La energética de la desintegración radioactiva

Transcripción

1 La energética de la desintegración radioactia Curso Página Puede obtenerse una determinación completamente acertada de las diferencias de masas atómicas a partir de las mediciones de las energías de las radiaciones nucleares siempre que el esquema de desintegración del núcleo padre sea conocido. Desintegración β - z ' z ' m m ' Experimentalmente: m max

2 La energética de la desintegración radioactia Curso Página es la máxima energía cinética que aparece en el continuo espectro max Además ' max Llamando a la energía obserable del proceso max Entonces: z ' ' z m Si sumamos la masa de Z electrones atómicos a ambos miembros: z ' Zm ' ( Z ) z m

3 La energética de la desintegración radioactia Curso Página De donde, despreciando la diferencia de energía de ligadura de los electrones atómicos: z z Así, para desintegración β - : Q z z max Hay arios tipos de diagramas de nieles para ilustrar el esquema de desintegración de isótopos radioactios.

4 Diagrama de nieles de energía para desintegración por β - 8 Al e 8 4 Si Curso Página 4 7,99 7,99 Diagrama masa atómica - energía 8 Al Diagrama masa nuclear - energía Al 8 m c 6 5 Escala de masa atómica en umas 7,99 7,989 max.865 ev Q.865 ev 4 Escala de energía para ambos diagramas, en e. 7,988 7,987 E.78 ev.78 ev 7,986 7, Si 8 4Si -

5 Diagrama de nieles de energía para desintegración por β - Curso Página 5 8 Al 8 Al e 8 4 Si Diagrama masa atómica - energía 7,99,865,78 7,99 4,65eV Q ev Escala de masa atómica en umas 7,99 7,989 7,988 7,987 max E.78 ev.865 ev Q 8 Q Al 8 4 Si Q 4,65 ev,499 amu 7,986 7, Si 8 8 Si Al 7, ,9976 amu amu

6 Desintegración β + Curso Página 6 z ' ' z m z m z Q m c m c z z max

7 La energética de la desintegración radioactia Curso Página 7 En contraste con todo otro tipo de desintegración, la energía en la desintegración por emisión de positrón no es directamente igual al cambio en masa de átomos neutros. Hay un término m c de corrección. Cuando un núcleo emite un positrón, el átomo neutro tiene un electrón menos. La desintegración β + elimina un positrón del núcleo y un electrón del átomo. El positrón ie cerca de ps y se aniquila con un electrón. Se emiten dos fotones de energía hυ= m c = 5 kev. Se puede interpretar esta energía de kev como la energía adicional emitida en una desintegración por emisión β +.

8 Desintegración β + Curso Página 8 Diagrama masa atómica - energía Diagrama masa nuclear - energía, Escala de masa atómica en umas,5,,5,,9995 m c Na.54eV Q Na.54 m c Escala de energía para ambos diagramas, en e., ev.77 ev,9985,998 Ne Ne,9975 -

9 Captura Electrónica Curso Página 9 z ' m ' m z ' ' z Q EC z z Insertando la masa de (Z-) electrones a ambos lados de la ecuación: z

10 Captura Electrónica Curso Página Diagrama masa atómica - energía Diagrama masa nuclear - energía 7,, 7,95,5 Escala de masa atómica en umas 7,9 7, e 7 4 Be.86e Q EC.478 ev 7 4 Be EC,,5 Escala de energía para ambos diagramas, en e. 7,8 7 Li 7 Li, -,5 7,75 -,

11 Captura Electrónica Curso Página Diagrama masa atómica - energía Diagrama masa nuclear - energía 7,, Neutrinos monoenergé ticos, 86eV 7,95, 8eV,5 Escala de masa atómica en umas 7,9 7, e 7 4 Be.86e Q EC.478 ev 7 4 Be EC,,5 Escala de energía para ambos diagramas, en e. 7,8 7 Li 7 Li, -,5 7,75, 5eV -,

12 Desintegración β + Curso Página,86 e Determinado independientemente ' m c,5 e ' m c No es posible desintegración β +

13 Competencia entre Captura Electrónica y emisión β + Curso Página Q EC z z Q m c z z m En el dominio de diferencias de masas m z z Solo transiciones de captura electrónica puede tener lugar entre isobaros.

