ASIGNATURA: INTRODUCCION A LA TECNOLOGIA NUCLEAR (Electiva) CODIGO : 95-1162 DEPARTAMENTO: INGENIERIA QUIMICA Clase: Cuatrimestral BLOQUE: TECNOLOGIAS APLICADAS Horas Sem : 6 (seis) AREA: INGENIERIA QUIMICA Horas/año : 96 Objetivos: Impartir los conocimientos fundamentales asociados al fenómeno de la radiactividad y a la generación de radiaciones ionizantes. Instruir acerca de los principios que rigen las aplicaciones de las técnicas nucleares, con énfasis en la ingeniería, las ciencias de la alimentación y los estudios ambientales. Brindar los conceptos fundamentales relacionados con la energía nuclear, la seguridad asociada y sus beneficios. Fomentar la discusión y el análisis crítico acerca de la generación nucleoeléctrica. Capacitar al futuro egresado en la adquisición de conocimientos y criterios para decidir acerca de la posible aplicación de técnicas nucleares en los campos de su incumbencia. Programa Sintético: (s/resolución Nº 1828/06) Nociones fundamentales: el núcleo atómico, los fenómenos radiactivos y sus características. Protección radiológica y seguridad nuclear. Detección y medición de las radiaciones. Reactores nucleares de investigación y de potencia. Generación de electricidad de origen nuclear. Aceleradores de partículas y producción de radioisótopos. Técnicas y aplicaciones nucleares: Química Analítica, Medio Ambiente y Alimentación. Tratamiento de residuos radiactivos. Accidentes en instalaciones nucleares. Tecnología nuclear y sociedad. Programa Analítico: Unidad Temática 1: NOCIONES FUNDAMENTALES. Historia de las disciplinas nucleares. El núcleo atómico. Modelos nucleares. Estabilidad nuclear. Radiactividad. Magnitudes y unidades nucleares. Tabla de nucleidos. Actividad, definiciones y unidades. Transformaciones radiactivas: alfa, beta, captura electrónica orbital, transición isomérica. Esquemas de desintegración. Período de semidesintegración y vida media. Equilibrios entre radionucleidos genéticamente relacionados. Familias radiactivas naturales. Radiaciones, generalidades. Interacciones de las radiaciones con la materia (partículas cargadas, fotones, neutrones). Aniquilación de positrones. Reacciones nucleares. Nomenclatura. Energías involucradas. Reacciones entre núcleos y partículas. Secciones eficaces y funciones de excitación. Fisión nuclear. Distribución de masas. Emisión de neutrones. Química de las radiaciones. Efectos químico- físicos de las radiaciones ionizantes. Dosimetría química. (16 horas) Julio 2006 Página 1 de 5
Unidad Temática 2: PROTECCIÓN RADIOLÓGICA Y SEGURIDAD NUCLEAR. Efectos biológicos de las radiaciones. Efectos estocásticos y no estocásticos. Magnitudes radiométricas y dosimétricas. Conceptos generales. Exposición. Dosis absorbida. Dosis equivalente. Conceptos de dosis efectiva, dosis comprometida, dosis colectiva y dosis colectiva comprometida. Contaminación interna. Vías de entrada, distribución, depósito, eliminación. Objetivos de la protección radiológica. Análisis costo beneficio. Limitación de la dosis individual. Exposiciones potenciales. Justificación de la práctica. Optimización de la seguridad radiológica y limitación del riesgo individual. Clasificación de las condiciones de trabajo. Areas controladas y supervisadas. Dosímetros personales y de áreas. Monitoreos de: contaminación interna, áreas de trabajo y contaminación ambiental. Objetivo de la seguridad nuclear. Instalaciones relevantes. Blindajes. Concepto de accidentes radiológicos. Evaluación de la seguridad en las instalaciones. Unidad Temática 3: DETECCIÓN Y MEDICIÓN DE LAS RADIACIONES. Estadística de las transformaciones radiactivas. Detectores, generalidades. Eficiencia, resolución en energía. Líneas de medición, generalidades. Pulsos. Tiempo muerto. Conteo, generalidades. Detectores