0. INTRODUCCIÓN - Tema8 FISICA NUCLEAR 2013

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  TEMA 8 – FISICA NUCLEAR Curso 2012-13 Toni Rama0. INTRODUCCIÓN  OBJETIVO FISICA:  Entender los fenómenos de la Naturaleza y explicarlos mediante ecuaciones matemáticas que nos permitan recrearlos, predecirlos o controlarlos. UNIFICARLOS en una única ley o principio.4 INTERACCIONES BÁSICAS QUE EXPLICAN TODAS LAS FUERZAS DE LA NATURALEZA  2  0. INTRODUCCIÓN  1.- INTERACCIÓN GRAVITATORIA  ISAAC NEWTON (1642) GRAVEDAD G  A nivel macroscópico parece mucho más intensa que el resto de interacciones.  3  0. INTRODUCCIÓN  2.- INTERACCIÓN ELECTROMAGNÉTICA  ELECTROMAGNETISMO JAMES CLERK MAXWELL ( )  1831 EM  Mucho más intensa que la INTERACCIÓN GRAVITATORIA a escala atómica (la fuerza gravitacional es despreciable respecto a la eléctrica). Realmente la mayoría de fuerzas de la vida cotidiana son fuerzas del tipo EM que actúan a nivel atómico y molecular (pelota de   4 tenis chocando contra el suelo).   0. INTRODUCCIÓN ¿ES POSIBLE EXPLICAR TODOS LOS FENÓMENOS? ELECTROMAGNETISMO EM  5 NO ¿QUE PASA EN EL INTERIOR DEL ÁTOMO? GRAVEDAD G  0. INTRODUCCIÓN ¿QUE PASA EN EL INTERIOR DEL ÁTOMO?  6 INTERACCIÓN EM explica movimiento electrones en órbitas alrededor del núcleo (protones + neutrones)  Según INTERACCIÓN EM núcleo del átomo sería inestable ya que cargas del mismo signo se repelen.  0. INTRODUCCIÓN ¿QUE PASA EN EL INTERIOR DEL ÁTOMO?  Ha de existir una fuerza muy intensa (más que EM) que mantenga UNIDO al NÚCLEO. Se trata de la INTERACCIÓN NUCLEAR FUERTE. Sólo se produce para-14 distancias muy cortas (10 m).  Se produce entre dos protones, dos neutrones o un neutrón y un protón. La  INTERACCIÓN NUCLEAR FUERTE entre dos protones es unas 100 veces más fuerte que la INTERACCIÓN EM.  7  0. INTRODUCCIÓN ¿QUE PASA EN EL INTERIOR DEL ÁTOMO?  INTERACCIÓN NUCLEAR FUERTE es válida dentro de la física cuántica para partículas ELEMENTALES (no se pueden desintegrar en partículas más pequeñas). Neutrón o protón están constituidos por 3 partículas elementales llamadas QUARKS.  80. INTRODUCCIÓN  Existen algunos procesos como por ejemplo la desintegración radioactiva que no pueden ser explicados en términos de interacción nuclear fuerte  INTERACCIÓN NUCLEAR DÉBIL (Se ha unificado con la interacción EM).  Magnitudes de cada interacción para partículas a una distancia de-15 10 m.  FUERZA Valor Relativo  Gravitatoria  1 25 Nuclear Débil  10 36 Electromagnética  10 38 Nuclear Fuerte  10  91. LAS PARTÍCULAS ATÓMICAS  Un átomo está compuesto básicamente por 3 tipos de partículas: los electrones, los protones y los neutrones. Estos últimos están unidos en un núcleo y se denominan nucleones.  Nº de   COMPOSICIÓN DEL NUCLEO ATÓMICO  neutrones Número másico (A): nº de nucleones A (protones y neutrones)  A = Z + N Z Cp   Elemento de la tabla periodica Numero atómico (Z): nº de protones.  10  1. LAS PARTÍCULAS ATÓMICAS  1. LAS PARTÍCULAS ATÓMICAS  Llamamos ISÓTOPOS a los átomos que contienen el mismo número de protones pero diferente número de neutrones.-27  Se define como unidad de masa atómica a: 1u = 1.6605402·10 kg Definimos masa atómica de un elemento como la media ponderada de las masas de sus isótopos.  ¿DIMENSIÓN APRÓXIMADA DE UN NÚCLEO?  1. LAS PARTÍCULAS ATÓMICAS ¿DIMENSIÓN APRÓXIMADA DE UN NÚCLEO?4  2 Experimento de Rutherford. Bombardeo de partículas α (helio) H  2 MAYORIA  RADIO DEL NUCLEO  3 R = R A Numero másico(A  Radio nuclear más pequeño (átomo de -15  13 hidrógeno 1.2·10 m  1. LAS PARTÍCULAS ATÓMICASExperimento de Rutherford. Conclusiones Tamaño del núcleo << tamaño del átomo. Espacio vacio.  