La radioactividad es una propiedad intrínseca de los núcleos de los átomos.

Transcripción

1 Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3-1/23 1. DESCUBRIIMIIENTO DE LA RADIIACTIIVIIDAD Descubrimiento: Henri Becquerel (1896) La radioactividad es una propiedad intrínseca de los núcleos de los átomos. Composición : tres componentes: α, β, γ Experimento de Becquerel: α : partículas cargadas + β : partículas cargadas γ : radiación neutra

2 Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3-2/23 2. NATURALEZA DEL PROCESO RADIIACTIIVO Es interpretado por Rutheford como una transición desde un núcleo inestable a otro de configuración más estable.

3 Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3-3/23 3. DIIAGRAMAS DE DESIINTEGRACIIÓN Q p = [ M(X) { M(Y) + M(P) } - E * ]

4 Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3-4/23

5 Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3-5/23 4. RADIIACTIIVIIDAD ALFA El núcleo atómico emite una partícula alfa (α) Las partículas alfa son átomos de helio completamente ionizados. A Z X Y+ He A 4 4 Z 2 2 Bi 212 α Tl Ra 226 α Rn Muy importante en nucleidos pesados (A > 140) Energía liberada en este proceso: (masas nucleares) Q α = [ m N (Z,A) m N (Z-2, A-4) m N (α )] c 2 (masas atómicas) Q α = [ m a ( Z, A ) m a ( Z-2, A-4 ) m a (2,4)] c 2 E c (α) < Q α pues el núcleo residual retrocede llevándose una cierta A E (α) 4 Q E (R) 4 Q A A c α c α Th 232 α Ra Q α = 5.38 MeV, E c (α) = 5.14 MeV, E c (R) = 0.24 MeV El espectro energético de las partículas α es discreto.

6 Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3-6/23

7 Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3-7/23 5. RADIIACTIIVIIDAD BETA TRES PROCESOS DIFERENTES: DESINTEGRACIÓN β - DESINTEGRACIÓN β + CAPTURA ELECTRÓNICA DESIINTEGRACIIÓN β -- Emisión espontánea de electrones (e - ) por los núcleos A Z - n p+e + ν X Y+e + ν A Z+ 1 K 40 β Ca Bi 212 β Po Los núcleos sobreabundantes en neutrones son emisores β-. Energía liberada en este proceso: Q β - = ( m X m Y ) c 2 Espectro energético continuo para los electrones (e - ) emitidos. El % mayor de β - 1/3 de E máx se encuentra a Intervalo : 0.1 MeV 3 MeV

8 Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3-8/23 DESIINTEGRACIIÓN β + Emisión espontánea de positrones (e + ) los núcleos. + p n +e + ν A Z + X Y+e + ν A Z 1 30 β P Si 53 β Fe Mn Los núcleos sobreabundantes en protones son emisores β +. Energía liberada en este proceso: Q β + = ( m x m y 2m e ) c 2 Espectro energético continuo para los positrones (e + ) emitidos. El % mayor de β + se encuentra a ½ E máx E máx = 1.24 MeV

9 Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3-9/23 6. CAPTURA ELECTRÓNIICA El núcleo captura un electrón (e - ) de las capas internas del átomo y lo "combina" con un protón (p) nuclear: - p+e n+ ν A Z X+e Y+ ν A Z 1 La EC es competitiva con la desintegración β +. El átomo al que pertenece el núcleo residual (Y) queda ionizado produciéndose un reajuste de su configuración electrónica con la consiguiente emisión de rayos-x. Br 80 β Kr 80 β Br Se Br 80 EC Se Energía liberada en este proceso: Q E.C. = (m X m Y ) c 2

10 Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3-10/23 7. RADIACTIVIDAD GAMMA Esta emisión representa para el núcleo un medio de desprenderse de su energía de excitación. A Z A X* X + γ El espectro energético de un emisor γ es discreto y característico. Energías típicas: desde algunas decenas de kev hasta algunos MeV Z

