RADIACTIVIDAD FENÓMENO POR EL QUE ALGUNOS ELEMENTOS (ELEMENTOS RADIACTIVOS) EMITEN RADIACIONES PENETRANTES. PUEDE SER:› NATURAL: DESCUBIERTA POR BECQUEREL.

SE PRODUCE DE FORMA ESPONTÁNEA EN LAS SUSTANCIAS DE LA NATURALEZA CON UN NÚMERO ATÓMICO ELEVADO (Z>83)

› ARTIFICIAL: SE PRODUCE POR UNA SUSTANCIA SINTETIZADA PREVIAMENTE EN LABORATORIO. Ejemplo:

INESTABLE: T = 2,6 minn *P 1

03015

42

2713 Al

TIPOS DE EMISIONES RADIACTIVAS:

› EMISIÓN ALFA () SON NÚCLEOS DE HELIO (ÁTOMOS QUE HAN PERDIDO SUS 2 ELECTRONES)

PODER DE PENETRACIÓN ESCASO (FRENADA POR PAPEL O UNOS CENTÍMETROS DE AIRE)

GRAN CAPACIDAD DE IONIZAR (ARRANCAR ELECTRONES A LOS ÁTOMOS)

SU VELOCIDAD ESTÁ EN TORNO AL 5% DE c4242 He

TIPOS DE EMISIONES RADIACTIVAS:

› EMISIÓN BETA () SON ELECTRONES

PODER DE PENETRACIÓN MAYOR QUE LA EMISIÓN

MENOS IONIZANTE QUE LAS PARTÍCULAS

SU VELOCIDAD ESTÁ EN TORNO AL 99,95% DE c

01

TIPOS DE EMISIONES RADIACTIVAS:

› EMISIÓN GAMMA () RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA CONSTITUIDA POR FOTONES MUY ENERGÉTICOS

PODER DE PENETRACIÓN MÁS ELEVADO QUE LAS DEMÁS (SÓLO LA FRENAN PLACAS DE HORMIGÓN O PLOMO DE GRAN ESPESOR)

CAPACIDAD DE IONIZACIÓN MUY BAJA

00

TIPOS DE EMISIONES RADIACTIVAS:

RUTHERFORD DEMOSTRÓ LA EXISTENCIA DE UN NÚCLEO ATÓMICO DIEZ MIL VECES MÁS PEQUEÑO QUE EL ÁTOMO. ESTE NÚCLEO ESTÁ FORMADO POR PROTONES Y NEUTRONES Y SE CARACTERIZA POR:› NÚMERO ATÓMICO (Z) NÚMERO DE

PROTONES (COINCIDE CON EL DE ELECTRONES SI EL ÁTOMO ES ELÉCTRICAMENTE NEUTRO)

› NÚMERO MÁSICO (A) NÚMERO DE NUCLEONES (PROTONES + NEUTRONES): A = Z+ n

http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/rutherford/

ISÓTOPOS: SON ÁTOMOS DE UN MISMO ELEMENTO (MISMO NÚMERO DE PROTONES MISMO NÚMERO ATÓMICO) CON DISTINTO NÚMERO MÁSICO (DISTINTO NÚMERO DE NEUTRONES). EJEMPLO: ISÓTOPOS DEL HIDRÓGENO

NÚCLIDOS: SON CADA UNA DE LAS ESPECIES NUCLEARES DEFINIDAS POR SU NÚMERO ATÓMICO Y SU NÚMERO MÁSICO

MASA ATÓMICA: ES LA MASA DE LOS ÁTOMOS. SE MIDE EN UNIDADES DE MASA ATÓMICA (u)

1 u = LA DOCEAVA PARTE DE LA MASA DE UN ÁTOMO DE C-12› MASA DE 1 ÁTOMO DE C-12 = 12 u› MASA DE 1 ÁTOMO DE HIDRÓGENO = 1 u

EN UN PROCESO RADIACTIVO, UN NÚCLEO EMITE UNA RADIACIÓN O Y SE TRANSFORMA EN OTRO ELEMENTO QUÍMICO DIFERENTE El núcleo radiactivo se transforma en otro núcleo más una partícula

PRIMERA LEY DE LOS DESPLAZAMIENTOS RADIACTIVOS O DESINTEGRACIÓN ALFA

› UN NÚCLEO EMITE UNA PARTÍCULA ALFA, TRANSFORMÁNDOSE EN OTRO NÚCLEO CON UN NÚMERO MÁSICO CUATRO UNIDADES MENOR Y UN NÚMERO ATÓMICO DOS UNIDADES MENOR QUE EL NÚCLEO ORIGINAL HeA

