Núcleo Atómico y Energía de Unión comprimido.pptx

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1. Núcleo Atómico Energía de Unión RADIOFÍSICA Carrera de Técnico Universitario en Medicina Nuclear

2. La Radiofísica es la rama de la Física que se ocupa de estudiar teórica y experimentalmente diferentes tipos de RADIACIÓN , su emisión, propagación e interacción con el medio. La radiofísica se aplica en las comunicaciones, la radioastronomía, la radiología y la radiobiología entre otras áreas. ¿En qué consiste la radiofísica ? Introducción

3. ¿Qué son las Radiaciones? Llamamos radiación a la energía en movimiento . Existen dos formas de radiación: las partículas (electrones, protones, etc.) que transportan la energía en forma de energía cinética de masa en movimiento; la radiación electromagnética en la cual la energía es transportada por campos eléctricos y magnéticos oscilantes que viajan a través del espacio a la velocidad de la luz. En algunos casos, no obstante, la radiación electromagnética se comporta como un paquete discreto de energía llamado fotón o quantum Introducción

4. ¿De donde proviene esa radiación? ¿Qué es un átomo ? Introducción

5. Entre los siglos VI y IV a.C. los griegos se hacían la siguiente pregunta: Si una porción de materia fuera dividida en partes cada vez más pequeñas, ¿se llegaría alguna vez a encontrar un fragmento que no pudiera ser dividido? Historia del modelo atómico

6. Historia del modelo atómico Dalton Thomson Rutherford Bohr Sommerfeld Schrödinger y Heisenberg

7. Las partículas subatómicas Partícula Símbolo Carga Absoluta (C) Masa Absoluta (Kg) Electrón e - -1.60 x10 -19 9.11 x 10 -31 Protón p + 1.60 x10 -19 1.673x10 -27 Neutrón n 1.675x10 -27 electrón neutrón protón Estructura interna del átomo

8. Estructura interna del átomo Si la imagen estuviera a escala y los protones y neutrones midieran 10 cm, entonces los quarks y los electrones medirían 0,1 mm y el átomo 10 km.

9. Se llama Modelo Estándar a la teoría que describe las partículas fundamentales que forman a la materia y sus interacciones. Las partículas fundamentales son: quarks y leptones . Estas partículas no poseen estructura interna Modelo estándar 6 quarks: up (u), down (d), charm (c), strange (s), bottom (b) y top (t) Existen diferentes tipos de quarks y leptones: 6 leptones: electrón (e), muón (µ), tau ( τ ), neutrino del electrón ( ν e ), neutrino del muón ( ν µ ), y neutrino del tau ( ν τ )

10. Antimateria Dirac (1928): la respuesta a la ecuación que determina la energía cinética ( Ec ) del electrón, tiene dos respuestas, una positiva y otra negativa Postula que debe haber otra especie con igual masa pero carga opuesta. Cuatro años más tarde la predicción de Dirac fue confirmada cuando se observó la antipartícula del electrón: el positrón E = mc 2 Ec Dirac E T = ± (m 2 .c 4 + p 2 c 2 ) Modelo estándar

11. Electromagnética Débil Gravitatoria Fuerte Graviton Fuerzas y partículas que intervienen Las partículas fundamentales interactúan mediante 4 tipos de fuerzas fundamentales: gravitacional, electromagnética, nuclear fuerte y débil. Las interacciones se dan mediante el intercambio de partículas intercambiadoras de fuerza. Modelo estándar

12. El núcleo atómico concentra el 99% de la masa del átomo, tiene carga neta positiva y esta compuesto por nucleones (protones y neutrones) El número de protones de un núcleo (Z) determina la identidad del elemento y coincide con el número de electrones orbitales en el átomo neutro. á tomo Núcleo atómico Nucleón (protón o neutrón) Quarks Los nucleones están compuestos por 3 Quarks (partículas fundamentales) Estructura interna del núcleo atómico

13. Protón : uud carga = +e Neutrón : udd carga = 0 quarks 2 3 e + 1 3 e - carga u d Los quarks u y d forman a los protones y neutrones Estructura interna del núcleo atómico Estructura interna del núcleo atómico

14. Los quarks se mantienen unidos entre sí debido a la fuerza nuclear fuerte Los protones y neutrones se mantienen unidos entre sí debido a la fuerza nuclear fuerte residual Fuerza nuclear fuerte Fuerza nuclear fuerte residual Estructura interna del núcleo atómico

15. Partículas Fundamentales Interacciones Quarks Leptones e , ν e , µ, ν µ, τ , ν τ u , d , c, s, t, b EM FNF FND grav Fuerza EM Fuerza Nuclear Fuerte Fuerza Nuclear débil Fuerza de gravedad fotón gluón Bosones W y Z gravitón Partículas reales Partículas virtuales Modelo estándar

16. Especie atómica que se caracteriza por su composición nuclear , sin tener en cuenta a los electrones orbitales A = Z + N C 14 6 8 Número másico (A) Número atómico (Z) Número de Neutrones (N) C 14 Podemos simplificar Nucleídos