14 Competencia entre Captura Electrónica y emisión β- Curso Página 4, Diagrama masa atómica - energía Diagrama masa nuclear - energía,,5,5 Escala de masa atómica en umas,,5 m c m c EC,,5 Escala de energía en e.,, -,5 -,5 -, -,

15 La energética de la desintegración radioactia Curso Página 5 Hay una gran clase de nucleidos radioactios que tiene Z impar y A par. uchos de estos tienen ecinos isóbaros estables con Z- y Z+. Estos núcleos radioactios pueden transformarse por desintegración β -, EC o β +. El Cu es un ejemplo familiar.

16 Desintegración beta dual Curso Página 6 Estos casos proeen de medios de determinar diferencias de masas entre pares de isótopos estables que difieren en número atómico en dos unidades. 9 9 Cu Cu 8 Zn Ni max m c ( ) max Eliminando el núcleo radiactio por sustracción: ( ) Zn 8 Ni mc max ( ) max ( )

17 Desintegración beta dual Curso Página 7 Escala de masa atómica en umas,,5,,5, -,5 Diagrama masa atómica - energía 9Cu,5 8Ni Diagrama masa nuclear - energía 8Ni 9Cu EC4%,57,5 Zn % %,66,66, 57 4% Zn,,5 Escala de energía en, e.,5, -,5 -, Zn 8 Ni mc max ( ) max ( ) -,

18 Desintegración alfa Curso Página 8 z ' z ' ' ' ' ' ' % ' ( No es despreciable en un balance masa energía! ) asa reducida Energía de desintegración

19 Desintegración alfa Curso Página 9 Despreciando la diferencia en energía de ligadura de los electrones atómicos: z z 4 He Q z z 4 He ( ) Esta última ecuación representa la situación experimental usual. edidas de α y γ llean al alor experimental de la diferencia de masas Z - Z- entre los átomos neutrales padre y producto.

20 Desintegración alfa Curso Página 6,4 6, Diagrama masa atómica - energía 6 88Ra 6 5 Escala de masa atómica en umas 6, 6, 6, 4, 676eV 94% 6% 4, 85eV Q 4 Escala de energía en e. 6,99 6,98 6,97 Rn 4 86 He,87 -

21 Diferencia de masa neutrón - hidrógeno Curso Página Determinar la masa del neutron es fundamental para ealuar la energía de ligadura de los núcleos. Siendo neutro, no es posible hacer espectroscopía de masas. Su masa debe ser determinada a partir de la energética de las reacciones nucleares. n H,78, e Introducen reacciones medidas por Li (L7).

22 Umbral para reacciones con tritio Curso Página La más directa y acertada determinación de n - H es obtenida midiendo el Q de la reacción: H H n He Q En contraste con las reacciones discutidas preiamente, esta reacción tiene un alor Q negatio. Recordemos que: Q ( out) ( in) La reacción no puede tener lugar si la energía cinética inicial (C) es menor que un alor mínimo [ ( in )] min Q

23 Umbral para reacciones con tritio Curso Página en la energía umbral medida en el Laboratorio. H ( in) p, n He H He H H n He, 7 ( ) min e Q H He, 8 e n H,78, e

24 Umbral para reacciones con tritio Curso Página 4, ( out ) ( in),5, ( n H), 78eV H n He n Q, 7eV H H,5, -,5 Escala de energía en e. H H n He, 7 e H He, 8 e 4 He -9,7

25 Umbral para reacciones con tritio Curso Página 5 n H,78, e n H (,84,) amu El neutron es cerca de,5 m más pesado que el protón. Desintegración radiactia del neutrón libre Un neutrón que eade la captura por un núcleo puede desintegrarse con emisión β - n H Q max. 78 e

26 Energía de ligadura del deuteron Curso Página 6 B( H) n H H H n H H n H Q Q B ( H ),,7e