Fenómenos nucleares II: fisión y fusión nuclear SGUICEL002QM11-A16V1

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Ítem Alternativa Habilidad 1 E Comprensión 2 B Aplicación 3 D Aplicación 4 E ASE 5 B Aplicación 6 C Aplicación 7 A Reconocimiento 8 C Comprensión 9 C Reconocimiento 10 E Comprensión 11 A Reconocimiento 12 E Comprensión 13 B Reconocimiento 14 D Comprensión 15 E Comprensión

EJERCICIOS PSU Ítem Alternativa Defensa La descripción realizada en el enunciado corresponderá a lo expresado en la ecuación 1 E 4 243 95 Am 2He 97Bk 2 241 puesto que en los reactivos se muestra la partícula alfa como núcleo de helio y entre los productos se encuentra la liberación de los 2 neutrones. La ecuación nuclear se encuentra equilibrada en la cantidad de neutrones y protones participantes. 1 0 n 2 B 3 D Los elementos que presentan exceso de neutrones con respecto a los protones, tienden a estabilizarse disminuyendo el número de neutrones y aumentando el de protones. Esto se logra mediante la emisión de una partícula β. El 71 presenta la mayor proporción neutrón/protón (n:p = 107:71 = 1,5), por lo que de todos los elementos presentado, es más probable que este sea capaz de experimentar un decaimiento por emisión β. La serie radiactiva descrita corresponde a la transformación desde Radio 226 a Polonio, con la emisión de tres partículas α y dos β, como se muestra a continuación. 226 88 Ra 222 86 Rn 178 218 84 Lu Po 82 Pb 82 Pb 83 Bi 84 Po Habilidad de pensamiento científico: Procesamiento e interpretación de datos y formulación de explicaciones, apoyándose en los conceptos y modelos teóricos. 4 E A partir del gráfico se puede deducir que la vida media es el tiempo que demora la masa inicial de un isótopo en reducirse a la mitad, ya que de forma aproximada se puede estimar que al transcurrir 1 vida media la masa inicial de 10 g se reduce a 5 g; al transcurrir 2, la masa llega a 2,5 g; al cabo de 3 vidas medias, llega a 1,25 g, y al cabo de 4, alcanza 0,75 g (opción I correcta). Si estimamos el tiempo de vida media del Sr-90 a partir del gráfico, podemos ver que la primera se encuentra entre 20 y 40 años y que dos vidas medias transcurren en poco menos de 60 años, por lo tanto, podemos establecer que esta es levemente inferior a 30 años. De hecho, la vida media del Sr-90 es 28,8 años (opción II correcta). La masa de Sr-90 varía como se muestra a continuación

10 g 1 vida media 5 g 2 vidas medias 2,5 g 3 vidas medias 1,25 g 0,625 g 4 vidas medias 5 vidas medias 0,3125 g Por lo tanto, la opción III también es correcta. Al establecer la secuencia de desintegración de 12 gramos de Sodio 25 se observa lo siguiente: 5 B 1 t 2 t 12 g ½ 6 g ½ 3g Como se requieren 2 vidas medias (2t ½ ) y cada t ½ equivale a 1 minuto, entonces se requieren 2 minutos para reducir el sodio 25 a 3 gramos desde la masa inicial. 6 C Al establecer la secuencia de desintegración se observa que 1 t 2 t 80 g ½ 40 g ½ 20 g ½10 g ½ 5 g se requiere de 4 vidas medias (t ½ ), lo cual equivale a (4 5.568 años), es decir, 22272 años. 3 t 4 t 7 A Por definición, la vida media de un compuesto corresponde a la cantidad de tiempo necesaria para que la mitad de la masa de un compuesto radioactivo decaiga, dando origen a un compuesto más estable. 8 C 9 C Para que el carbono 14 pueda ser utilizado en determinar la data de una estructura antigua debe cumplirse que esta haya tenido un origen orgánico y no superar los 60000 años de antigüedad, ya que después de este tiempo el carbono-14 se vuelve imperceptible. Las estrellas se originan por complejos procesos en los que intervienen reacciones de fusión nuclear. Este proceso produce una liberación continua de energía, y en ella 2 átomos de H colisionan para formar un átomo de He, lo cual ocurre en grandes cantidades. 10 E Las bombas atómicas de elementos pesados, como uranio y plutonio, se denominan bombas de fisión, ya que se basan en la ruptura de un núcleo pesado, generando otros más livianos e iniciando una reacción en cadena que libera enormes cantidades de energía (opciones I y II correctas). En cambio, las bombas termonucleares o de fusión, como la

11 A 12 E bomba de hidrógeno, se basan en la fusión de núcleos pequeños para formar núcleos más pesados. Sin embargo, para que esto ocurra se requiere un gran aporte de energía, por lo que todas las bombas de fusión contienen un iniciador, que no es más que una bomba de fisión. Esta reacción de fisión libera energía en cadena para iniciar la reacción de fusión de los núcleos de hidrógeno, que a su vez generarán una nueva reacción en cadena que dé lugar a neutrones de alta velocidad que vuelvan a impactar material fisible. En la fusión se observa la unión de átomos pequeños, para producir átomos de núcleos más pesados, sin producir desechos radiactivos. Es contrario a la fisión, donde núcleos grandes se dividen en otros más pequeños por impacto con partículas como los neutrones. La fisión es la fuente de energía en los reactores nucleares, donde esta se realiza de forma controlada a través de la ruptura de átomos naturales de Uranio 235 o de isótopos artificiales de Plutonio 239, que corresponden a los de mayor eficiencia práctica. En el Sol suceden reacciones de fusión, llamadas también termonucleares. 13 B 14 D 15 E La bomba termonuclear utiliza tanto el mecanismo de fisión como el de fusión nuclear para lograr su efecto. Sin embargo, la fisión solo busca iniciar la reacción en cadena, siendo la fusión la responsable del gran daño generado por este tipo de material bélico. Los usos médicos de la radiactividad se pueden dividir en externos e internos. Uno de los usos externos del material radiactivo busca regular la multiplicación descontrolada de células cancerosas a través de una irradiación controlada, por ejemplo, irradiando al paciente con cobalto 60 a través de un decaimiento β y posterior gamma. Dentro de los usos internos se encuentra el Yodo 131, el cual irradia partículas β. Las partículas α no se utilizan en aplicaciones médicas, ya que la idea es que el paciente emita radiación que sea detectable desde fuera de su cuerpo con propósitos diagnósticos o que la radiación sea capaz de destruir células como las tumorales. Por su bajo poder de penetración, las partículas α no sirven para estos propósitos. La imagenología, basada en principios de medicina nuclear, busca convertir al paciente en un emisor gamma, a través de la inoculación de material radiactivo detectable desde el exterior. En medicina nuclear se utilizan radiotrazadores o radiofármacos, que están formados por un fármaco transportador y un isótopo radiactivo. Estos radiofármacos se aplican dentro del organismo humano (inocular) por diversas vías (la más utilizada es la vía

intravenosa). Una vez que el radiofármaco está dentro del organismo, se distribuye por diversos órganos dependiendo del tipo empleado. La distribución de este es detectado por un aparato detector de radiación llamado gammacámara y almacenado digitalmente. Luego se procesa la información obteniendo imágenes de todo el cuerpo o del órgano en estudio. Estas imágenes, a diferencia de la mayoría de las obtenidas en radiología, son imágenes funcionales y moleculares, es decir, muestran como están funcionando los órganos y tejidos explorados o revelan alteraciones de los mismos a un nivel molecular.