17. Los nucleídos se ordenan en una tabla, por ejemplo la de Karlsruhe Esta tabla es una representación gráfica del numero atómico (Z) en función del numero de neutrones (N) Z N C 14 6 8 C 12 6 N 12 7 5 B 12 7 C 11 B 11 5 B 10 N 14 N 13 C 13 B 13 N 15 Los nucleídos estables se representan en cuadros de color negro y se ubican sobre la diagonal principal del gráfico: nucleídos con N≈Z Nucleídos

18. Z N C 14 6 8 C 12 6 N 12 7 5 B 12 7 C 11 B 11 5 B 10 N 14 N 13 C 13 B 13 N 15 Nucleídos con igual N son isótoNos Nucleídos con igual número de P rotones (Z) son isótoPos Nucleídos con igual A son isóbAros Nucleídos

19. A = Número másico : nº de protones + nº de neutrones del núcleo Es un número entero Describe a cada átomo de un elemento No tiene unidades M at = Masa atómica : nº de veces que la masa de un átomo es mayor que, o contiene, a la uma ( uma : unidad de masa atómica, que es 1/12 de la masa de un átomo de 12 C) Puede ser decimal Describe a los átomos de ese elemento en general Es la media ponderada de la masa de los distintos isótopos de ese elemento, teniendo en cuenta la abundancia relativa de cada uno de ellos Se mide en umas (u) 1 u.m.a = 931.5 MeV Número másico y masa atómica Nucleídos

20. IGUAL DIFERENTE ISÓTOPOS ISÓTONOS ISÓBAROS ISODIÁFOROS Nucleídos

21. Nucleídos IGUAL DIFERENTE ISÓTOPOS Z Elemento químico N ISÓTONOS N Z Elemento químico ISÓBAROS A Z N Elemento químico ISODIÁFOROS I (N-Z) Z N Elemento químico

22. Para nucleídos con bajo Z, la línea de estabilidad coincide con la diagonal principal (45°, Z=N) Para nucleídos con Z mayor a 20, la línea de estabilidad se desplaza hacia un exceso de neutrones (Z=1,5N) Para Z mayores a 83, ya no hay nucleídos estables Estables Inestables (radiactivos) Nucleídos

23. Nucleídos Estables Inestables (radiactivos)

24. No existen reglas precisas que permitan predecir si un núcleo particular es radiactivo o no y el modo en que se desintegraría. Todo lo que hay son observaciones empíricas Todo núcleo con más de 84 protones ( Z>84) es inestable. Núcleos con un total de 2, 8, 20, 50, 82, 126 protones o neutrones, son generalmente más estables que sus vecinos de la Tabla Periódica. Estos Números 2, 8, 20, 50, 82, 126 son generalmente llamados Números Mágicos Núcleos con número par de protones y par de neutrones son más estables que aquellos que presentan números impares. La estabilidad de un núcleo puede correlacionarse perfectamente con la cantidad de protones y neutrones , según la razón neutrones/protones Nucleídos

25. Si sumamos las masas de cada una de las partículas que componen un núcleo atómico, la masa del núcleo es menor que la suma de las masas que tienen los nucleones cuando están separados . A esta diferencia se le denomina defecto de masa , ∆ m . Energía de Unión ¿Qué pasó con la masa que falta?

26. Donde Z , es el número atómico del núcleo, A el número másico, m la masa del núcleo, m p la masa del protón y m n la del neutrón, ∆m = [ Z m p + (A – Z) m n ] – m Podemos expresar este defecto de masa ∆m como: Energía de Unión Masa de los protones Masa de los neutrones Masa del núcleo ¿Qué pasó con la masa que falta?

27. Al formarse un núcleo a partir de sus nucleones se desprende una cierta energía. A esta energía se le denomina energía de unión nuclear, E U . Energía de Unión Utilizando la relación m = E/c 2 , se establece que la diferencia de masas corresponde a la energía de unión de ese núcleo. + E U Esta energía, es la misma que se necesita entregar para romper al núcleo en sus componentes

28. Energía de Unión ¿Podemos utilizar a la E U como medida de la estabilidad nuclear? Los nucleídos más estables ¿son los que poseen mayor E U ? 238 U 4 He ¿Qué nucleído tiene mayor E U ? ¿Porqué?

29. Energía de Unión Se puede interpretar como la energía necesaria para separar un nucleón del núcleo. Para solucionar este inconveniente, se define la Energía de unión por nucleón (E N ) La E N es la E U dividida por el número total de nucleones (A) E N = E U /A +

30. https://www.youtube.com/watch?v=7pkdN7lXIbk Energía de Unión El mayor valor de energía de unión (≈8 MeV por nucleón) que observamos se da en los núcleos con A ≈ 60. La energía de unión disminuye luego lentamente con el aumento de A indicando una tendencia hacia la inestabilidad de los nucleídos muy pesados.

31. Energía de Unión Además se observan algunos picos en la curva que representan los nucleídos livianos muy estables que incluyen a los nucleídos, 4 He 2 y el 12 C 6 . Es interesante notar que estos tres presentan una configuración nuclear par-par.

32. FIN!!!