Química Nuclear

Iván Chuquipiondo Peralta

La química nuclear es una rama de la química la cual estudia las reacciones de

desintegración o transformación de los núcleos radioactivos. Los dos tipos mas

comunes de desintegración radioactiva se caracterizan por la emisión de

partículas alfa y beta.

La química nuclear se basa en la energía nuclear esta energía es liberada

durante la fisión o fusión de núcleos atómicos. Las cantidades de energía que

pueden obtenerse mediante procesos nucleares que superan con mucho a las

que pueden lograrse mediante procesos químicos, que sólo implican las

regiones externas del átomoLos mecanismos que utilizan las bombas nucleares para la liberación de

energía se basan en la fusión y la fisión de los átomos.

La Fusión Nuclear: son reacciones en las cuales dos o más elementos se 'fusionan'

para formar un elemento más grande, soltando energía en este proceso. Un buen

ejemplo es la fusión de dos isótopos de hidrógeno 'pesado' (deuterio: H2 y tritio: H3) en

el elemento helio.

Las reacciónes de fusión liberan enormes cantidades de energía y son comúnmente

referidas como reacciones termonucleares. A pesar que mucha gente piensa que el sol

es una gran bola de fuego, el sol (y todas las estrellas) son en realidad enormes

reactores de fusión. Las estrellas son esencialmente gigantes bolas de gas de hidrógeno

bajo tremenda presión debido a las fuerzas gravitacionales. Las moléculas de hidrógeno

son fusionadas en helio y elementos más pesados dentro de las estrellas, soltando

energía que recibimos como luz y calor.

La Fusión Nuclear

La Fisión Nuclear

son reacciones en las cuales un núcleo de un átomo se divide en partes más

pequeñas, soltando una gran cantidad de energía en el proceso. Comúnmente esto ocurre

al 'lanzar' un metrón en el núcleo de un átomo. La energía del neutrón en forma de 'bala'

provoca la división del blanco en dos (o más) elementos que son menos pesados que el

átomo original.

Durante la fisión de U235, 3 neutrones son soltados adicionalmente a los dos átomos

resultantes. si estos neutrones chocan con núcleos U235 vecinos, ellos pueden estimular la

fisión de estos átomos y empezar una reacción en cadena nuclear autónoma. Esta reacción

en cadena es la base del poder nuclear. A medida que los átomos de uranio siguen

dividiéndose, la reacción libera una significativa cantidad de energía. El calor liberado

durante esta reacción es recogido y usado para generar energía eléctrica.

Reacciones nucleares:

Las reacciones nucleares implican variaciones de los átomos.

Con técnicas exactas se puede hallar la masa de un núcleo atómico, que se encuentra

formado por neutrones ( que llamamos N), y una cantidad de protones ( que llamamos Z).

A los neutrones más los protones, se les conoce con el nombre de nucleones ( a los que

asignaremos la letra A), es decir :

A= N+Z

También es posible aislar la masa del protón y la del neutrón, calculando la masa de cada

uno por separado. Extrañamente la suma de ambas masas siempre es mayor que la suma

de las masas de los nucleones que forman dicho núcleo .

La masa que falta en estos núcleos se ha transformado en energía, lo explica así la

famosa ecuación de Einstein:

E= m.c^2

Einstein dice que la energía E, de un cuerpo se iguala a la masa m, por la velocidad de

la luz al cuadrado C^2. Demuestra de este modo, que cuando desaparece una cantidad

de masa, aparece la misma cantidad de energía. La energía que “ aparece”, se conoce

como energía de unión.

Tipos de emisiones:

Las sustancias radiactivas tienen núcleos no estables, y se transforman en otros

núcleos radiando partículas alfa, beta o gamma.

Las partículas alfa: También conocidas como rayos alfa, son núcleos ionizados

de He-4, esto quiere decir que no tiene los electrones que le corresponden. Están

formados por dos protones y dos neutrones. Al faltar los electrones, la carga eléctrica

es positiva .

Éste tipo de radiación, es característica de isótopos con un número atómico alto, como

por ejemplo, el uranio, radio, torio, etc. Debido a la elevada cantidad de masa de

dichas partículas, y gracias a que se emiten a gran velocidad (en torno a 107 m/s), al

colisionar con la materia pierden poco a poco su energía, ionizándose de este modo

los átomos, pudiendo frenarse con gran rapidez, pudiendo hacerlo incluso con el aire o

el agua. Debido a este hecho, tienen poco poder de penetración, su interacción con el

cuerpo humano, no tiene peligro, ya que no llegan a atravesar la piel, pudiendo ser

absorbidos simplemente con una hoja de papel o una lámina de aluminio de 0.1 mm.

de grosor.