Z42

4-A2-Z Y X

SEGUNDA LEY DE LOS DESPLAZAMIENTOS RADIACTIVOS O DESINTEGRACIÓN -

› UN NÚCLEO EMITE UNA PARTÍCULA BETA ( UN ELECTRÓN) TRANSFORMÁNDOSE EN OTRO NÚCLEO CON EL MISMO NÚMERO MÁSICO PERO DIFERENTE NÚMERO ATÓMICO (AUMENTA UNA UNIDAD)

01-A

1Z Y X AZ

SEGUNDA LEY DE LOS DESPLAZAMIENTOS RADIACTIVOS O DESINTEGRACIÓN -

› EL ELECTRÓN EMITIDO POR EL NÚCLEO PROCEDE DE UNA REACCIÓN NUCLEAR DONDE UN NEUTRÓN SE CONVIERTE EN UN PROTÓN, UN ELECTRÓN Y UN ANTINEUTRINO:

v p n 01-

11

10 e

SEGUNDA LEY DE LOS DESPLAZAMIENTOS RADIACTIVOS O DESINTEGRACIÓN +

› ALGUNOS NÚCLEOS EMITEN UNA PARTÍCULA LLAMADA POSITRÓN (ANTIPARTÍCULA DEL ELECTRÓN), QUE PROCEDE DE LA DESINTEGRACIÓN DE UN PROTÓN:

v n p 01

10

11 e

SEGUNDA LEY DE LOS DESPLAZAMIENTOS RADIACTIVOS O DESINTEGRACIÓN +

› CUANDO UN NÚCLEO RADIACTIVO EMITE UNA PARTÍCULA + (POSITRÓN), SU NÚMERO MÁSICO SE MANTIENE IGUAL PERO SU NÚMERO ATÓMICO DISMINUYE UNA UNIDAD:

01A

1Z Y X AZ

TERCERA LEY DE LOS DESPLAZAMIENTOS RADIACTIVOS O DESINTEGRACIÓN GAMMA

› EN ESTE CASO, EL NÚCLEO PERMANECE IGUAL PERO SE PRODUCE UN CAMBIO DE UN ESTADO ENERGÉTICO A OTRO DE UN NIVEL INFERIOR, LIBERÁNDOSE EL EXCESO DE ENERGÍA EN FORMA DE RADIACIÓN GAMMA () 00

* X X AZ

AZ

SERIES RADIACTIVAS NATURALES:

› COMIENZAN EN UN NÚCLIDO POCO RADIACTIVO Y TERMINAN EN UN NÚCLEO ESTABLE DEL PLOMO:

SERIE DEL TORIO SERIE DEL URANIO SERIE DEL ACTINIO SERIE DEL NEPTUNIO

ESTABLECE UNA RELACIÓN PARA MEDIR EL NÚMERO DE NÚCLEOS RADIACTIVOS SIN DESINTEGRAR EN UNA MUESTRA DESPUÉS DE UN TIEMPO DETERMINADO

LA VELOCIDAD DE DESINTEGRACIÓN DE UNA MUESTRA RADIACTIVA ES PROPORCIONAL AL NÚMERO DE NÚCLEOS PRESENTES

N= número de núcleos en la muestra radiactiva para un tiempo determinado

= constante radiactiva (característica de cada emisor). Se mide en s-1 en el S.I.

Ndt

dNv ·

el signo negativo muestra que N disminuye con el tiempo

Ndt

dNv ·

tN

Ndt

N

dN0

·0

Agrupamos variables

tN NN ·ln

0

Integramos

ln N – ln N0 = ln (N/N0)

tN

N·ln

0

Eliminamos el ln con el número e

tN NN ·ln

0

tt eNNeN

N ·0

·

0

·

teNN ·0·

A LA VELOCIDAD DE DESINTEGRACIÓN LA LLAMAMOS ACTIVIDAD O TASA DE DESINTEGRACIÓN (A) : A =· N

COMO N = N0·e-· t A= · N = · N0·e-

· t

Así, A = A0·e-· t A0

A = A0·e-· t

A0 ES LA ACTIVIDAD INICIAL DE LA MUESTRA (t = 0)

A se mide en Bq (becquerel) UN BECQUEREL ES LA ACTIVIDAD QUE

PRESENTA UNA MUESTRA RADIACTIVA EN LA QUE SE PRODUCE UNA DESINTEGRACIÓN POR SEGUNDO

LA ACTIVIDAD TAMBIÉN SE MIDE UN CURIOS 1 Ci = 3,7·1010 Bq

PERÍODO DE SEMIDESINTEGRACIÓN: TIEMPO QUE TRANSCURRE HASTA QUE EL NÚMERO DE NÚCLEOS QUE TIENE UNA MUESTRA SE REDUCE A LA MITAD› SE OBTIENE SUSTITUYENDO EN LA LEY