11 Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3-11/23 8. ACTIVIDAD RADIACTIVA Velocidad de desintegración de los núcleos de los átomos que constituyen la muestra de material radiactivo. N < A >= t N d N A = lim = t 0 t dt Unidad: becquerelio (Bq) 1 Bq = 1 desintegración / segundo Por ser pequeña se utilizan múltiplos: 1 kbq = 10 3 Bq 1 MBq = 10 6 Bq 1 GBq = 10 9 Bq Por razones históricas se sigue utilizando el Curio (Ci): 1 Ci = desintegraciones / segundo Por ser muy grande se utilizan submúltiplos : 1 mci = 10-3 Ci 1 µci = 10-6 Ci 1 pci = Ci

12 Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3-12/23 9. DECRECIIMIIENTO RADIIACTIIVO La actividad también se expresa por: A = λ N λ : constante de desintegración La actividad disminuye en función del tiempo: - A= A e λt Período de semidesintegración: tiempo que debe transcurrir para que la actividad se reduzca a la mitad. 0 T, T 1/2 En general, para un tiempo nt (n = 1,2,3,...), la actividad de la muestra se reduce en 1/2 n Se verifica que: T ln = = λ λ Vida media: expectativa de vida de un núcleo 1 τ = = λ λ Actividad específica: actividad por unidad de masa (Bq/kg, o similares)

13 Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3-13/23 Los periodos de semidesintegración se extienden desde fracciones de segundo hasta miles de millones de años.

14 Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3-14/ FIILIIACIIÓN RADIIACTIIVA A B C (estable) T A T B

15 Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3-15/ RADIIONUCLEIIDOS NATURALES Existen unos 50 radionucleidos con números másicos elevados y pertenecen a unas de las cuatro familias radiactivas Son emisores α y β -

16 Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3-16/23

17 Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3-17/23 Existen algunos con números másicos intermedios. Son emisores β - y E.C. Otros se producen en la atmósfera.

18 Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3-18/ RADIIONUCLEIIDOS ARTIIFIICIIALES Irene y Joliot Curie (1934) α + Al P + n El 30 P es emisor β - con T = 2.5 min Actualmente existen más de un millar de radionucleidos artificiales.

19 Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3-19/ REACCIIONES NUCLEARES Proceso de transmutación que experimentan los núcleos cuando se bombardean con partículas energéticas. a + X = Y + b X (a,b) Y 7 Li(p,α) 4 2 He U(n,3n) Te 40 Zr 92 Se conserva la carga eléctrica. Se conserva el número de nucleones. Energía puesta en juego: Q = ( m a + m x m y m b ) c 2

20 Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3-20/ TIIPOS DE REACCIIONES NUCLEARES A) Se pueden clasificar atendiendo al Q: Q > 0 Q < 0 Q = 0 exoenergéticos sea cual sea T a endoenergéticos si T a > E umb = [(m x + m a ) / m x ] Q difusión elástica B) Atendiendo al tipo de reacción: C) Por la naturaleza y procedencia de las partículas incidentes. Reacciones producidas por partículas poco energéticas. Reacciones producidas por partículas de acelerador. Las producidas por n sobre el núcleo blanco. Reacciones de fisión.

21 Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3-21/ FUENTES DE NEUTRONES Los neutrones no se emiten directamente por los núcleos, pero se liberan en algunas reacciones nucleares. α + Be C+n Energía algunos MeV Rendimiento 10 6 neutrones / s Ci γ + Be Be+n Energía MeV Rendimiento 10 4 neutrones / s Ci Otras fuentes: Reactores nucleares (fisión) Aceleradores de partículas [Reacciones (p,n), (γ,n), (α, n)]

22 Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3-22/ REACCIONES CON NEUTRONES Los neutrones se clasifican en: Rápidos > 1 MeV Lentos ev Térmicos : 0.02 ev Las reacciones con neutrones se clasifican por el método general. Las reacciones más importantes : Difusión elástica sobre H para rápidos. Captura electrónica (n,γ ) lentos, térmicos. Transmutación (n, p), (n, α ).

23 Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3-23/ REACCIIONES DE FIISIIÓN El núcleo se escinde en dos. Espontánea: 238 U (T = a) Provocada: 239 Pu, 238 U, 235 U La fisión es un proceso fuertemente exoenergético.