NUCLEO es una canica (1cm). Átomo es un estadio de futbol (10.000cm).  14  1. LAS PARTÍCULAS ATÓMICASExperimento de Rutherford. Conclusiones Tamaño del núcleo << tamaño del átomo. Espacio vacio.  NUCLEO es una canica (1cm). Átomo es un estadio de futbol (10.000cm). -9 TAMAÑO DE UN ÁTOMO es de 0.2 a 0.5nm (1nm = 10 m)  15  1. LAS PARTÍCULAS ATÓMICAS  ENERGÍA DE ENLACE Y DEFECTO DE MASAS MASA NUCLI = MASA DE LOS PROTONES + MASA NEUTRONES  A M ( X ) m Z m ( A Z )  < - + Z p N  D m DEFECTO DE MASAS  2 E = D m × c  16 ENERGIA DE ENLACE  1. LAS PARTÍCULAS ATÓMICAS  ENERGÍA DE ENLACE Y DEFECTO DE MASAS  2 E = D m × c  Pérdida de masa de los nucleones al fusionarse genera una gran energía (orden de MeV). ENERGÍA NUCLEAR. 1u = 931,5MeV Energía generada por procesos químicos que descomponen moléculas es como máximo de 10eV. También se puede definir como la energía necesaria para separar los nucleones, por lo tanto núcleos de elementos con una energía de enlace muy grande significa que ese elemento es muy estable (Fe o Zn).  17 Ejemplo 5 pág 330 McGraw Hill  1. LAS PARTÍCULAS ATÓMICAS  ENLACE QUÍMICO ENLACE NUCLEAR+ NUCLEONES  ÁTOMOS INDIVIDUALES+ SEPARADOS PÉRDIDA DE ENERGIA?  PÉRDIDA DE   IA M  MASA  G A SA AGRUPACIÓN DE  ER + AGRUPACIÓN DE ÁTOMOS NUCLEONES  ENLACE QUÍMICO  EN  ENLACE NUCLEAR- ENERGIA ENERGIA DE ENLACE DE ENLACE  URANIO TNT (Explosivos)  18 E = 200 MeV  E = 10eV1. LAS PARTÍCULAS ATÓMICAS  2 E c m × D =  ENERGÍA DE ENLACE Y DEFECTO DE MASAS  19 A  Hierro: elemento más estable (VALLE de ESTABILIDAD)E/A1. LAS PARTÍCULAS ATÓMICAS  2 E c m × D =  ENERGÍA DE ENLACE Y DEFECTO DE MASASE/A  20 A  Procesos evolucionan hacia máximo de estabilidad (energía potencial mínima). Elemento tiende a evolucionar hacia el hierro FISIÓN (Elementos se desintegran hasta convertirse en Fe o Pb FUSIÓN (Elementos se fusionan hasta convertirse en Fe)  1.1.- FISIÓN NUCLEAR Definición: FISIÓN NUCLEAR es el proceso por el cual, algunos núcleos pueden liberar mucha energía si se dividen formando dos núcleos más ligeros.+ + + + + + + + + + + + + + ++ + + + + +  SE TRATA DE MATERIALES CON NÚCLEOS PESADOS QUE SON POCO ESTABLES (MATERIALES RADIACTIVOS COMO URANIO 235 O PLUTONIO 239). SE BOMBARDEA CON NEUTRONES QUE SON CAPTURADOS POR EL NÚCLEO (ENERGÍA DE ACTIVACIÓN). EL NÚCLEO SE DIVIDE EN DOS NUCLEOS MENOS PESADOS + NEUTRONES SEPARADOS + ENERGÍA DE ENLACE .  21 1.1.- FISIÓN NUCLEAR Definición: FISIÓN NUCLEAR es el proceso por el cual, algunos núcleos pueden liberar mucha energía si se dividen formando dos núcleos más ligeros. + + + + + + + + + ++ + ++ + + + + + + ++ + + + + + + + + ++ +  EL NÚCLEO SE DIVIDE EN DOS NUCLEOS MENOS PESADOS + NEUTRONES SEPARADOS + ENERGÍA DE ENLACE . LOS NEUTROS LIBERADOS POR LA FISIÓN DE UN NÚCLEO PUEDEN VOLVER A “FISIONAR” OTROS NÚCLEOS. REACCIÓN EN CADENA.  22  1.1.- FISIÓN NUCLEAR  23 REACCIÓN EN CADENA (FISIÓN DE NÚCLEOS)  CONTROLADA NO CONTROLADA  “Me he convertido en la muerte, el destructor de mundos” J. Robert Oppenheimer, tras la construcción de la bomba atómica. Trinity, 1.945  1.2.- FUSIÓN NUCLEAR+ + H+ He  24 Definición: FUSIÓN NUCLEAR es el proceso por el cual, dos núcleos ligeros pueden liberar mucha energía al unirse y formar un núcleo más pesado.  UN ÁTOMO DE DEUTERIO Y TRITIO (ISÓTOPOS DEL HIDRÓGENO) SE PUEDEN UNIR PARA FORMAR UN ÁTOMO DE HELIO. AL UNIRSE EL NUEVO NÚCLEO PRESENTA UN DEFECTO DE MASA DE 0,0189u QUE EQUIVALE A 17,6 MeV. SE TRATA DE LA ENERGÍA DE ENLACE . TAMBIÉN SE DESPRENDE UN NEUTRÓN.  