DE DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA t = T/2 Y N=N0/2 teNN ·

0·

ASÍ:

PODEMOS QUITAR e CON EL ln:

2/1·0

0 ·2

TeNN 2/1·

2

1 Te

2/1·2

1ln T

2ln

2/1 T

ln (1/2) = ln 1 – ln 2ln 1 = 0

EL PERÍODO DE SEMIDESINTEGRACIÓN ES INDEPENDIENTE DEL TAMAÑO DE LA MUESTRA Y CARACTERÍSTICO DE CADA EMISOR RADIACTIVO

LA VIDA MEDIA () NOS DA EL VALOR PROMEDIO DE LA VIDA DE UN NÚCLEO RADIACTIVO: = 1/

2ln

2/1 T

2ln2/1T

DATACIÓN DE MUESTRAS CON FUENTES RADIACTIVAS: USO DEL MÉTODO DEL CARBONO-14

› BASADO EN QUE LA PROPORCIÓN C-12/C-14 PERMANECE CONSTANTE EN LOS ORGANISMOS VIVOS HASTA SU MUERTE, MOMENTO A PARTIR DEL CUAL EL C-14 DISMINUYE EXPONENCIALMENTE

DATACIÓN DE MUESTRAS CON FUENTES RADIACTIVAS: USO DEL MÉTODO DEL CARBONO-14› SÓLO SE PUEDE APLICAR A RESTOS QUE

HAYAN SIDO TEJIDOS DE SERES VIVOS› IMPLICA SUPOSICIONES:

1. QUE LA PROPORCIÓN C-12/C-14 SÓLO SE HA ALTERADO POR DESINTEGRACIÓN NATURAL

2. QUE EN TODAS LAS ÉPOCAS LA PROPORCIÓN C-12/C-14 HA SIDO CONSTANTE EN TODOS LOS SERES VIVOS

3. QUE LA CONCENTRACIÓN DE C-14 EN LA ATMÓSFERA HA SIDO SIEMPRE CONSTANTE

LAS FUERZAS FUNDAMENTALES SON 4 (LAS FUERZAS DE LA NATURALEZA PERTENECEN A UNO DE ESTOS GRUPOS)› FUERZA GRAVITATORIA› FUERZA ELECTROMAGNÉTICA› FUERZA NUCLEAR FUERTE› FUERZA NUCLEAR DÉBIL

FUERZA GRAVITATORIA› ENTRE DOS PARTÍCULAS QUE TENGAN MASA› SIEMPRE ES DE ATRACCIÓN› ES UNA INTERACCIÓN DÉBIL Sólo

apreciable si uno de los cuerpos tiene gran masa

FUERZA ELECTROMAGNÉTICA› ENTRE DOS PARTÍCULAS CON CARGA

ELÉCTRICA› PUEDE SER DE ATRACCIÓN O REPULSIÓN› DE MAYOR INTENSIDAD QUE LA FUERZA

GRAVITATORIA

FUERZA NUCLEAR DÉBIL› RESPONSABLE DE LA DESINTEGRACIÓN › ES MÁS DÉBIL QUE LA NUCLEAR FUERTE Y LA

ELECTROMAGNÉTICA PERO SUPERA A LA GRAVITATORIA A DISTANCIAS NUCLEARES

› ES DE CORTO ALCANCE: NULA PARA d > 10-17 m FUERZA NUCLEAR FUERTE

› RESPONSABLE DE LA COHESIÓN DEL NUCLEO› MUY INTENSA A DISTANCIAS NUCLEARES

(SUPERIOR AL RESTO DE FUERZAS) vence repulsión de los protones

› ES DE CORTO ALCANCE: NULA PARA d > 10-15 m

FORMACIÓN DE NÚCLEOS› DIRECTAMENTE RELACIONADA CON LAS

FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE PROTONES Y NEUTRONES (EQUILIBRIO ENTRE INTERACCIÓN FUERTE Y FUERZAS ELECTROSTÁTICAS ENTRE p+) LA INTERACCIÓN FUERTE SE SATURA CON

LOS NÚCLEONES MÁS PRÓXIMOS PERO LA REPULSIÓN ELÉCTRICA AFECTA A TODO EL NÚCLEO CAUSA DE QUE LOS NÚCLEOS MUY PESADOS SEAN INESTABLES

