La física del siglo XX

Transcripción

1 Unidad 13 La física del siglo XX

2 Banda de estabilidad nuclear Posición de los nucleidos estables. Para pequeños valores de Z, los núcleos estables son aquellos en los que Z = N. A medida que Z aumenta, aumenta en exceso el número de neutrones. A ambos lados de esta banda existen nucleidos que son menos estables que los que se encuentran sobre ella. Es de esperar, por tanto, que estos nucleidos traten de llegar a una situación más estable (acercarse a la banda) emitiendo partículas.

3 Natural Transmutación de un nucleido inestable de origen natural. (Becquerel, Curie) Artificial Transmutación de un nucleido inestable de origen artificial, procedente de una reacción nuclear. (Rutherford, Joliot-Curie)

4 es un fenómeno físico natural, por el cual algunas sustancias o elementos químicos llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas fotográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, etc. Debido a esa capacidad se las suele denominar radiaciones ionizantes (en contraste con las no ionizantes). Las radiaciones emitidas pueden ser electromagnéticas en forma de rayos X o rayos gamma, o bien partículas, como pueden ser núcleos de Helio, electrones o positrones, protones u otras.

5 Las radiaciones alfa y beta dan origen a verdaderos cambios nucleares. La radiación gamma es una dexecitación de un núcleo perturbado, que vuelve a su estado estable. Como en cualquier proceso físico o químico en las desintegraciones radiactivas se cumplen las leyes de conservación: Conservación de la energía. Conservación del momento lineal. Conservación de la carga. Conservación del número de nucleones.

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7 Curva de estabilidad nuclear

8 Radiación gamma (ɣ) A Z X! A Z X+ Un núcleo excitado se desexcita emitiendo radiación gamma: fotones de alta frecuencia. La emisión gamma acompaña a las emisiones alfa o beta.

9 Radiación alfa (α) A Z X! A-4 Z-2 Y+ ( 4 2He) Es característica de núcleos pesados (Z grande).

10 Radiación beta (β) A X! A Y+ ( 0 Z Z+1 1 e) Lo que en realidad ocurre es una desintegración neutrónica. n! p + +e + Los nucleidos situados a la izquierda de la curva de estabilidad se desintegran por emisión β.

11 Radiación beta (β + ) A X! A Y+ + ( 0 1e + )+ 0 0 Z Z-1 Lo que en realidad ocurre es una desintegración protónica. p +! n+e + + Los nucleidos situados a la derecha de la curva de estabilidad se desintegran por emisión β +.

12 Captura electrónica (CE) A X+ 0 Z 1 e! A Y+ 0 0 Z-1 Se da en núcleos con exceso de protones. El núcleo captura un electrón de la corteza electrónica, que se unirá a un protón del núcleo para dar un neutrón. 1 1p+ 0 1 e! 1 0n+ 0 0

13 Ley de desintegración radiactiva El número de desintegraciones, dn, que tienen lugar en el tiempo dt, es directamente proporcional al número de núcleos existentes en ese momento: dn = Ndt La constante de proporcionalidad, λ, representa la probabilidad de que un átomo se desintegre en la unidad de tiempo. = dn Ndt

14 Ley de desintegración radiactiva Separando variables e integrando la expresión anterior obtenemos: N = N 0 e t donde: N: número de núcleos sin desintegrar que quedan. N 0 : número de núcleos existentes inicialmente. λ: constante radiactiva o de desintegración. t: tiempo transcurrido.

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16 Actividad A = dn dt = N Es el número de desintegraciones que tienen lugar en la unidad de tiempo. Unidades: (S.I.) Bequerelio (Bq): 1 Bq = 1 dps (desintegraciones / segundo) Curio (Ci): 1 Ci = 3, dps

17 Periodo de semidesintegración, T Tiempo que tarda una muestra radiactiva en reducirse a la mitad T = ln 2 = 0, 693 Vida media, τ Tiempo promedio de vida de un átomo antes de desintegrarse = 1 =1, 44 T

18 Reacciones nucleares La primera reacción nuclear artificial fue debida a Rutherford: 14 7 N+ 4 2He! 17 8O+ 1 1p que también puede escribirse: 14 7 N(, p) 17 8O en la que el paréntesis encierra a la partícula bombardeante y la emitida.

19 Reacciones nucleares Se pueden clasificar en: Exoenergéticas: liberación de energía. Endoenergéticas: absorción de energía. Para hacer el balance energético hay que aplicar el principio de conservación de la masa-energía N(, p) 17 8O E + m c 2 + m N c 2 = E p + m p c 2 + E O + m O c 2 E p + E O E =(m + m N m p m O )c 2 = m c 2 = Q Q representa la energía liberada o absorbida en la reacción nuclear.

20 Reacciones nucleares FISIÓN: Ruptura de un núcleo pesado en dos más ligeros con mayor energía de enlace por nucleón (y por tanto más estables). Produce una gran liberación de energía. FUSIÓN: Unión de dos núcleos muy ligeros en uno más pesado, con mayor energía de enlace por nucleón (y por tanto más estable). Produce una gran liberación de energía, más incluso que en las de fisión.

21 Energía de enlace por nucleón

22 La Radiactividad FIN (de los contenidos) Enrico Fermi Contribuyó al desarrollo de la Teoría Cuántica, Física Nuclear y de Partículas. Desarrolló el primer reactor nuclear.