21 H  3  1  4 2 n  1  1.2.- FUSIÓN NUCLEAR+ + H+ He1.2.- FUSIÓN NUCLEAR  25 Definición: FUSIÓN NUCLEAR es el proceso por el cual, dos núcleos ligeros pueden liberar mucha energía al unirse y formar un núcleo más pesado.  PARA QUE SE PRODUZCA LA FUSIÓN SE NECESITA UNA  ENERGIA DE ACTIVACIÓN EN FORMA DE CALOR (ENERGÍA  TÉRMICA DE HASTA 10  6 K).  SE PRODUCE DE MANERA NATURAL EN EL SOL Y LAS ESTRELLAS.  2  1 H  3  1 CALOR  4 2 n  1  26 REACCIÓN EN CADENA (FUSIÓN DE NÚCLEOS)  CONTROLADA NO CONTROLADA  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR  ENERGÍA DE ENLACE Y DEFECTO DE MASAS NUCLEO ES UN ELEMENTO MUY ESTABLE.   ¿SIEMPRE? NO TODOS LOS ISÓTOPOS SON ESTABLES (RADIOACTIVIDAD)  27 2.- ESTABILIDAD NUCLEAR  Documental sobre la radiactivitat TV3:http://dl.dropbox.com/u/9098134/unitat%208/1_fsica_nuclear.html ¿Radiactividad perjudicial?  Central Nuclear: Fisión controlada Datación de momias radioactiva. que funcionaban gracias a una sustancia (Font NASA). Generadores termoeléctricos Sonda Cassini - Huygens cerca de Saturno ¿Presenta Riesgos?  28 ¿Los riesgos son menores que los beneficios?  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR Ejemplo de FISIÓN Ejemplo de NUCLEAR con URANIO- RADIOACTIVIDAD 235.   29  (fuente WIKIPEDIA)  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  BANDA DE ESTABILIDAD NUCLEAR Existen algunos elementos que emiten radiaciones espontáneas (RADIOACTIVIDAD). Todos los núcleos tienen NEUTRONES exceptuando el isótopo  1  más simple del hidrógeno (  H) Emparejamiento de un protón y un neutrón representa cierta estabilidad. Banda de estabilidad nuclear. Se trata de aquella relación de Neutrones-Protones (N-Z) que presenta una estabilidad. Es decir que no radian o emiten ninguna partícula.  30  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  BANDA DE ESTABILIDAD NUCLEAR  31 Se observa experimentalmente que en general los núcleos son  radiactivos cuando: Hay más protones que neutrones. Son demasiado pesados Tienen un número impar de protones y de neutrones  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  BANDA DE ESTABILIDAD NUCLEAR  32  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  BANDA DE ESTABILIDAD NUCLEAR  33 2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  BANDA DE ESTABILIDAD NUCLEAR NÚCLEOS ESTABLES para Z pequeño (hasta 30) si la relación N/Z es aproximadamente 1. NÚCLEOS ESTABLES para Z grande (a partir de 30) si la relación N/Z es mayor que 1 (a mayor número de Z mayor ha de ser la relación). Si Z es un número bajo, significa que el núcleo contiene menos NUCLEONES y por tanto la distancia entre las partículas es inferior-15  a 10 m y por tanto la INTERACCIÓN NUCLEAR FUERTE es mayor que la INTERACCIÓN ELECTROMAGNÉTICA. Si Z es un número grande, el núcleo contiene más NUCLEONES y- por tanto la distancia entre las partículas es cada vez mayor (> 10  14  m) y por tanto la INTERACCIÓN NUCLEAR FUERTE es del orden de la INTERACCIÓN ELECTROMAGNÉTICA. Por tanto se necesitan más NEUTRONES para que sea estable (N/Z crece).  34  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  En 1896 Becquerel descubrió que cristales de sal de URANIO emitían partículas (RADIOACTIVIDAD), debido a la desintegración de los núcleos de la sustancia radioactiva.  PARTÍCULAS α : Son partículas con carga positiva (catión de Helio).  2+  4 He   2 PARTÍCULAS β: Pueden ser electrones - ( β  ) o positrones ( β ) (antipartícula del+ electrón).  