1. DEESSCCUUBBRRIIMMIIEENNTTOO DDEE LLAA ... · Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3 - 2/23...
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Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3 - 1/23
Elementos de Radioprotección ISBN 84-
111... DDDEEESSSCCCUUUBBBRRRIIIMMMIIIEEENNNTTTOOO DDDEEE LLLAAA RRRAAADDDIIIAAACCCTTTIIIVVVIIIDDDAAADDD
Descubrimiento: Henri Becquerel (1896) La radioactividad es una propiedad intrínseca de los núcleos de los átomos.
Composición : tres componentes: αααα , ββββ, γγγγ
EExxppeerriimmeennttoo ddee BBeeccqquueerreell:: α : partículas cargadas + β : partículas cargadas – γ : radiación neutra398-9769-3 © Manuel R. Ortega Girón
Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3 - 2/23
Elementos de Radioprotección ISBN 84-398-9769-3 © Manuel R. Ortega Girón
222... NNNAAATTTUUURRRAAALLLEEEZZZAAA DDDEEELLL PPPRRROOOCCCEEESSSOOO RRRAAADDDIIIAAACCCTTTIIIVVVOOO
Es interpretado por Rutheford como una transición desde un núcleo inestable a otro de configuración más estable.
Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3 - 3/23
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333... DDDIIIAAAGGGRRRAAAMMMAAASSS DDDEEE DDDEEESSSIIINNNTTTEEEGGGRRRAAACCCIIIÓÓÓNNN
Qp = [ M(X) – { M(Y) + M(P) } - E* ]
Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3 - 4/23
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Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3 - 5/23
Elementos de Radioprotección
444... RRRAAADDDIIIAAACCCTTTIIIVVVIIIDDDAAADDD AAALLLFFFAAA
El núcleo atómico emite una partícula alfa (α) Las partículas alfa son átomos de helio completamente ionizados.
4 42 2X Y HeA A
Z Z−−→ +
α212 208
83 81Bi Tl→ α226 22288 86Ra Rn→
Muy importante en nucleidos pesados (A > 140)
EEnneerrggííaa lliibbeerraaddaa eenn eessttee pprroocceessoo:: (masas nucleares) Qα = [ mN (Z,A) – mN (Z-2 , A-4) – mN (α )] c2
(masas atómicas) Qα = [ ma ( Z, A ) – ma ( Z-2, A-4 ) – ma (2,4)] c2
Ec(α) < Qα pues el núcleo residual retrocede llevándose una cierta
c α c α4 4(α) (R)AE Q E Q
A A−≈ ≈
El espectro energ
Qα = 5.38 MeV,
α232 22890 88Th Ra→
Ec(α) = 5.14 MeV, Ec(R) = 0.24 MeV
ISBN 84-398-9769-3 © Manuel R. Ortega Girón
ético de las partículas α es discreto.
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Elementos
555... RRRAAADDDIIIAAACCCTTTIIIVVVIIIDDDAAADDD BBBEEETTTAAA
Emisión
TTRREESS PPRROOCCEESSOOSS DDIIFFEERREENNTTEESS:: • DESINTEGRACIÓN β- • DESINTEGRACIÓN β+ • CAPTURA ELECTRÓNICA
de Radioprotección ISBN 84-398-976
DDDEEESSSIIINNNTTTEEEGGGRRRAAACCCIIIÓÓÓNNN ββββββββββββ--- espontánea de electrones (e-) por los núcleos
-n p + e ν→ +
1X Y + e νA AZ Z
−+→ +
-β40 4019 20K Ca→
-β212 21283 84Bi Po→
Los núcleos sobreabundantes en neutrones son emisores ββββ-.
