Transcript  RADIACTIVIDAD  FENÓMENO POR EL QUE ALGUNOS ELEMENTOS (ELEMENTOS RADIACTIVOS) EMITEN RADIACIONES PENETRANTES. PUEDE SER: › NATURAL: DESCUBIERTA POR BECQUEREL.


RADIACTIVIDAD  FENÓMENO POR EL
QUE ALGUNOS ELEMENTOS (ELEMENTOS
RADIACTIVOS)
EMITEN
RADIACIONES
PENETRANTES. PUEDE SER:
› NATURAL: DESCUBIERTA POR BECQUEREL. SE
PRODUCE DE FORMA ESPONTÁNEA EN LAS
SUSTANCIAS DE LA NATURALEZA CON UN
NÚMERO ATÓMICO ELEVADO (Z>83)
› ARTIFICIAL: SE PRODUCE POR UNA SUSTANCIA
SINTETIZADA PREVIAMENTE EN LABORATORIO.
Ejemplo:
27
13
Al   
4
2
30
15
P*  n
1
0
INESTABLE: T = 2,6 min

TIPOS DE EMISIONES RADIACTIVAS:
› EMISIÓN ALFA ()  SON NÚCLEOS DE HELIO
(ÁTOMOS QUE HAN PERDIDO SUS 2 ELECTRONES)
 PODER DE PENETRACIÓN ESCASO (FRENADA POR
PAPEL O UNOS CENTÍMETROS DE AIRE)
 GRAN CAPACIDAD DE IONIZAR (ARRANCAR
ELECTRONES A LOS ÁTOMOS)
 SU VELOCIDAD ESTÁ EN TORNO AL 5% DE c
4
2
He  
4
2

TIPOS DE EMISIONES RADIACTIVAS:
› EMISIÓN BETA (b)  SON ELECTRONES
 PODER DE PENETRACIÓN MAYOR QUE LA EMISIÓN 
 MENOS IONIZANTE QUE LAS PARTÍCULAS 
 SU VELOCIDAD ESTÁ EN TORNO AL 99,95% DE c
0
1
b

TIPOS DE EMISIONES RADIACTIVAS:
› EMISIÓN
GAMMA
(g)

RADIACIÓN
ELECTROMAGNÉTICA
CONSTITUIDA
POR
FOTONES MUY ENERGÉTICOS
 PODER DE PENETRACIÓN MÁS ELEVADO QUE LAS
DEMÁS (SÓLO LA FRENAN PLACAS DE HORMIGÓN O
PLOMO DE GRAN ESPESOR)
 CAPACIDAD DE IONIZACIÓN MUY BAJA
g
0
0

TIPOS DE EMISIONES RADIACTIVAS:

RUTHERFORD DEMOSTRÓ LA EXISTENCIA DE
UN NÚCLEO ATÓMICO DIEZ MIL VECES MÁS
PEQUEÑO QUE EL ÁTOMO. ESTE NÚCLEO
ESTÁ
FORMADO
POR
PROTONES
Y
NEUTRONES Y SE CARACTERIZA POR:
› NÚMERO ATÓMICO (Z)  NÚMERO DE PROTONES
(COINCIDE CON EL DE ELECTRONES SI EL ÁTOMO
ES ELÉCTRICAMENTE NEUTRO)
› NÚMERO MÁSICO (A)  NÚMERO DE NUCLEONES
(PROTONES + NEUTRONES): A = Z+ n

ISÓTOPOS: SON ÁTOMOS DE UN MISMO
ELEMENTO (MISMO NÚMERO DE PROTONES
 MISMO NÚMERO ATÓMICO) CON
DISTINTO
NÚMERO
MÁSICO
(DISTINTO
NÚMERO
DE
NEUTRONES).
EJEMPLO:
ISÓTOPOS DEL HIDRÓGENO

NÚCLIDOS: SON CADA UNA DE LAS ESPECIES
NUCLEARES DEFINIDAS POR SU NÚMERO
ATÓMICO Y SU NÚMERO MÁSICO

MASA ATÓMICA: ES LA MASA DE LOS
ÁTOMOS. SE MIDE EN UNIDADES DE MASA
ATÓMICA (u)