FORMACIÓN DE NÚCLEOS› DIRECTAMENTE RELACIONADA CON LAS

FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE PROTONES Y NEUTRONES

› INTERACCIÓN FUERTE SE AGOTA CON LOS NUCLEONES MÁS PRÓXIMOS: REPULSIÓN ELÉCTRICA DESESTABILIZA NÚCLEOS PESADOS

› INTERACCIÓN DÉBIL DESESTABILIZA EL NÚCLEO TENDENCIA DE PROTONES Y NEUTRONES A INTERCAMBIARSE PRODUCIENDO EMISIONES + , - O CAPTURA DE ELECTRONES

EMISIÓN -

EMISIÓN +

CAPTURA ELECTRÓNICA

EMISIÓN GAMMA: No altera la composición del núcleo. Sólo libera energía

vepn 01

11

10

venp 01

10

11

vnep 10

01

11

ENERGÍA DE ENLACE NUCLEAR: ES LA ENERGÍA QUE HAY QUE DAR A UN NÚCLEO PARA SEPARALO EN LAS PARTÍCULAS QUE LO FORMAN› CRECE CON EL TAMAÑO DEL NÚCLEO: SE

ESTABLECE LA ENERGÍA DE ENLACE POR NUCLEÓN: ES LA ENERGÍA QUE HAY QUE PROPORCIONAR A UN NÚCLEO PARA ARRANCAR UNO DE SUS NUCLEONES

› (En = Ee/A)

Energía de enlace nuclear

Número másico

ISLA DE ESTABILIDAD

-TENDENCIA DE LA GRÁFICA-En CRECE HASTA A ≈ 20-DESPUÉS SE MANTIENE MÁS O MENOS ESTABLE-EN EL TRAMO FINAL DECRECE

BALANCE DE MASA Y ENERGÍA: LA ECUACIÓN RELATIVISTA DE EINSTEIN PERMITE RELACIONAR MASA Y ENERGÍA LA ENERGÍA QUE SE DESPRENDE EN LA FORMACIÓN DE UN NÚCLEO A PARTIR DE SUS NUCLEONES (proceso inverso a la energía de enlace) PROCEDE DE LA PÉRDIDA DE MASA QUE SE DA EN EL PROCESO› E = m·c2

E = m·c2

EL CÁLCULO DEL DEFECTO DE MASA QUE DA LUGAR A LA ENERGÍA DE ENLACE NUCLEAR SE OBTIENE ASÍ: m = (Z· mp+N· mn)-m› N = NÚMERO DE NEUTRONES (A – Z)

› m = MASA NUCLEAR (masa atómica – Z· me)

› mp = masa del protón = 1,007267 u

› mn = masa del neutrón = 1,008665 u

› me = masa del electrón = 5,48·10-4 u

REACCIÓN NUCLEAR: TRANSFORMACIÓN DE UN NÚCLEO EN OTROS. SE CUMPLE SIEMPRE:› CARGA ELÉCTRICA CONSTANTE:Z1 + Z2 =

Z’1 + Z’ 2

› NÚMERO DE NÚCLEOS CONSTANTE: A1 + A2 = A’1 + A’2

EJEMPLO: FISIÓN DEL URANIO

nKrBaUnU 10

9236

14156

23692

10

23592 3*

Pueden ser absorbidos originando una reacción en cadena

FISIÓN: UN NÚCLEO PESADO SE DIVIDE EN OTROS MÁS LIGEROS

› LA ENERGÍA DE ENLACE POR NUCLEÓN ES MAYOR EN LOS NÚCLEOS RESULTANTES QUE EN EL NÚCLEO ORIGINAL

› REACTORES DE FISIÓN GENERAN PARTE DE LA ELECTRICIDAD QUE CONSUMIMOS

› EJEMPLO: FISIÓN DEL URANIO

nKrBaUnU 10

9236

14156

23692

10

23592 3*

FUSIÓN: DOS NÚCLEOS SE UNEN PARA FORMAR UN NÚCLEO MÁS PESADO, DESPRENDIENDO ENERGÍA

EJEMPLO: FORMACIÓN DE He

nHeH 10

42

21

31 H

FUSIÓN: DOS NÚCLEOS SE UNEN PARA FORMAR UN NÚCLEO MÁS PESADO, DESPRENDIENDO ENERGÍA› INCONVENIENTE: NECESIDAD DE ELEVADOS

VALORES DE TEMPERATURA (DIEZ MILLONES DE GRADOS) NO EXISTE MATERIAL QUE LO SOPORTE. SOLUCIÓN: CONFINAMIENTO MAGNÉTICO CONFINAMIENTO INERCIAL

A FECHA DE HOY EL PROCESO CONSUME MÁS ENERGÍA DE LA QUE GENERA