Fenómenos Nucleares

Autoría: Profesora Andrea Alcaíno

1. FENÓMENOS NUCLEARES Y SUS APLICACIONES

2. ESTRUCTURA ATÓMICA ¿Cuál es la composición de un átomo? Protones (+p) Neutrones (n°) Electrones (e-) ¿Cómo se representa?

3. Ejemplos: 11 protones 11 electrones 12 neutrones 13 protones 10 electrones 14 neutrones 19 9 F - 9 protones 10 electrones 10 neutrones

4. ¿QUÉ ES UN ISÓTOPO? Son átomos que presentan el mismo número atómico pero diferente masa atómica (Z= , A≠ )

5. Reacciones químicas / reacciones nucleares Reacciones Químicas Participan solo electrones en la ruptura y formación de enlaces. Liberan o absorben pequeñas cantidades de energía. Las velocidades de reacción son afectadas por cambios de temperatura, presión o catalizadores Reacciones Nucleares Participan protones, neutrones y otras partículas elementales. Los isótopos se intercombierten entre sí. Liberan o absorben grandes cantidades de energía. Las velocidades de reacción no son afectadas por cambios de temperatura, presión o catalizadores

6. Estabilidad nuclear Los constituyentes principales del átomo son los protones, neutrones y electrones y los protones poseen carga positiva y los neutrones carga neutra. Si cargas iguales se repelen, te has preguntado ¿Por qué LOS PROTONES DEL NUCLEO NO SE REPELEN ENTRE SI, DESINTEGRANDO AL NUCLEO? La explicación está relacionada con la cantidad relativa de protones y neutrones que posee un núcleo. Primero hay que entender que en el núcleo no operan las fuerzas de atracción y repulsión coulombianas (cargas opuestas se atraen y cargas iguales se repelen), si no que operan interacciones fuertes , llamadas fuerza nuclear que son unas 100 veces mayores y que operan solo en distancias extremadamente cortas al interior del núcleo.

7. La estabilidad del núcleo dependerá de la diferencia que existe entre las fuerzas de repulsión y las fuerzas de atracción de corto alcance entre las partículas que lo conforman. Así, si las fuerzas de repulsión son mayores a las de atracción, el núcleo será inestable, por lo que se desintegrará y emitirá partículas ; si las fuerzas de repulsión son menores que las de atracción, el núcleo será estable Lo que determina la estabilidad nuclear es la relación que se establece entre los neutrones y protones (N/P) Para los átomos estables, es decir con un Z bajo, la relación N/P es cercana a 1. Para átomos inestables, es decir con un Z alto, la relación N/P tiende a ser mayor a 1. Esto se debe a que el núcleo para estabilizarse, necesita un mayor número de neutrones, así contrarrestará las fuertes repulsiones entre protones .

8. REGLAS PARA PREDECIR LA ESTABILIDAD NUCLEAR Existen los llamados números mágicos, que corresponden a los números de pro- tones o neutrones que se encuentran en el núcleo y que los hace ser más estables. Estos son:2,8,20,50,82 o 126. 2. Generalmente son más estables los n úcleos que contengan números pares de protones y neutrones. 3. Todos los isótopos de los elementos Que posean número atómico (Z) mayor a 83 son radiactivos. Incluyendo los isótopos Del Tecnesio (Z=43) y prometio (Z=61)

9. RADIOACTIVIDAD ES la emisión de partículas y/o radiaciones electromagnéticas que se g eneran espontáneamente en los núcleos inestables de un elemento radioactivo. Estos núcleos son llamados isótopos radioactivos La desintegración de estos elementos produce tres tipos de emisiones diferentes: alfa, beta y gamma.

