FÍSICA NUCLEAR

Física - 2º bachillerato

DEFINICIÓN

¿Qué es la física nuclear?

Rama de la Física Moderna que se encarga del estudio de los fenómenos

relacionados con el núcleo de los átomos

CONCEPTOS PREVIOS

CONCEPTOS A CONOCER:-Modelo atómico

-Protones, electrones y neutrones-Nucleones

-Nº atómico y másico-Núclido-Isótopos

-Volumen, masa y densidad del núcleo

R≈1,2·10-15 A1/3

D≈2,4·1014 g/cm3

CONCEPTOS PREVIOS

¿Representación esquemática?

ESTABILIDAD DE LOS NÚCLEOS

¿Cómo es posible que cargas de

igual signo estén tan próximas y que

el núcleo sea estable?

Distancia media nucleones: 10-15m (1fermi o fentómetro,

fm)

ESTABILIDAD DE LOS NÚCLEOS

Fuerzas entre nucleones– Fuerzas electrostáticas (Ley de Coulomb)→repulsivas

– Fuerzas gravitatorias → atractivas (despreciable)

¡¡LOS PROTONES DEBERÍAN REPELERSE!!

ESTABILIDAD DE LOS NÚCLEOS

Tiene que existir una fuerza atractiva mayor que la electrostática:

INTERACCIÓN NUCLEAR FUERTE

- FUERZA ATRACTIVA MUY FUERTE- Solo actúa a distancias muy pequeñas

• ¿Cuánto debería pesar el núcleo del C-12?

DEFECTO DE MASA Y ENERGÍA DE ENLACE

Masa protón: 1,0073u; masa neutrón: 1,0087u

Masa 6 protones = 6 ·1,0073u = 6,0438uMasa 6 neutrones=6· 1,0087u= 6,0522u

Masa total núcleo………………..12,096u

12.000u

• ¿Cuánto pesa realmente? 12u

Conclusión: suma masas nucleones > masa real núcleo

Conclusión: suma masas nucleones > masa real núcleo

DEFECTO DE MASA Y ENERGÍA DE ENLACE

Se cumple para todos los núcleos atómicos y se llama defecto de masa (∆m) a la diferencia entre ambas masas

Conclusión: suma masas nucleones > masa real núcleoConclusión: suma masas nucleones > masa real núcleo

∆m = suma masas nucleones - masa real núcleo∆m = Z mp + (A-Z)mn - M

∆m = suma masas nucleones - masa real núcleo∆m = Z mp + (A-Z)mn - M

Defecto de masaDefecto de masa

Z = nº atómico; A = nº másico mp =masaprotón; mn =masa neutrón

M= masa real del núcleo

DEFECTO DE MASA Y ENERGÍA DE ENLACE

∆m = suma masas nucleones - masa real núcleo∆m = suma masas nucleones - masa real núcleoDefecto de masaDefecto de masa

vvEnergía equivalente al defecto de masa (Einstein)

E = ∆m · c2E = ∆m · c2

Energía de enlace o ligaduraEnergía de enlace o ligadura

Energía que se libera al formarse el núcleo al juntarse sus nucleones constituyentes (o energía que hay que aportar para separar los nucleones que forman el núcleo)

E = ∆m · c2 / nº nucleonesE = ∆m · c2 / nº nucleonesEnergía de enlace por nucleónEnergía de enlace por nucleón

↑energía por nucleón ↑estabilidad del núcleo

RADIOACTIVIDAD

• Visionad el siguiente vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=Y15JROM48yI

• Contestad a las siguientes cuestiones:

-¿Qué es la radioactividad y quién y cómo se descubrió?- Ejemplos de elementos radioactivos y tipo de radiación que emiten- Diferencias entre radiactividad natural y artificial. ¿Quién descubrió esta última?- Aplicaciones de la radiactividad

-¿Qué es la radioactividad y quién y cómo se descubrió?- Ejemplos de elementos radioactivos y tipo de radiación que emiten- Diferencias entre radiactividad natural y artificial. ¿Quién descubrió esta última?- Aplicaciones de la radiactividad

TIPOS EMISIONES RADIACTIVAS

Se somete la radiación emitida por una muestra natural a un campo eléctrico y a un campo magnético y se observa lo siguiente:

¿CONCLUSIONES?¿CONCLUSIONES?