1 u = LA DOCEAVA PARTE DE LA MASA DE UN
ÁTOMO DE C-12
› MASA DE 1 ÁTOMO DE C-12 = 12 u
› MASA DE 1 ÁTOMO DE HIDRÓGENO = 1 u

EN UN PROCESO RADIACTIVO, UN NÚCLEO
EMITE UNA RADIACIÓN  O b Y SE
TRANSFORMA EN OTRO ELEMENTO QUÍMICO
DIFERENTE  El núcleo radiactivo se
transforma en otro núcleo más una partícula

PRIMERA LEY DE LOS DESPLAZAMIENTOS
RADIACTIVOS O DESINTEGRACIÓN ALFA
› UN
NÚCLEO EMITE UNA PARTÍCULA ALFA,
TRANSFORMÁNDOSE EN OTRO NÚCLEO CON UN
NÚMERO MÁSICO CUATRO UNIDADES MENOR Y
UN NÚMERO ATÓMICO DOS UNIDADES MENOR
QUE EL NÚCLEO ORIGINAL
A
Z
X
Y  He
A-4
Z-2
4
2

SEGUNDA LEY DE LOS DESPLAZAMIENTOS
RADIACTIVOS O DESINTEGRACIÓN b› UN NÚCLEO EMITE UNA PARTÍCULA BETA ( UN
ELECTRÓN)
TRANSFORMÁNDOSE
EN
OTRO
NÚCLEO CON EL MISMO NÚMERO MÁSICO PERO
DIFERENTE NÚMERO ATÓMICO (AUMENTA UNA
UNIDAD)
A
Z
X 
Y  b
A
Z1
0
-1

SEGUNDA LEY DE LOS DESPLAZAMIENTOS
RADIACTIVOS O DESINTEGRACIÓN b› EL ELECTRÓN EMITIDO POR EL NÚCLEO PROCEDE
DE UNA REACCIÓN NUCLEAR DONDE UN NEUTRÓN
SE CONVIERTE EN UN PROTÓN, UN ELECTRÓN Y UN
ANTINEUTRINO:
1
0
n p  e v
1
1
0
-1

SEGUNDA LEY DE LOS DESPLAZAMIENTOS
RADIACTIVOS O DESINTEGRACIÓN b+
› ALGUNOS
NÚCLEOS EMITEN UNA PARTÍCULA
LLAMADA
POSITRÓN
(ANTIPARTÍCULA
DEL
ELECTRÓN),
QUE
PROCEDE
DE
LA
DESINTEGRACIÓN DE UN PROTÓN:
1
1
p  n e v
1
0
0
1

SEGUNDA LEY DE LOS DESPLAZAMIENTOS
RADIACTIVOS O DESINTEGRACIÓN b+
› CUANDO UN NÚCLEO RADIACTIVO EMITE UNA
PARTÍCULA b+ (POSITRÓN), SU NÚMERO MÁSICO SE
MANTIENE IGUAL PERO SU NÚMERO ATÓMICO
DISMINUYE UNA UNIDAD:
A
Z
X 
Y  b
A
Z1
0
1

TERCERA LEY DE LOS DESPLAZAMIENTOS
RADIACTIVOS O DESINTEGRACIÓN GAMMA
› EN ESTE CASO, EL NÚCLEO PERMANECE IGUAL
PERO SE PRODUCE UN CAMBIO DE UN ESTADO
ENERGÉTICO A OTRO DE UN NIVEL INFERIOR,
LIBERÁNDOSE EL EXCESO DE ENERGÍA EN FORMA
DE RADIACIÓN GAMMA (g)
A
Z
X  X  g
*
A
Z
0
0

SERIES RADIACTIVAS NATURALES:
› COMIENZAN EN UN NÚCLIDO POCO RADIACTIVO
Y TERMINAN EN UN NÚCLEO ESTABLE DEL PLOMO:




SERIE DEL TORIO
SERIE DEL URANIO
SERIE DEL ACTINIO
SERIE DEL NEPTUNIO

ESTABLECE UNA RELACIÓN PARA MEDIR EL
NÚMERO DE NÚCLEOS RADIACTIVOS SIN
DESINTEGRAR EN UNA MUESTRA DESPUÉS DE
UN TIEMPO DETERMINADO

LA VELOCIDAD DE DESINTEGRACIÓN DE UNA
MUESTRA RADIACTIVA ES PROPORCIONAL AL
NÚMERO DE NÚCLEOS PRESENTES
 dN
v
 l·N
dt
el signo negativo
muestra que N
disminuye con el
tiempo
N= número de núcleos en la muestra
radiactiva para un tiempo determinado
 l = constante radiactiva (característica de
cada emisor). Se mide en s-1 en el S.I.

 dN
v
 l·N
dt
Agrupamos variables
t
dN


l
·
dt
N0 N
0
N
ln N 
N
N0
 l·t
Integramos
ln N 
N
N0
 l·t
N
ln
 l·t
N0
N
l ·t
l ·t
 e  N  N 0·e
N0
ln N – ln N0 = ln (N/N0)
Eliminamos el ln
con el número e
N  N0·e
 l·t

A LA VELOCIDAD DE DESINTEGRACIÓN
LA LLAMAMOS ACTIVIDAD O TASA DE
DESINTEGRACIÓN (A) : A = l· N

COMO N = N0·e-l· t  A= l· N = l· N0·e-l· t

Así, A = A0·e-l· t
A0
A = A0·e-l· t
 A0 ES LA ACTIVIDAD INICIAL DE LA MUESTRA
(t = 0)
 A se mide en Bq (becquerel)
 UN BECQUEREL ES LA ACTIVIDAD QUE
PRESENTA UNA MUESTRA RADIACTIVA EN LA
QUE SE PRODUCE UNA DESINTEGRACIÓN
POR SEGUNDO
 LA ACTIVIDAD TAMBIÉN SE MIDE UN CURIOS
1 Ci = 3,7·1010 Bq


PERÍODO DE SEMIDESINTEGRACIÓN: TIEMPO
QUE TRANSCURRE HASTA QUE EL NÚMERO
DE NÚCLEOS QUE TIENE UNA MUESTRA SE
REDUCE A LA MITAD
› SE
OBTIENE SUSTITUYENDO EN LA LEY DE
DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA t = T/2 Y N=N0/2
N  N0·e
 l·t

ASÍ:
N0
l ·T1 / 2
 N 0·e
2

1
 l ·T1 / 2
e
2
PODEMOS QUITAR e CON EL ln:
1
ln  l·T1 / 2
2
ln (1/2) = ln 1 – ln 2
ln 1 = 0
T1 / 2 
ln 2
l

EL PERÍODO DE SEMIDESINTEGRACIÓN ES
INDEPENDIENTE DEL TAMAÑO DE LA
MUESTRA Y CARACTERÍSTICO DE CADA
EMISOR RADIACTIVO
ln 2
T1 / 2 

l
LA VIDA MEDIA (t) NOS DA EL VALOR
PROMEDIO DE LA VIDA DE UN NÚCLEO
RADIACTIVO: t = 1/l..
T
t
1/ 2
ln 2

DATACIÓN DE MUESTRAS CON FUENTES
RADIACTIVAS: USO DEL MÉTODO DEL
CARBONO-14
› BASADO EN QUE LA PROPORCIÓN C-12/C-14
PERMANECE CONSTANTE EN LOS ORGANISMOS
VIVOS HASTA SU MUERTE, MOMENTO A PARTIR
DEL
CUAL
EL
C-14
DISMINUYE
EXPONENCIALMENTE

