J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano La física del siglo XX · 2016-05-19 · Física del siglo...
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J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y CanoUnidad 13
La física del siglo XX La radiactividad
Física del siglo XX. Unidad 13 J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano
La radiactividadBanda de estabilidad nuclear
Posición de los nucleidos estables. Para pequeños valores de Z, los núcleos estables son aquellos en los que Z = N. A medida que Z aumenta, aumenta en exceso el número de neutrones. A ambos lados de esta banda existen nucleidos que son menos estables que los que se encuentran sobre ella.Es de esperar, por tanto, que estos nucleidos traten de llegar a una situación más estable (acercarse a la banda) emitiendo partículas.
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La radiactividad
Natural
Artificial
Transmutación de un nucleido inestable de origen natural.
(Becquerel, Curie)
Transmutación de un nucleido inestable de origen artificial,
procedente de una reacción nuclear.(Rutherford, Joliot-Curie)
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La radiactividadLa radiactividad es un fenómeno físico natural, por el cual algunas sustancias o elementos químicos llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas fotográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, etc. Debido a esa capacidad se las suele denominar radiaciones ionizantes (en contraste con las no ionizantes). Las radiaciones emitidas pueden ser electromagnéticas en forma de rayos X o rayos gamma, o bien partículas, como pueden ser núcleos de Helio, electrones o positrones, protones u otras.
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La radiactividadLas radiaciones alfa y beta dan origen a verdaderos cambios nucleares.La radiación gamma es una dexecitación de un núcleo perturbado, que vuelve a su estado estable.Como en cualquier proceso físico o químico en las desintegraciones radiactivas se cumplen las leyes de conservación:❖ Conservación de la energía.❖ Conservación del momento lineal.❖ Conservación de la carga.❖ Conservación del número de nucleones.
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La radiactividad
Curva de estabilidad
nuclear
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La radiactividadRadiación gamma (ɣ)
AZX
⇤ �! AZX+ �
Un núcleo excitado se desexcita emitiendo radiación gamma: fotones de alta frecuencia.La emisión gamma acompaña a las emisiones alfa o beta.
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La radiactividadRadiación alfa (α)
Es característica de núcleos pesados (Z grande).
AZX �! A-4
Z-2Y+ ↵(42He)
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La radiactividadRadiación beta (β)
Lo que en realidad ocurre es una desintegración neutrónica.
Los nucleidos situados a la izquierda de la curva de estabilidad se desintegran por emisión β.
AZX �! A
Z+1Y+ �( 0�1e) +
00⌫̄
n �! p+ + e� + ⌫̄
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La radiactividadRadiación beta (β+)
Lo que en realidad ocurre es una desintegración protónica.
Los nucleidos situados a la derecha de la curva de estabilidad se desintegran por emisión β+.
AZX �! A
Z-1Y+ �+(01e+) + 0
0⌫
p+ �! n + e+ + ⌫
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La radiactividadCaptura electrónica (CE)
Se da en núcleos con exceso de protones. El núcleo captura un electrón de la corteza electrónica, que se unirá a un protón del núcleo para dar un neutrón.
AZX+ 0
�1e �! AZ-1Y+ 0
0⌫
11p + 0
�1e �! 10n + 0
0⌫
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La radiactividadLey de desintegración radiactiva
El número de desintegraciones, dN, que tienen lugar en el tiempo dt, es directamente proporcional al número de núcleos existentes en ese momento:
La constante de proporcionalidad, λ, representa la probabilidad de que un átomo se desintegre en la unidad de tiempo.
dN = ��Ndt
� = � dN
Ndt
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Separando variables e integrando la expresión anterior obtenemos:
donde:N: número de núcleos sin desintegrar que quedan.N0: número de núcleos existentes inicialmente.λ: constante radiactiva o de desintegración.t: tiempo transcurrido.
La radiactividadLey de desintegración radiactiva
N = N0 · e��t
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La radiactividad
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La radiactividadActividad
A =dN
dt= �N
Es el número de desintegraciones que tienen lugar en la unidad de tiempo.Unidades:(S.I.) Bequerelio (Bq): 1 Bq = 1 dps (desintegraciones / segundo)
Curio (Ci): 1 Ci = 3,7·1010 dps
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La radiactividad
Tiempo que tarda una muestra radiactiva en reducirse a la mitad
Periodo de semidesintegración, T
T =ln 2
�=
0, 693
�
Vida media, 𝝉
Tiempo promedio de vida de un átomo antes de desintegrarse
⌧ =1
�= 1, 44 · T
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La radiactividadReacciones nucleares
La primera reacción nuclear artificial fue debida a Rutherford:
147N+ 4
2He �! 178O+ 1
1p
que también puede escribirse:
147N(↵, p)178O
en la que el paréntesis encierra a la partícula bombardeante y la emitida.
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La radiactividadReacciones nuclearesSe pueden clasificar en:
❖ Exoenergéticas: liberación de energía.❖ Endoenergéticas: absorción de energía.
Para hacer el balance energético hay que aplicar el principio de conservación de la masa-energía.
147N(↵, p)178O
E↵ +m↵c2 +mNc
2 = Ep +mpc2 + EO +mOc
2
Ep + EO � E↵ = (m↵ +mN �mp �mO)c2 = �m · c2 = Q
Q representa la energía liberada o absorbida en la reacción nuclear.
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La radiactividadReacciones nucleares
• FISIÓN: Ruptura de un núcleo pesado en dos más ligeros con mayor energía de enlace por nucleón (y por tanto más estables). Produce una gran liberación de energía.
• FUSIÓN: Unión de dos núcleos muy ligeros en uno más pesado, con mayor energía de enlace por nucleón (y por tanto más estable). Produce una gran liberación de energía, más incluso que en las de fisión.
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La radiactividadEnergía de enlace por nucleón
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La RadiactividadFIN
(de los contenidos)
Enrico FermiContribuyó al desarrollo de la Teoría Cuántica, Física Nuclear y de Partículas.
Desarrolló el primer reactor nuclear.