TIPOS EMISIONES RADIACTIVAS

Se somete la radiación emitida por una muestra natural a un campo eléctrico y a un campo magnético y se observa lo siguiente:

¿Cuál será su carga? ¿Cuál pesará más?¿Cuál será su carga? ¿Cuál pesará más?

TIPOS EMISIONES RADIACTIVAS

RADIACIÓN ALFA: Núcleos de Helio (4

2He)RADIACIÓN ALFA: Núcleos de

Helio (42He)

Emisión de partículas positivas, pesadas y lentas

Reacciones nucleares (debe conservarse Z y A)

Cuando un átomo emite una partícula alfa se transforma en el núcleo de otro átomo diferente,

con dos neutrones y dos protones menos

TIPOS EMISIONES RADIACTIVAS

RADIACIÓN BETA: electrones (0-1e)RADIACIÓN BETA: electrones (0

-1e)

Emisión de partículas negativas con velocidad próxima a la de la luz

¿Cómo puede un núcleo emitir electrones?

Un neutrón se transforma en un protón, un electrón y

una partícula sin carga ni masa en reposo llamada

antineutrino

TIPOS EMISIONES RADIACTIVAS

RADIACIÓN BETA: electrones (0-1e)RADIACIÓN BETA: electrones (0

-1e)

Cuando un átomo emite una partícula beta se transforma en el núcleo de otro átomo diferente con un

protón más pero igual A (se gana un protón pero se pierde un neutrón)

TIPOS EMISIONES RADIACTIVAS

RADIACIÓN GAMMA, γ: ondas electromagnéticas de alta frecuencia

RADIACIÓN GAMMA, γ: ondas electromagnéticas de alta frecuencia

No son partículas, sino radiación que se emite cuando el núcleo excitado

vuelve a su estado fundamental. Suelen acompañar a las emisiones

alfa y beta

Cuando un átomo emite radiación gamma no cambia su composición (sigue siendo el mismo átomo, con igual A y Z)

TIPOS EMISIONES RADIACTIVAS

• Poder de penetración

DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA

En una muestra radiactiva, el nº de emisiones disminuye exponencialmente con el tiempo. El número de núcleos que se desintegran será directamente proporcional al tiempo y al número de núcleos totales existentes en la muestra(N). Expresado en forma diferencial:

- dN= λNdt Siendo λ la constante de proporcionalidad , conocida como constante de desintegración (s-1)

DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA

• Integrando la expresión:

Ecuación fundamental de la radiactividad

Permite calcular el nº de núcleos radiactivos que quedan sin desintegrar en cada instante

DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA

Unidades:

Becquerel, Bq (SI) – 1Bq=1 desintegración/s

Curio, Ci: actividad de una muestra de 1 g de radio

1Ci = 3,7·1010 Bq

Nº de desintegraciones en la unidad de tiempo

ACTIVIDAD O VELOCIDAD DE DESINTEGRACIÓN, AACTIVIDAD O VELOCIDAD DE DESINTEGRACIÓN, A

DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA

ACTIVIDAD O VELOCIDAD DE DESINTEGRACIÓN, AACTIVIDAD O VELOCIDAD DE DESINTEGRACIÓN, A

La ecuación fundamental de la radiactividad se puede expresar en función de la actividad de la muestra

Ecuación fundamental de la radiactividad

Ao: actividad inicial de la muestra A: actividad de la muestra cuando ha transcurrido un tiempo t

DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA

PERIODO DE SEMIDESINTEGRACIÓN O PERIODO DE SEMIVIDA, T1/2PERIODO DE SEMIDESINTEGRACIÓN O PERIODO DE SEMIVIDA, T1/2

Se define como el tiempo necesario para el nº de núcleos radiactivos de una muestra se reduzca a la mitad, es decir, N= No/2 .Sustituyendo en la ecuación fundamental:

Simplificando y tomando logaritmos neperianos:

DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA

La vida media es el tiempo promedio que tarda un núcleo en desintegrarse. Puede calcularse como la inversa de la constante de semidesintegración

Expresado en función del tiempo de semivida:

PON EN PRÁCTICA LO APRENDIDO

ACTIVIDADES pág. 303

CUESTIONES Y PROBLEMAS 3, 4, 6, 10, 15, 16, 18, 19, 20, 21, 22,

35, 36 – págs. 316/7

ACTIVIDADES pág. 303

CUESTIONES Y PROBLEMAS 3, 4, 6, 10, 15, 16, 18, 19, 20, 21, 22,

35, 36 – págs. 316/7