millones de años hasta varios segundos.


t ½ para Estroncio - 90


t½ para Molibdeno - 99


t ½ para Uranio - 238


Ecuación de relación t ½

Donde: t ½ : es el tiempo de vida media No : cantidad inicial de muestra N : cantidad que permanece a tiempo t t: tiempo transcurrido 0,693: es logaritmo natural de 0,5

21t

t x 0,693

N

No ln

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Procesos de Datacíón

- Basada en Carbono 14: aplicaciones en Arqueología y Antropología

t1/2 = 5.730 años

- Basada en Uranio 238: aplicaciones en geología y en Minería.

t1/2 = 4,5x109 años


Datación de carbono radiactivo

14N + 1n 14C + 1H7 160

14C 14N + 0 + 6 7 -1 t½ = 5730 años

Datación del Uranio-238

238U 206Pb + 8 4 + 6 092 -182 2 t½ = 4.51 x 109 años


EjercicioEl imperio Tiahuanaco se extendió desde antes del 1500 aC hasta cercano el 1200 dC. Un objeto ceremonial de madera encontrado en una excavación en los alrededores de Hornitos, supone que fue elaborado por esta cultura. Se sabe que la madera viva, similar al objeto, presenta un conteo de 45,83 dpm del C-14. Si el análisis de datación de una muestra de este objeto logra medir 14,51 dpm. ¿Qué antigüedad posee el objeto?

años 5730

t x 0,693

14,51

45,83ln

Se tiene:

t ½ = 5730 años No = 45,83 dpm

N = 14,51 dpm t = x

años 9509,5 14,51

45,83ln x

0,693

años 5730 t

Conclusión, NO podría haber sido hecho por esta Cultura


Otro ejercicio:

La norma ambiental chilena, permite hasta 14 ppm/m3 de sedimentos de cobre radiactivo, Cu-64, en los embalses de los relaves. Luego de un incidente ambiental, se midieron 59 ppm/m3. Si la vida media de Cu-64 es de 12,7 horas. ¿Cuándo va a volver el nivel de contaminación a los niveles permitidos?


Se tiene:

t ½ = 12,70 hs No = 59 ppm/m3

N = 14 ppm/m3 t = x

0,693: es logaritmo natural de 0,5

ln(No/N) = 0,693 t / t ½

t = t½x ln(No/N)/ 0,693

horas 26,36

0,693

ln x hs 12,7 t 14

59


Uno más:¿Qué concentración inicial en K-41 tendría una muestra de arcilla, si su t½ es 72 horas y luego de 43 horas, sólo posee un conteo de 18 dps?

hs 72

hs 43 x 0,693

18

xln

0,4138 18

xln

xe e

18

x 0,4138

dps 27,22 e 18 x 0,4138 x

No = 27,22 dps

ex = antilogaritmo natural


Otro ejercicio:La vida media del U-238 es de 4,5 x 109 años. Una muestra de un mineral contiene 50,0 mg de U-238 y 14,0 mg de Pb-206. ¿Cuál es la antigüedad del mineral?238U 206Pb + 8 4 + 6 0

92 -182 2

masa inicial de U-238 = masa actual + masa convertida en Pb-206

238mU

206mPb

238U de reacciona que masa

206Pb de formada masa

0,866 238

206

238U m

206Pb m

0,866

206-Pb m 238U m

No = 50 mg + 16,17 mg = 66,17 mg de U-238

N = 50 mg de U-238

mg 16,17 0,866

mg 14 238U m

años 1,82x10

0,693

ln x años 4,5x10 t 950

66,179

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Uso Militar de la Energía Nuclear


Bomba de Hiroshima


Efectos de la bomba atómica sobre la ciudad de Hiroshima.


El salón promocional de Hiroshima y la cúpula de Gembaku, el único edificio que permaneció en pie después de la explosión nuclear.

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Medicina NuclearAplicaciones en Salud


Radioterapia


Quimioterapia


Algunos núclidos o isótopos radiactivos, sus vidas medias y sus aplicaciones médicas como marcadores en el cuerpo humano.