de ionización gaseosa. Cámaras de ionización. Contadores proporcionales. Tubos Geiger - Müller. Formación y procesamiento de pulsos. Detectores de centelleo sólido. Centelleo líquido. Sistemas de medición. Soluciones centelladoras. Conteo por radiación Cherenkov. Quenching, clases y tratamiento. Detectores semiconductores. Propiedades de los semiconductores. Características de los detectores semiconductores. Linealidad. Resolución en energía. Eficiencia. Aspectos experimentales. Líneas de medición. Unidad temática 4: REACTORES NUCLEARES DE INVESTIGACIÓN Y DE POTENCIA. GENE- RACIÓN DE ELECTRICIDAD DE ORIGEN NUCLEAR. Reactores nucleares. Reacción en cadena, criticidad. Reactores de potencia, de investigación y de producción de radioisótopos. Facilidades de irradiación. Tipos de reactores de potencia. Elementos combustibles. Enriquecimiento de Uranio. Descripción de los reactores argentinos. El rol de la energía nuclear en la generación eléctrica. Análisis de la situación en algunos países. El reactor natural de Oklo. Otras formas no convencionales de generación de energía eléctrica. Prospección del uranio. Explotación de las minas. Separación y purificación de uranio. Fabricación de elementos combustibles. Gestión del combustible en las centrales nucleares. Reprocesamiento. (10 horas) Unidad temática 5: ACELERADORES DE PARTÍCULAS Y PRODUCCIÓN DE RADIOISÓTOPOS. Aceleradores de partículas. Aceleradores lineales. Ciclotrón, sincrociclotrón. Ciclotrones de producción, hospitalarios e industriales. Operaciones radioquímicas. Normas de laboratorio. Concentración de actividad, actividad específica. Procesos de producción de radioisótopos, generalidades. Radioisótopos de reactor. Radioisótopos de ciclotrón. Generadores. Controles de calidad de radioisótopos: controles nucleares, químicos y biológicos (10 horas) Julio 2006 Página 2 de 5
Unidad temática 6: APLICACIONES NUCLEARES. Aplicaciones de la radiactividad en química analítica. Dilución isotópica. Análisis por activación neutrónica. Métodos instrumentales y con separaciones radioquímicas. PIXE. Fluorescencia de rayos X. Trazadores radiactivos y activables. Geocronología isotópica: método del 14 C. Gammagrafía. Dispositivos nucleares de medición y control: medición de niveles, control de espesores, determinación de humedad o porosidad de suelos. Tratamiento de materiales: radioesterilización. Acondicionamiento de tejidos biológicos. Tratamiento de polímeros. Mutagénesis. Aplicaciones médicas. Radiofarmacia: generalidades, propiedades de los radiofármacos. Unidad temática 7: TÉCNICAS NUCLEARES EN ESTUDIOS SOBRE MEDIO AMBIENTE. Determinaciones experimentales en agua, aire, suelos y otras matrices de interés. Biomonitores e indicadores indirectos. Empleo de isótopos ambientales, incluyendo radiactivos y estables. Trazadores radiactivos y activables en estudios hidrogeológicos y de contaminación. Tratamiento de efluentes urbanos e industriales por radiación. Unidad temática 8: TECNICAS NUCLEARES EN CIENCIAS DE LA ALIMENTACIÓN. Determinaciones de elementos esenciales o tóxicos en alimentos. Control de productos alimenticios. Estudios nutricionales. Estudios de eficiencia de fertilizantes. Tratamiento de alimentos por irradiación. Manejo de plagas. Tratamientos sanitarios Unidad temática 9: TRATAMIENTO DE RESIDUOS RADIACTIVOS. Ciclo de combustible y medio ambiente. Ingeniería de las instalaciones. Aspectos reglamentarios y legales de la gestión de residuos radiactivos. Pretratamiento y acondicionamiento. Transporte de residuos. Almacenamiento transitorio. Disposición final de residuos. Tipos de repositorio. Unidad temática 10: ACCIDENTES EN INSTALACIONES NUCLEARES. Las centrales nucleares de Chernobyl y Three Mile Island. La fuente de