PARTÍCULAS γ: Son fotones.  Radiación electromagnética.  35 2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD) Penetración de los diferentes tipos de partículas.  36 Fuente: http://www.lapizarradeyuri.com  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  APLICACIONES:RADIOLOGIA RADIOTRAZADORES: Diagnósticos à  médicos mediante imágenes que se basan en las radiaciones generadas después de la inhalación o inyección de ciertos radioisótopos (ej: Gammagrafía à Tomografías)  Mapa de la “luminosidad”  37 2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  37  APLICACIONES: RADIOLOGIARADIOTRAZADORES: Diagnósticos médicos mediante  imágenes que se basan en las radiaciones generadas después de la inhalación o inyección de ciertos radioisótopos (ej: Gammagrafía à Tomografías)  38  38  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  APLICACIONES: • RADIOTERAPIA: Tratamiento contra células cancerígenas.  39 2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD) No todas las radiaciones son iguales. Concepto de dosis equivalente.  39  La dosi absorbida es és la quantitat d'energia absorbida per unitat de massa del cos irradiat [SI Gy: gray]. Un gray (Gy) representa la radiació necessària per a1 dipositar 1 joule d'energia en 1 kilogram de matèria irradiada (1Gy = 1 J·kg ).  La dosi equivalent, que dóna una mesura dels efectes biològics de la radiació. La  dosi equivalent és la magnitud que s'ha de tenir en compte quan es parla de protecció radiològica dels humans i del medi ambient. [SI Sv: Sievert].  DEPEN DEL TIPUS DE RADIACIÓ  DOSI EQUIVALENT = DOSI ABSORBIDA X FACTOR  40  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  41 No todas las radiaciones son iguales. Concepto de dosis equivalente. Fuente: http://dl.dropbox.com/u/9098134/unitat%208/112_mesura_de_la_radiaci_absorbida.html  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  1.- LEY DE DESINTEGRACIÓN RADIOACTIVA  42  2.- REACCIONES NUCLEARES  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  LEY DE DESINTEGRACIÓN RADIOACTIVA Evolución que siguen los núcleos (átomos) de una sustancia radioactiva, es decir, cantidad de núcleos desintegrados por unidad de tiempo.  Intervalo de N N N N t  = D = l × × - - D tiempo o f  Núcleos presentes Núcleos  Representa la desintegrados probabilidad de que un Constante de núcleo se desintegre desintegración por unidad de tiempo [1/s]  (depende material)  43 2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  LEY DE DESINTEGRACIÓN RADIOACTIVA  N N t N N t D - = l × × D Þ ¶ - = l × × ¶ ¶ NÞ = l × ¶ t Þ ??????  N  44× l -× l -  K t N e t  = Núcleos iniciales  N e t N × l -  ( ) t o  × l - + × l - = = ln  N t N e e t N o  ( ) t o  N K ln = Þ  = = Condiciones iniciales o  K o N e N  = ( )  46 ( )  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  LEY DE DESINTEGRACIÓN RADIOACTIVA  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  = Þ Como se determina la K? Condiciones iniciales  K t N e t  N K t N + × l - = Þ ln ( )  ¶ × l - = ¶ Þ t N  Þ ò ò  N ¶ × l - = ¶  45 N t N t N N ¶ × × l - = ¶ Þ D × × l - = D t N  LEY DE DESINTEGRACIÓN RADIOACTIVA  Número de átomos en un determinado instante de tiempo t  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  LEY DE DESINTEGRACIÓN RADIOACTIVAl × t  N t = N e ( ) o http://lectureonline.cl.msu.edu/~mmp/applist/decay/decay.htm  Tiempo que tarda unaPERIODO DE  muestra radiactiva en SEMIDESINTEGRACIÓN reducirse a la mitad  47 2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  LEY DE DESINTEGRACIÓN RADIOACTIVAT  l ×  2 æ ö  1 N o  N T = = N e ç ÷  1 o  2 è ø  2 ln  2 T =  1  2 l  PERIODO DE SEMIDESINTEGRACIÓN  48Þ  = Bq Ci  × l = × l = Problemas McGraw pág 336, nº6,7 Problemas McGraw pág 339, nº9  N e t N t A × l -  ( ) ( ) t o  desintegraciones por unidad de tiempo.  