Núclido Vida media Área del cuerpo que se estudia

131 I 8.1 días Tiroides

59 Fe 45.1 días Glóbulos rojos

99 Mo 67 horas Metabolismo

32 P 14.3 días Ojos, hígado, tumores

51 Cr 27.8 días Glóbulos rojos

87 Sr 2.8 horas Huesos

99 To 6.0 horas Corazón, huesos, hígado, pulmones

133 Xe 5.3 días Pulmones

24 Na 14.8 horas Sistema circulatorio


Semividas de isótopos del radio, carbono y uranio

Isótopo Semivida Isótopo Semivida

Ra 223 11.7 días C 14 5668 años

Ra 224 3.64 días C 15 24 segundos

Ra 225 14.8 días U 235 7.1 x 108 años

Ra 226 1620 años U 238 4.5 x 109 años

Ra 228 6.7 años Rn 226 1622 años


Efectos biológicos de la radiación

dosis de radiación absorbida (rad)

1 rad = 1 x 10-5 J/g de material

roentgen equivalent for man (rem) (equivalente roentgen para el hombre)

1 rem = 1 rad x Q

Quality Factor Q Factor de calidad

Rayo - = 1 = 1 = 20

100 rem = 1 Sievert (Sv)


El gray (símbolo Gy) es una unidad derivada del Sistema Internacional de Unidades que mide la dosis absorbida de radiaciones ionizantes por un determinado material. Un gray es equivalente a la absorción de un joule de energía ionizante por un kilogramo de material irradiado.

1 Gy = 100 rad


El Curio (Ci) Representa la cantidad de material en la que se desintegran 3,7 × 1010átomos por segundo (dps), que equivale a la desintegración de un gramo de Radio-226

El curio indicaba cómo se emitían partículas alfa o beta o rayos gama de una fuente radiactiva, por unidad de tiempo, pero no indicaba cómo podría afectar dicha radiación a los organismos vivos.


Fuente Dosis (milirem/año)

Rayos cósmicos 20 – 50

Fondo y alrededores 25

Cuerpo humano ✵ 26

Rayos X médico y dental 50 – 75

Viajes aéreos 5

Pruebas bélicas fallidas 5

Desechos nucleares 2

Total 133 - 188

Dosis promedio de radiación anual de los estadounidenses

1 millirem = 1x10-3 rem.✵ La radioactividad en el cuerpo proviene de los alimentos y del aire.


Tabla de Efectos biológicos (Dosis en Sv)

Dosis (Sv) Efecto biológico

0 a 0,25 No hay efecto inmediato

0,25 a 0,50 Disminución temporal de glóbulos blancos

0,50 a 1,00 Disminución persistente de glóbulos blancos

1,00 a 2,00 Nauseas y caída del cabello

2,00 a 5,00 Hemorragias internas y muerte próxima

Más de 5,00 Muerte dentro de los siguientes 30 días


En septiembre de 1987, los habitantes de Goiania, una ciudad brasileña, encontraron una máquina desconocida abandonada en un vertedero, la abrieron y hallaron en su interior un polvillo azul. La tradición de la pintura corporal debió marcar el comportamiento de los brasileños, pues muchos de ellos se embadurnaron con él. Un mes después se empezaron a producir las primeras muertes. Aquel polvillo era Cesio 137, un material altamente radiactivo que debería haber estado almacenado bajo estrecha vigilancia. El Gobierno brasileño se vio obligado a poner a toda la población bajo control radiológico. Casi 300 personas se vieron afectadas. Los que murieron a causa de la radiación fueron enterrados en ataúdes de plomo de 608 Kg bajo varias capas de cemento.


Lunes 2 de mayo de 2011El director regional del Servicio Nacional de Aduanas de Iquique, Raúl Barría, aseguró que el material radioactivo detectado en un cargamento de vehículos proveniente de Japón, no pone en riesgo la salud de la población y que éstos serán lavados conforme al protocolo que opera en estos casos para que puedan ser recibidos en la Región de Tarapacá.

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Aplicaciones en la Generación de Energía en Centrales Eléctricas


Según los astrofísicos, a partir de la forma de usar la Energía, las civilizaciones extraterrestres, se pueden clasificar en tres tipos: tipo I, II y III. Esta forma de clasificación, se basa en que sólo hay tres fuentes de energías disponibles; del planeta, de la estrella y de la galaxia.

Una civilización de tipo I es aquella que ha dominado todas las formas de energías terrestres y puede modificar las condiciones meteorológicas, explotar los océanos o extraer energías del centro del planeta. Sus necesidades energéticas son tan grandes que debe aprovechar los potenciales recursos de todo el planeta.

Las civilizaciones de tipo II han dominado la energía estelar. Sus necesidades energéticas son tan grandes que han agotado los recursos planetarios y utilizan su propio sol para hacer funcionar sus máquinas.