Partículas gamma: Poseen la misma naturaleza que los rayos X, pero tienen una

longitud de onda menor. Son radiaciones electromagnéticas con poder de penetración

bastante alto, mucho más que las partículas alfa o beta, pudiendo atravesar sin

problemas el cuerpo humano. Estas partículas pueden quedar frenadas con un espesor

de 1 metro de hormigón o algunos cm. de plomo, debido a éste fuerte poder de

penetración, cuando se trabaja con fuentes radiactivas como éstas debe utilizarse

blindajes y protección adecuada.

Partículas beta: son electrones radiados a gran velocidad ( cerca de la velocidad de la

luz), debido a tener menor masa que las partículas alfa, poseen mayor poder de

penetración, pudiendo traspasar la piel del ser humano, pero no llegan a ser lo

suficientemente penetrante como para ser absorbidas por los tejidos subcutáneos. Estas

partículas pueden ser absorbidas por láminas de aluminio de 0.5 mm de grosor o por 1

cm, de agua.

Aplicaciones

Medicina

Durante los últimos cincuenta años, los isótopos radiactivos han tenido un papel

importante en la medicina, tanto para el diagnóstico como para la terapia. Muchos de

estos isótopos radioactivos se producen artificialmente para una aplicación médica

específicaTERAPIA

Los radioisótopos actúan cuando alcanzan una célula tumoral. La radiación llega al

núcleo de la célula e impide que ésta funcione correctamente. Cuando la radiación

daña células sanguíneas, pueden sobrevenir vómitos, pérdida de cabello y mayor

sensibilidad a las infecciones

TRATAMIENTO

Se utiliza radiación gamma para destruir las células cancerígenas, pero la suficiente

como para no dañar los tejidos sanos de alrededor. Se hace girar en círculo a una

fuente radiactiva de cobalto-60 de tal forma que los rayos gamma que desprende

convergen en un centro donde la radiación es mayor. Se coloca al paciente de tal

modo que el tumor esté exactamente en el centro de este círculo. Así evitamos dañar

los tejidos circundantes.

Actualmente, el cobalto-60 se sustituye por el cesio-137 radioactivo, que posee un

menor poder de penetración (0,66 MeV) pero de vida media más elevada (30 años).

AGRICULTURA

El uso de las técnicas nucleares en la agricultura permite conseguir que sea

sostenible y eficiente, sin causar ningún daño al medio ambiente.

Algunas de las técnicas utilizadas permiten:

- Erradicar plagas de insectos. En esta práctica se somete a insectos macho a una

radiación

que los esteriliza. Los insectos se liberan en zonas de plaga donde al aparearse con

las hembras no se produce descendencia y desaparecen.

- Fitotecnia. Se desarrollan nuevas variedades de alimentos que presentan mejor

resistencia a

enfermedades, mayor calidad y rendimiento.

- Optimar el uso de fertilizantes aplicados a los cultivos y el uso del agua. Estas

técnicas constituyen una herramienta esencial en las investigaciones de fertilidad de

suelos, fuentes de fertilizantes, economía en el uso del agua, en un corto plazo.

- Riego. La producción agrícola requiere la presencia de suficiente agua en el suelo.

Las sondas neutrónicas radiométricas se emplean para mejorar los métodos

tradicionales de riego, lo que permite reducir el uso total de agua en un 40%

aproximadamente. En las zonas de secano se han ensayado y puesto en práctica de

inmediato diferentes procedimientos para mejorar la conservación del agua

.

ARMAS NUCLEARES

Los mecanismos que utilizan las bombas nucleares para la liberación de energía se

basan en

la fusión y la fisión de los átomos.

- La fisión nuclear es la rotura de un átomo en otros dos de tamaño similar y el

desprendimiento

de neutrones que pueden inducir nuevos procesos de fisión.

- La fusión nuclear, en cambio, obtiene un núcleo más pesado a partir de otros dos.

Los explosivos clásicos generaban energía mediante la combustión de determinados

compuestos químicos.

La primera bomba atómica resultaba devastadora en comparación con los explosivos

anteriores. Se basaba en la fisión del núcleo de un átomo de plutonio. Durante este

proceso se libera una cantidad desmesurada de energía.

Las bombas de fusión de hidrógeno (Bomba H), en cambio, aprovechan la energía

que se produce en la fusión de los átomos de hidrógeno. Pero para producir la fusión

se necesitan unas temperaturas muy elevadas. La bomba-H utilizaba una bomba de

fisión como detonante emitiendo una cantidad de energía aún mayor.

http://www.xtec.cat/~jbiayna/jjcc/arxiu/treballs03/pdf/61.pdf

http://quimicanuclear.org/memorias_congreso2003.ht

ml

http://www2.uah.es/edejesus/resumenes/QB/tema1.pdf

Referencias