radioterapia abandonada en Goiania. La planta de irradiación en San Salvador. La planta de reprocesamiento de Tokaimura. Unidad temática 11: TECNOLOGÍA NUCLEAR Y SOCIEDAD. Argumentos a favor y en contra del uso de la energía nuclear. La energía nuclear como un bien estratégico. Reactores conceptuales de fusión nuclear. Usos bélicos de la energía nuclear. La tecnología nuclear en el marco internacional actual. Tendencias y perspectivas. Distribución Horaria: Teoría Problemas TP Laboratorio Proyecto Parciales Total 84 hs 4 hs -- -- 8 hs 96 hs Julio 2006 Página 3 de 5
Metodología: El curso consiste fundamentalmente en presentaciones teóricas, en razón de que la variedad de temas no permite la inclusión de clases de problemas. Algunos ejemplos y su resolución, a cargo de los docentes, se intercalarán cuando se explique el fundamento teórico pertinente. Durante el dictado de la Unidad Temática 1 se destinará parte del horario a la ejercitación en el manejo de la Tabla de Nucleidos, (interpretación de los datos, propuestas de esquemas de desintegración y de reacciones nucleares). Los contenidos de esta ejercitación formarán parte del primer examen parcial. En líneas generales, las clases se iniciarán con una introducción histórica, donde se dará cuenta del estado de conocimientos precedentes a un descubrimiento o concepción específica y el contexto científico y político. La metodología tenderá a lograr que el alumno comprenda y asimile la línea de pensamiento que acompañó en cada caso al hecho. A continuación se impartirán las nociones correspondientes. Los ejemplos de aplicaciones se iniciarán con la exposición del problema, en sus aspectos generales, para luego mostrar la forma en que las técnicas nucleares contribuyen a su resolución. Se prestará particular énfasis a las aplicaciones en estudios del medio ambiente y en ciencias de la alimentación, en consonancia con las dos orientaciones del Departamento. Prácticas de Laboratorio: - No se realizan prácticas de laboratorio a la fecha. Series de Problemas: - Manejo de la Tabla de Radionucleidos; interpretación de datos, definición de esquemas de desintegración, bosquejos de reacciones nucleares (4 horas). Recursos Informáticos: - No se utilizan. Evaluación: Se tomarán dos exámenes parciales, comprendiendo el primero de ellos las Unidades Temáticas 1 a 3, y el segundo las Unidades Temáticas 4 a 10. La Unidad Temática 11 no se incluirá en ningún parcial y se evaluará en el examen final. Bibliografía Cohen B.L., "Concepts of Nuclear Physics" (1981) Debertin K., "Gamma Spectroscopy with Semiconductor Detectors" (1989) Ehmann W.D., "Radiochemistry and Nuclear Methods of Analysis" (1991) Evans R.D., "The Atomic Nucleus" Friedlander G., Kennedy J.W., "Nuclear and Radiochemistry" (1981) Glasstone, S., "Ingeniería de Reactores Nucleares", Reverté (1968) Gilmore G.R. and Hemingway J.D., "Practical Gamma Spectroscopy" (1995) Kaplan I., "Física Nuclear", Aguilar (1970) Knoll G, "Radiation Detection and Measurements" (1989) Leo W.R., "Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments" (1987) Ross H, Noakes J., Spaulding J., "Liquid scintillation counting and organic scintillator" (1991) Ortec EG & G, "Experiments in Nuclear Science" (1984) Rodriguez Pasqués R.H. "Introducción a la Tecnología Nuclear", EUDEBA (1978) Williams, "Nuclear Physics and Particle" (1991) Publicaciones periódicas más consultadas Journal of Radioanalitycal and Nuclear Chemistry. Journal of Applied Radiation and Isotopes. Radiochimica Acta. Journal of Radiochemistry. Nuclear Science and Engineering. Julio 2006 Página 4 de 5
Correlativas: PARA CURSAR = Cursadas: Termodinámica Química Analítica Aprobadas:(-) PARA RENDIR = Aprobadas:Termodinámica Química Analítica Julio 2006 Página 5 de 5