Energía liberada en este proceso:
Qββββ- = ( mX – mY) c2 Espectro energético continuo para los electrones (e-) emitidos. El % mayor de β- se encuentra a 1/3 de Emáx Intervalo : 0.1 MeV – 3 MeV
9-3 © Manuel R. Ortega Girón
Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3 - 8/23
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DDDEEESSSIIINNNTTTEEEGGGRRRAAACCCIIIÓÓÓNNN ββββββββββββ+++
Emisión espontánea de positrones (e+) los núcleos.
+p n + e ν→ +
1X Y + e νA AZ Z
+−→ +
+β30 30
15 14P Si→ +β53 53
26 25Fe Mn→
Los núcleos sobreabundantes en protones son emisores ββββ+.
Energía liberada en este proceso: Qββββ
+ = ( mx – my – 2me ) c2 Espectro energético continuo para los positrones (e+) emitidos. El % mayor de β+ se encuentra a ½ Emáx Emáx = 1.24 MeV
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666... CCCAAAPPPTTTUUURRRAAA EEELLLEEECCCTTTRRRÓÓÓNNNIIICCCAAA
El núcleo captura un electrón (e-) de las capas internas del átomo y lo "combina" con un protón (p) nuclear:
-p + e n ν→ +
1X + e Y νA AZ Z
−−→ +
La EC es competitiva con la desintegración β+. El átomo al que pertenece el núcleo residual (Y) queda ionizado produciéndose un reajuste de su configuración electrónica con la consiguiente emisión de rayos-X.
-β80 8035 36Br Kr→
+β80 8035 34Br Se→ EC80 80
35 34Br Se→ Energía liberada en este proceso:
QE.C. = (mX – mY) c2
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777... RRRAAADDDIIIAAACCCTTTIIIVVVIIIDDDAAADDD GGGAAAMMMMMMAAA
Esta emisión representa para el núcleo un medio de desprenderse de su energía de excitación. El espectro energético de un emisor γγγγ es discreto y característico. Energías típicas: desde algunas decenas de keV hasta algunos MeV
X* X + γA AZ Z→
Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3 - 11/23
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888... AAACCCTTTIIIVVVIIIDDDAAADDD RRRAAADDDIIIAAACCCTTTIIIVVVAAA
Velocidad de desintegración de los núcleos de los átomos que constituyen la muestra de material radiactivo.
Unidad: becquerelio (Bq)
1 Bq = 1 desintegración / segundo Por ser pequeña se utilizan múltiplos:
1 kBq = 103 Bq 1 MBq = 106 Bq 1 GBq = 109 Bq Por razones históricas se sigue utilizando el Curio (Ci):
1 Ci = 3.7 × 1010 desintegraciones / segundo Por ser muy grande se utilizan submúltiplos :
1 mCi = 10-3 Ci 1 µCi = 10-6 Ci 1 pCi = 10-12 Ci
0
dlimdt
N NAt t∆ →
−∆= = −∆
NAt
−∆< > =∆
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999... DDDEEECCCRRREEECCCIIIMMMIIIEEENNNTTTOOO RRRAAADDDIIIAAACCCTTTIIIVVVOOO
La actividad también se expresa por:
A = λ N
λ : constante de desintegración La actividad disminuye en función del tiempo:
0
-e tA A λ=
Período de semidesintegración: tiempo que debe transcurrir para que la actividad se reduzca a la mitad.
T, T1/2 En general, para un tiempo nT (n = 1,2,3,...), la actividad de la muestra se reduce en 1/2n Se verifica que:
ln 2 0.693Tλ λ
= =
Vida media: expectativa de vida de un núcleo
1 1.443τ λλ
= =
Actividad específica: actividad por unidad de masa (Bq/kg, o similares)
Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3 - 13/23
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Los periodos de semidesintegración se extienden desde fracciones de segundo hasta miles de millones de años.
Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3 - 14/23
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111000... FFFIIILLLIIIAAACCCIIIÓÓÓNNN RRRAAADDDIIIAAACCCTTTIIIVVVAAA
A B C (estable)
TA TB
Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3 - 15/23
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111111... RRRAAADDDIIIOOONNNUUUCCCLLLEEEIIIDDDOOOSSS NNNAAATTTUUURRRAAALLLEEESSS
Existen unos 50 radionucleidos con números másicos elevados y pertenecen a unas de las cuatro familias radiactivas Son emisores α y β
-
Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3 - 16/23
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Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3 - 17/23
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Existen algunos con números másicos intermedios. Son emisores β- y E.C.
Otros se producen en la atmósfera.
Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3 - 18/23
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111222... RRRAAADDDIIIOOONNNUUUCCCLLLEEEIIIDDDOOOSSS AAARRRTTTIIIFFFIIICCCIIIAAALLLEEESSS
Irene y Joliot Curie (1934)
27 3013 15α + Al P + n→
El 30 P es emisor β- con T = 2.5 min Actualmente existen más de un millar de radionucleidos artificiales.
Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3 - 19/23
Elementos de Radioprotección ISBN 84-39
111333... RRREEEAAACCCCCCIIIOOONNNEEESSS NNNUUUCCCLLLEEEAAARRREEESSS
Proceso de transmutación que experimentan los núcleos cuando se bombardean con partículas energéticas.
42
7Li(p,α) He3 239
• Se conserva la carga eléctri• Se conserva el número de n
Energía puesta en juego:
Q = ( ma + m
a + X
X (a
= Y + b ,b) Y
8-9769-3 © Manuel R. Ortega Girón
134 9952 40
5U(n,3n) Te Zr2
ca. ucleones.
x – my – mb ) c2
Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3 - 20/23
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111444... TTTIIIPPPOOOSSS DDDEEE RRREEEAAACCCCCCIIIOOONNNEEESSS NNNUUUCCCLLLEEEAAARRREEESSS
A) Se pueden clasificar atendiendo al Q: Q > 0 exoenergéticos sea cual sea Ta Q < 0 endoenergéticos si Ta > Eumb = [(mx + ma) / mx ] Q Q = 0 difusión elástica B) Atendiendo al tipo de reacción:
C) Por la naturaleza y procedencia de las partículas incidentes.
• Reacciones producidas por partículas poco energéticas. • Reacciones producidas por partículas de acelerador. • Las producidas por n sobre el núcleo blanco. • Reacciones de fisión.
Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3 - 21/23
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111555... FFFUUUEEENNNTTTEEESSS DDDEEE NNNEEEUUUTTTRRROOONNNEEESSS
Los neutrones no se emiten directamente por los núcleos, pero se liberan en algunas reacciones nucleares.
9 124 6α + Be C + n→
Energía ≈≈≈≈ algunos MeV
Rendimiento ≈≈≈≈106 neutrones / s • Ci
9 84 4γ + Be Be + n→
Energía ≈≈≈≈ 0.500 MeV
Rendimiento ≈≈≈≈104 neutrones / s •⋅Ci Otras fuentes:
• Reactores nucleares (fisión) • Aceleradores de partículas [Reacciones (p,n), (γ ,n), (α, n)]
Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3 - 22/23
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111666... RRREEEAAACCCCCCIIIOOONNNEEESSS CCCOOONNN NNNEEEUUUTTTRRROOONNNEEESSS
Las reacciones con neutrones se clasifican por el método general. Las reacciones más importantes :
• Difusión elástica sobre H para rápidos. • Captura electrónica (n ,γ ) lentos, térmicos. • Transmutación (n, p), (n, α ).
Los neutrones se clasifican en:
• Rápidos > 1 MeV • Lentos ≈ eV • Térmicos : 0.02 eV
Radiactividad y Reacciones Nucleares Tema 3 - 23/23
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111777... RRREEEAAACCCCCCIIIOOONNNEEESSS DDDEEE FFFIIISSSIIIÓÓÓNNN
El núcleo se escinde en dos.
• Espontánea: 238U (T = 1016 a) • Provocada: 239Pu, 238U, 235U
La fisión es un proceso fuertemente exoenergético.