10. REACCIONES Y ECUACIONES NUCLEARES Desintegración Alfa ( α ): En este caso el núcleo alcanza la estabilidad emitiendo partículas alfa( 4 2 He ) , transformándose en un núcleo de menor masa, con un Z menor en 2 unidades y un A menor en 4 unidades. La ecuación general de esta desintegración es: Ejemplo

11. Desintegración Beta ( β ) Puede ser de tipo negativa ( -1 e ) o positiva ( +1 e ) o β + a) Radiación Beta negativo: Se produce cuando un núcleo inestable emite una partícula idéntica a un electrón, con el fin de mejorar la relación neutrones/ protones.El nuevo núcleo es una unidad mayor, pero su masa no varía. b) Radiación Beta positiva: Se produce generalmente en núcleos cuya cantidad de protones es superior a la de neutrones. La partícula emitida se llama positrón. El nuevo núcleo es una unidad menor, pero A no varía. Z A X  Z+1 A Y + -1 e Z A X  Z-1 A Y + 1 e

12. Desintegración Gamma( δ ): La emisión gamma no implica cambios en el número Z ni en A, pues o posen carga ni masa, razón por la cual en un núcleo no produce cambios en su estructura, sino pérdida de energía, gracias a lo cual el núcleo se compensa o estabiliza-

13. Energía nuclear Es el tipo de energía más poderosa conocido hasta ahora por el hombre. Esta energía se puede obtener por FUSIÓN o FISIÓN. Todos los núcleos atómicos a excepción del Hidrógeno tienen protones y neutrones. Cuando la cantidad de estas partículas es alta en el núcleo se vuelve inestable y emite partículas o radiación espontáneamente, conocido como fenómeno de radiación . La radiación también puede ser producida artificialmente por el bombardeo de neutrones u otras partículas produciendo cambios en el núcleo, conocido como transmutación nuclear

14. FISIÓN NUCLEAR Proceso en el cual se divide un núcleo pesado (A>200) para formar núcleos más livianos y uno o más neutrones. FUSIÓN NUCLEAR Proceso en el cual núcleos livianos se fusionan para formar un núcleo más pesado y estable. En este proceso se libera gran cantidad de energía.

15. APLICACIONES DE LA ENERGÍA NUCLEAR Reactores Nucleares : Una de las aplicaciones pacíficas de la fisión nuclear son los reactores nucleares , sistemas construidos para generar energía eléctrica aprovechando el calor desprendido de una reacción en cadena controlada.

16. Central nuclear : Esta formada por uno o más rectores nucleares conectados a un sistema de generación eléctrica

17. Aplicaciones Bélicas: Bombas atómicas (son las aplicaciones más destructivas de la fisión nuclear, existe la bomba atómica A , de Hidrógeno y de neutrones.

18. APLICACIONES ISÓTOPOS RADIOACTIVOS

19. EN MEDICINA: Se utilizan para detectar y tratar algunas enfermedades. Por ejemplo al utilzar radiofármacos de vida media discreta, se pueden estudiar órganos y tejidos sin alterarlos. Ejemplos: Yodo-131  tiroides Hierro-59  glóbulos rojos Fósforo-32  Ojos, hígado y tumores Tecnecio-99  Corazón, huesos, hígado y pulmones Sodio-23  Sistema circulatorio

20. b) EN LA AGRICULTURA: La radiación gamma se irradia sobre las semillas para producir mutaciones genéticas y así obtener variedades nuevas y mejoradas. También se somete a radiación las semillas para que sean mas resistentes a las enfermedades, y así las plantas crezcan mas saludables y vigorosas, incrementándose la productividad de las cosechas. La preservación de alimentos mediante radiación es otra aplicación benéfica. El alimento irradiado con radiación gamma y beta (de Co-60 y Cs-137) se puede almacenar por periodos largos, debido a que los microorganismos que pudieran causar daño son destruidos con las radiaciones.

21. c) FECHADO O DATACIÓN: Haciendo uso de la definición de vida media (t 1/2 ) de los radioisótopos, es posible calcular la antigüedad de los restos fósiles, minerales y plantas  El C-14 se emplea para determinar antigüedades de materiales fósiles y especímenes arqueológicos, hasta 50000 años de antigüedad. Mas allá de este límite no es confiable .