VIDA MEDIA DE UN NÚCLEO. l = t  50 OTROS PARÁMETROS.  LEY DE DESINTEGRACIÓN RADIOACTIVA  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  10 7 , 3 1 × =  10  ( ) A t  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  ¶  N t × l = ¶  ( ) ( ) N t t  N t N t N N ¶ × × l - = ¶ Þ D × × l - = D  × l - × l = × l =  ( ) ( ) ] [Bq e N t N t A t o  Unidad del SI Becquerel.  ACTIVIDAD: Número de desintegraciones por unidad de tiempo.  49 Cálculo del número de desintegraciones por unidad de tiempo.  LEY DE DESINTEGRACIÓN RADIOACTIVA1 ACTIVIDAD: Número de  2.- RADIOACTIVIDAD NATURAL  APLICACIONES: CARBONO-14 (C-14) DATACIÓN DE MOMIAS-FOSILES:  FUENTE: http://www.estecha.com/momias-piedra-egipto.htm  51 2.- RADIOACTIVIDAD NATURAL  APLICACIONES: CARBONO-14 (C-14) EN TODOS LOS SERES VIVOS LA RELACIÓN ENTRE ÁTOMOS DE CARBONO-14 Y CARBONO-12 ES PRACTICAMENTE LA MISMA.  FUENTE: ANÓNIMA  DATACIÓN DE MOMIAS-FOSILES:  FUENTE: http://www.estecha.com/momias-piedra-egipto.htm  52 http://dl.dropbox.com/u/9098134/unitat%208/dataci.html  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  REACCIONES NUCLEARES Problema: Una excavación arqueológica en tierras egipcias ha revelado un gran  número de piezas de una época desconocida. Si la concentración del Carbono-14 en la madera de un ataúd encontrado es de un 61% respecto de la concentración actual de la misma madera actualmente, de que año podemos pensar que es el ataúd? (Dato: Periodo de semidesintegración T(C-14) = 5370 años.  53 2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  REACCIONES NUCLEARES Cualquier reacción NUCLEAR se puede expresar de la siguiente manera:  n p A n ' p ' A ' + + a X ® b Y + + p Z p ' Z '  Núcleo inicial Núcleo final  Conservación del n p A n ' p ' A ' + = + + + número másico total Conservación del p Z = p ' Z ' + + número atómico total  54  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  REACCIONES NUCLEARES Partículas que intervienen en una desintegración:  Antipartículas Antipartículas (energía, radiación, no tienen masa)  55 2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD) Penetración de los diferentes tipos de partículas.  56 Fuente: http://dl.dropbox.com/u/9098134/unitat%208/122_desintegracions_radioactives.html  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  REACCIONES NUCLEARES Cuando un núcleo se desintegra, se transforma en otro núcleo y en partículas. Esta desintegración puede ser de 3 tipos: alfa, beta y gamma.  DESINTEGRACIÓN ALFA: Partícula alfa DESINTEGRACIÓN BETA: Partículas beta. EMISIÓN GAMMA: Partículas gamma. http://www.youtube.com/watch?v=N-XmsSwhx_A&feature=related  57 2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  REACCIONES NUCLEARES Cuando un núcleo se desintegra, se transforma en otro núcleo y en una partícula. Esta partícula puede ser de 3 tipos: alfa, beta y gamma.  DESINTEGRACIÓN ALFA: Partícula alfa  4  4  2 X ® X ' HeA A  2Z Z  2 PARTÍCULA α  58  2.- RADIOACTIVIDAD  A A  4  4 X X ' He ®  2  2Z Z  212 212  4  4 Bi ® Tl He  83  283  2 DESINTEGRACIÓN α à Desplazamiento de 2 posiciones a la izquierda  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  REACCIONES NUCLEARES DESINTEGRACIÓN BETA: Partículas beta.  electrón  X ® X '+ b u Z Z+1 -1 antineutrinoA A  1  1 n ® p e+ -u  1 -1 positrón  X ® X '+ b u Z Z-1 +1 neutrinoA A  1  1 + +  60 p ® + n + e u  1 +11  b + u 2.