Las civilizaciones de tipo III han agotado la producción energética de una única estrella; obtienen su energía mediante el aprovechamiento de grupos de sistemas estelares de toda la galaxia, y para ello deben llegar a sistemas y grupos estelares vecinos, y posteriormente, evolucionar hasta convertirse en una civilización galáctica.

¿Dónde estamos ahora? Según los entendidos, en la actualidad somos una civilización de tipo cero. Esencialmente, usamos plantas muertas (carbón y petróleo) para activar nuestras máquinas, somos como unos niños dando nuestros primeros pasos, titubeantes y torpes, en el espacio.

(Cuba. Amanecer del Tercer Milenio, Fidel Castro Díaz-Balart, Editorial DEBATE - 2002)


¿Qué es Energía? Proviene del Griego “ενέργεία” que significa “acción o

trabajo”. Los físicos la definen como “la capacidad de realizar un

trabajo”. La gran fuente energética del planeta es el Sol. Los vegetales mediante la fotosíntesis transforman la

energía solar en energía Química. No puede crearse ni destruirse. Se manifiesta de muchas formas. Se transforma constantemente.


Origen de la Generación de electricidad de Chile y el Mundo(fuente CNE-2005 y IEA-2004)

OrigenHidro-

eléctricaGas Natural Carbón Diesel Nuclear Otros

Chile 50.2 29.4 16.4 2.4 0 1.6

Mundo 16.1 16.6 39.8 6.7 15.7 2.1


Combustibles en la Producción de Energía en USA


DIVERSIFICACIÓN DE LA MATRIZ: GOBIERNO CONCLUYE TRAMITACIÓN EN CONGRESO DE PROYECTO DE LEY QUE FOMENTA USO DE ENERGÍAS RENOVABLES NO CONVENCIONALES (ERNC)

Entre las modificaciones aprobadas está la que establece la obligación, para todas las empresas eléctricas, de inyectar a lo menos un 10% de su energía con medios renovables no convencionales. Para asegurar la efectiva materialización de estos proyectos energéticos, entre los años 2010 y 2014 la obligación será de 5%. A partir de esa fecha, este porcentaje se incrementará gradualmente en 0,5% anual, hasta llegar al 10% en el año 2024.

Marzo de 2008


Funcionamiento de:

Termoeléctrica

Núcleo eléctrica

Aerogenerador

Hidráulica

¿El ansiado futuro…?


¿Cuántas toneladas de uranio se requieren para generar un Kw?.

Para producir 1000 MW eléctricos, una central necesitaría consumir al año: 1,6 millones de toneladas de carbón. 7,7 millones de barriles de petróleo. 1350 millones de metros cúbicos de gas. 125 toneladas de Uranio.

(fuente: Entrevista a Loreto Villanueva Z., Directora Ejecutiva CCHEN – El Diario de Atacama 10/01/06)

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Tiene sus riesgos


Planta Nuclear de Chernobyl (Abril de 1986)

Error humano en el control de enfriamiento, luego de un ensayo programado, provoca un incendio en la Central Nuclear. Se dificulta el control del núcleo del reactor, recalentándose y explosionando.

Se estima que la cantidad de material radiactivo liberado a la atmósfera, fue 200 veces superior al de las explosiones de Hiroshima y Nagasaki.


Combustible utilizado:- Plutonio (t½ = 7,5x109 años)- Uranio (t½ = 4,5x109 años)


Durante los siete meses siguientes al accidente, los restos del reactor nuclear 4 accidentado fueron enterrados por los liquidadores, mediante la construcción de un “sarcófago” de 300.000 toneladas de hormigón y estructuras metálicas de plomo para evitar la dispersión de los productos de fisión.

Liquidadores: Trabajadores de la empresa, que asumiendo los riesgos, fueron contratados con la promesa de una alta remuneración


La recuperación de la zona del accidente y de los productos de limpieza han dado lugar a una gran cantidad de residuos radiactivos y equipos contaminados, almacenados en cerca de 800 sitios distintos dentro y fuera de la zona de exclusión de 30 Km. alrededor del reactor.


Otros incidentes

En Japón, después del Terremoto de Julio de 2007. Un incendio que no existe: Las autoridades negaron los impactos del terremoto sobre la planta nuclear de Kashiwazaki-Kariwa. Esta fotografía muestra el incendio.


Terremoto y Maremoto de Japón (11-03-2011)


Central Nuclear de Fukushima

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