DATACIÓN DE MUESTRAS CON FUENTES
RADIACTIVAS: USO DEL MÉTODO DEL
CARBONO-14
› SÓLO SE PUEDE APLICAR A RESTOS QUE HAYAN
SIDO TEJIDOS DE SERES VIVOS
› IMPLICA SUPOSICIONES:
 1. QUE LA PROPORCIÓN C-12/C-14 SÓLO SE HA
ALTERADO POR DESINTEGRACIÓN NATURAL
 2. QUE EN TODAS LAS ÉPOCAS LA PROPORCIÓN
C-12/C-14 HA SIDO CONSTANTE EN TODOS LOS
SERES VIVOS
 3. QUE LA CONCENTRACIÓN DE C-14 EN LA
ATMÓSFERA HA SIDO SIEMPRE CONSTANTE

LAS FUERZAS FUNDAMENTALES SON 4 (LAS
FUERZAS DE LA NATURALEZA PERTENECEN A
UNO DE ESTOS GRUPOS)
› FUERZA GRAVITATORIA
› FUERZA ELECTROMAGNÉTICA
› FUERZA NUCLEAR FUERTE
› FUERZA NUCLEAR DÉBIL

FUERZA GRAVITATORIA
› ENTRE DOS PARTÍCULAS QUE TENGAN MASA
› SIEMPRE ES DE ATRACCIÓN
› ES UNA INTERACCIÓN DÉBIL  Sólo apreciable
si uno de los cuerpos tiene gran masa

FUERZA ELECTROMAGNÉTICA
› ENTRE DOS PARTÍCULAS CON CARGA ELÉCTRICA
› PUEDE SER DE ATRACCIÓN O REPULSIÓN
› DE
MAYOR INTENSIDAD
GRAVITATORIA
QUE
LA
FUERZA

FUERZA NUCLEAR DÉBIL
› RESPONSABLE DE LA DESINTEGRACIÓN b
› ES MÁS DÉBIL QUE LA NUCLEAR FUERTE Y LA
ELECTROMAGNÉTICA PERO SUPERA A LA
GRAVITATORIA A DISTANCIAS NUCLEARES
› ES DE CORTO ALCANCE: NULA PARA d > 10-17 m

FUERZA NUCLEAR FUERTE
› RESPONSABLE DE LA COHESIÓN DEL NUCLEO
› MUY
INTENSA A DISTANCIAS NUCLEARES
(SUPERIOR AL RESTO DE FUERZAS) vence
repulsión de los protones
› ES DE CORTO ALCANCE: NULA PARA d > 10-15 m

FORMACIÓN DE NÚCLEOS
› DIRECTAMENTE
RELACIONADA
CON
LAS
FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE PROTONES Y
NEUTRONES (EQUILIBRIO ENTRE INTERACCIÓN
FUERTE Y FUERZAS ELECTROSTÁTICAS ENTRE p+)
 LA INTERACCIÓN FUERTE SE SATURA CON LOS
NÚCLEONES MÁS PRÓXIMOS PERO LA REPULSIÓN
ELÉCTRICA AFECTA A TODO EL NÚCLEO  CAUSA
DE QUE LOS NÚCLEOS MUY PESADOS SEAN
INESTABLES

FORMACIÓN DE NÚCLEOS
› DIRECTAMENTE
RELACIONADA
CON
LAS
FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE PROTONES Y
NEUTRONES
› INTERACCIÓN FUERTE  SE AGOTA CON LOS
NUCLEONES
MÁS
PRÓXIMOS:
REPULSIÓN
ELÉCTRICA DESESTABILIZA NÚCLEOS PESADOS
› INTERACCIÓN DÉBIL DESESTABILIZA EL NÚCLEO
 TENDENCIA DE PROTONES Y NEUTRONES A
INTERCAMBIARSE PRODUCIENDO EMISIONES b+ ,
b- O CAPTURA DE ELECTRONES
n p e  v
1
p0 n e  v
1
0
1
1
1
1

EMISIÓN

EMISIÓN b+

CAPTURA ELECTRÓNICA
b-
1
1
0
1
0
1
p e n  v
0
1
1
0
 EMISIÓN
GAMMA:
No
composición del núcleo.
energía
altera
la
Sólo libera