- RADIOACTIVIDAD  Z-1 A X '+  Z A X ®  b  11 B +  5  11 C ®  6  β+ à Desplazamiento de 1 posición a la izquierda  DESINTEGRACIÓN   14 N +  7  14 C ®  6  b + u  X '+  X ® Z+1 A1  β- à Desplazamiento de 1 posición a la derecha Z A  DESINTEGRACIÓN   2.- RADIOACTIVIDAD  b + u1u1  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  REACCIONES NUCLEARES APLICACIONES:RADIOTERAPIA: Tratamiento contra células cancerígenas I- 131.  El nucli del iode-131 amb 78 neutrons i 53 protons és inestable i per tant radioactiu. La raó és que hi ha molts neutrons al nucli en relació al nombre de protons per a mantenir el nucli unit i es transforma en un altre nucli per a esdevenir més estable, emetent partícules. Així, en el iode-131 un neutró es converteix en un protó emetent un electró i una altra partícula anomenada antineutrí a molta velocitat.  DESINTEGRACIÓN BETA -  63 2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  63  APLICACIONES:RADIOTERAPIA: Tratamiento contra células cancerígenas I- 131.  El nucli del iode-131 amb 78 neutrons i 53 protons és inestable i per tant radioactiu. La raó és que hi ha molts neutrons al nucli en relació al nombre de protons per a mantenir el nucli unit i es transforma en un altre nucli per a esdevenir més estable, emetent partícules. Així, en el iode-131 un neutró es converteix en un protó emetent un electró i una altra partícula anomenada antineutrí a molta velocitat.  64  64  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  REACCIONES NUCLEARES Cuando un núcleo se desintegra, se transforma en otro núcleo y en una partícula. Esta partícula puede ser de 3 tipos: alfa, beta y gamma.  DESINTEGRACIÓN ALFA: El elemento radiactivo de número atómico Z, emite un núcleo de Helio (dos protones y dos neutrones), el número atómico disminuye en dos unidades y el número másico en cuatro unidades, produciéndose un nuevo elemento situado en el lugar Z-2 de la Tabla Periódica.  65 2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  REACCIONES NUCLEARES Cuando un núcleo se desintegra, se transforma en otro núcleo y en una partícula. Esta partícula puede ser de 3 tipos: alfa, beta y gamma.  DESINTEGRACIÓN BETA -: Se producen electrones y antineutrinos procedentes de la transformación de un neutrón en un protón dentro del núcleo. El electrón y el antineutrino son expulsados con una energía variable. Como resultado tenemos un núcleo con el mismo número másico y número atómico Z+1.  66  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  REACCIONES NUCLEARES Cuando un núcleo se desintegra, se transforma en otro núcleo y en una partícula. Esta partícula puede ser de 3 tipos: alfa, beta y gamma.  DESINTEGRACIÓN BETA -: Se producen positrones y neutrinos procedentes de la transformación de un protón en un neutrón dentro del núcleo. El positrón y el neutrino son expulsados con una energía variable. Como resultado tenemos un núcleo con el mismo número másico y número atómico Z-1.  67 2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  REACCIONES NUCLEARES Cuando un núcleo se desintegra, se transforma en otro núcleo y en una partícula. Esta partícula puede ser de 3 tipos: alfa, beta y gamma.  DESINTEGRACIÓN GAMMA: Cuando un núcleo atómico se encuentra excitado (Con más energía que en su estado fundamental), tiende a desprenderse de esta energía emitiendo radiación electromagnética de alta energía (rayos gamma). Es el equivalente a lo que sucede en los átomos con los saltos de los electrones entre niveles atómicos emitiendo luz (siendo muchas veces, luz visible). En el caso de los núcleos, la radiación que emiten es en torno a 1 millón de veces más energética que la de la luz que observamos. Esto hace que no podamos verla con nuestros ojos y que su poder de penetración en la  68 materia sea mucho mayor.  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  REACCIONES NUCLEARES* fotóng ® X  69 Cuando un núcleo se desintegra, se transforma en otro núcleo y en una partícula. Esta partícula puede ser de 3 tipos: alfa, beta y gamma.  DESINTEGRACIÓN GAMMA:  X A Z A Z  Núcleo excitado Núcleo más estable  Mismo elemento 2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  70 RESUMEN  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  REACCIONES NUCLEARES  71 Series radioactivas naturales PLOMO (NUCLEO ESTABLE) 2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  REACCIONES NUCLEARES  72 Series radioactivas naturales  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  REACCIONES NUCLEARES CÁLCULO DE REACCIONES NUCLEARES  PROBLEMAS  73 2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  REACCIONES NUCLEARES PAU JUNY 2010: La tècnica de diagnòstic a partir de la imatge que s ’obté mitjançant  tomografia per emissió de positrons (PET, positron emission tomography) es fonamenta en l ’anihilació entre la matèria i l’antimatèria. Els positrons, emesos pels 18 nuclis de fluor,  F, injectats al pacient com a radiofàrmac, s ’anihilen en entrar en contacte amb els electrons dels teixits del cos i de cadascuna d ’aquestes anihilacions es creen fotons, a partir dels quals s ’obté la imatge. La desintegració d’un nucli de 18 fluor,  F, es pot escriure mitjançant la reacció nuclear següent:18 x y  9 8 z 18  F ® O e g + +  a) Digueu quants neutrons i quants protons té aquest isòtop artificial de fluor, F.  Completeu la reacció nuclear, és a dir, determineu x, y i z. 18  b) El període de semidesintegració del F és 109,77 s. Calculeu el temps que ha 18 de passar perquè quedi una vuitena part de la quantitat inicial de F. Quin percentatge de partícules quedaran al cap d ’una hora? Tenint en compte aquest resultat, digueu si podríem emmagatzemar gaire temps aquest  74 radiofàrmac i justifiqueu-ho.  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  REACCIONES NUCLEARES Problema 1: Si un núcleo de número atómico 83 se desintegra y produce un  núcleo con el mismo número másico y número atómico 84, ¿Qué tipo de proceso se ha producido? A A  X ® O + p  8483  1 Desintegración BETA β-  X ® X ' bA AZ Z  1  1  75 2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  REACCIONES NUCLEARES Problema 2: En una desintegración radiactiva, el Bismuto Bi (A=212, Z=83) se  transforma en Ti emitiendo una partícula α ¿Cuáles son los números másico y atómicos del Ti resultante?  212 212  4  4 Bi ® Tl a  8383  2  2 212 208  4 Bi ® Tl a +  83  81  2 Número másico 208 y número atómico 81  76  2.- ESTABILIDAD NUCLEAR (RADIOACTIVIDAD)  REACCIONES NUCLEARES  14 Problema 3: Algunos átomos de nitrógeno N atmosférico chocan con un  7  14 neutrón y se transforman en que, por emisión de una partícula beta, se  C  6 convierten de nuevo en nitrógeno. Escribe las correspondientes reacciones nucleares. n p A n ' p ' A ' + +  14  1  14  1 a X b Y®  p Z p ' Z ' N n ® C H + +  7  6  1 A A  14  14 X ® b ® N b + + X ' C  1  6  1  1 - +  7 - Z Z  77