ENERGÍA DE ENLACE NUCLEAR:
ES LA
ENERGÍA QUE HAY QUE DAR A UN NÚCLEO
PARA SEPARALO EN LAS PARTÍCULAS QUE
LO FORMAN
› CRECE CON EL TAMAÑO DEL NÚCLEO: SE
ESTABLECE LA ENERGÍA DE ENLACE POR
NUCLEÓN: ES LA ENERGÍA QUE HAY QUE
PROPORCIONAR
A
UN
NÚCLEO
PARA
ARRANCAR UNO DE SUS NUCLEONES
Número másico
› (En = Ee/A)
Energía de enlace nuclear
ISLA DE ESTABILIDAD
-TENDENCIA DE LA GRÁFICA
-En CRECE HASTA A ≈ 20
-DESPUÉS SE MANTIENE MÁS O MENOS
ESTABLE
-EN EL TRAMO FINAL DECRECE

BALANCE DE MASA Y ENERGÍA: LA
ECUACIÓN RELATIVISTA DE EINSTEIN PERMITE
RELACIONAR MASA Y ENERGÍA  LA
ENERGÍA QUE SE DESPRENDE EN LA
FORMACIÓN DE UN NÚCLEO A PARTIR DE
SUS NUCLEONES (proceso inverso a la
energía de enlace) PROCEDE DE LA
PÉRDIDA DE MASA QUE SE DA EN EL
PROCESO
› E = Dm·c2


E = Dm·c2
EL CÁLCULO DEL DEFECTO DE MASA QUE DA
LUGAR A LA ENERGÍA DE ENLACE NUCLEAR
SE OBTIENE ASÍ: Dm = (Z· mp+N· mn)-m
› N = NÚMERO DE NEUTRONES (A – Z)
› m = MASA NUCLEAR (masa atómica – Z· me)
› mp = masa del protón = 1,007267 u
› mn = masa del neutrón = 1,008665 u
› me = masa del electrón = 5,48·10-4 u

REACCIÓN NUCLEAR: TRANSFORMACIÓN
DE UN NÚCLEO EN OTROS. SE CUMPLE
SIEMPRE:
› CARGA ELÉCTRICA CONSTANTE:Z1 + Z2 = Z’1 + Z’ 2
› NÚMERO DE NÚCLEOS CONSTANTE:
A1 + A2 = A’1 + A’2

EJEMPLO: FISIÓN DEL URANIO
Pueden ser
absorbidos
originando una
reacción en
cadena
U  n  U* Ba Kr 3 n
235
92
1
0
236
92
141
56
92
36
1
0

FISIÓN: UN NÚCLEO PESADO SE DIVIDE EN
OTROS MÁS LIGEROS
› LA ENERGÍA DE ENLACE POR NUCLEÓN ES
MAYOR EN LOS NÚCLEOS RESULTANTES QUE EN
EL NÚCLEO ORIGINAL
› REACTORES DE FISIÓN GENERAN PARTE DE LA
ELECTRICIDAD QUE CONSUMIMOS
› EJEMPLO: FISIÓN DEL URANIO
U  n  U* Ba Kr 3 n
235
92
1
0
236
92
141
56
92
36
1
0

FUSIÓN: DOS NÚCLEOS SE UNEN PARA
FORMAR UN NÚCLEO MÁS PESADO,
DESPRENDIENDO ENERGÍA

EJEMPLO: FORMACIÓN DE He
3
1
H  H  He n
2
1
4
2
1
0

FUSIÓN: DOS NÚCLEOS SE UNEN PARA
FORMAR UN NÚCLEO MÁS PESADO,
DESPRENDIENDO ENERGÍA
› INCONVENIENTE:
NECESIDAD DE ELEVADOS
VALORES DE TEMPERATURA (DIEZ MILLONES DE
GRADOS)  NO EXISTE MATERIAL QUE LO
SOPORTE. SOLUCIÓN:
 CONFINAMIENTO MAGNÉTICO
 CONFINAMIENTO INERCIAL

A FECHA DE HOY EL PROCESO CONSUME
MÁS ENERGÍA DE LA QUE GENERA