Los núcleos están compuestos por protones y neutrones, que se mantienen unidos por la denominada fuerza fuerte. Algunos núcleos tienen una combinación de protones y neutrones que no conducen a una configuración estable. Estos núcleos son inestables o radiactivos. Los núcleos inestables tienden a aproximarse a la configuración estable emitiendo ciertas partículas..
Los tipos de desintegración radiactiva se clasifican de acuerdo a la
clase de partículas emitidas
Debido a su gran energía, al atravesar el aire ionizan muchas partículas antes de atenuarse después de recorrer 5 cm. Debido a su tamaño, al incidir sobre un sólido, este la detiene fácilmente. Una lámina de aluminio de 0,1 mm de grosor las frena totalmente e impide su paso, pero ionizan fuertemente la materia en la que inciden.
Cuando se forman las partículas alfa (α), el núcleo pasa del estado inicial a
Las partículas beta son electrones moviéndose a gran velocidad (próxima
a la de la luz 0.98.c = 270000 km/s).Las partículas tienen carga negativa ( -1) y son desviadas por campos eléctricos y magnéticos.
Tienen energía cinética menor que las partículas α porque aunque tienen
una gran velocidad tienen muy poca masa.
La velocidad de desintegración decrece a medida que los núcleos
radiactivos se van desintegrando.
No podemos predecir en que instante se desintegrará un núcleo concreto, ni
qué núcleo se va a desintegrar en un determinado instante.
Desintegración radiactiva
- La emisión de una partícula α disminuye el numero atómico (Z) en 2 y el
número de masa (A) en 4.
-
La emisión de una partícula β causa un aumento del número atómico (Z)
Radiactividad artificial
Otra manera de como un núcleo puede cambiar de identidad consiste en ser golpeado por un neutrón o por otro núcleo, lo que se conoce como transmutación nuclear.
)
(
)
(
2
4
17
8
1
1
1
1
4
2
14
7
N
He
O
p
H
Los elementos ligeros pueden ser
FISION NUCLEAR
Se observa que la fisión nuclear del uranio la inicia un solo neutrón y el proceso produce 3 neutrones. En casi todas las reacciones de fisión nuclear se producen de dos a tres neutrones, los que a su vez pueden causar la fisión de dos o tres núcleos más, con lo que se liberan de 4 a 9 neutrones adicionales, y así sucesivamente. Esto constituye una reacción en cadena.
¿Por qué no se producen las reacciones en cadena en los depósitos naturales de minerales de uranio?. Esto ocurriría si todos los átomos de uranio se fusionaran, pero los átomos de uranio que se fisionan con facilidad son los del isótopo U-235 y éste sólo constituye el 0.7 % del uranio metálico puro. El isótopo predominante del uranio es el U-238 y al absorber los neutrones producidos en la fisión nuclear no se fisiona, lo que amortigua la reacción en cadena que llegue a iniciarse.
La fusión nuclear requiere que dos núcleos se acerquen, para que la fuerza nuclear atractiva se haga sentir y los dos iones se fundan en uno solo con ganancia de energía. Desgraciadamente, los núcleos tienen carga positiva y se repelen eléctricamente; esta repulsión actúa a distancias mucho mayores que el alcance de la interacción fuerte, el acercamiento es más fácil para los núcleos ligeros, pues llevan menos carga. A fin de conseguir la fusión nuclear debemos usar, entonces, el hidrógeno y sus isótopos. De todas formas, el rechazo entre las cargas significa una fuerte barrera que se opone a la fusión.
Para explicar la liberación de energía por el Sol y otras estrellas se ha propuesto el siguiente mecanismo para las reacciones de fusión nuclear en las que el hidrógeno se transforma en helio con la liberación de energía:
a) b) c) d) e H H H 0 1 2 1 1 1 1
1
He H H 3 2 1 1 2
1
e He H He 0 1 4 2 1 1 3
2
g
kJ
e
He
H
)
2
(
)
6
.
0
10
/
(
4
0 81 4
2 1
1
La masa total de dos protones y dos neutrones es mayor cuando están libres que cuando están combinados en un núcleo de helio. Cuando se unen la masa disminuye porque se libera energía.
Se estima que, en la región central del Sol ocurren reacciones de combustión nuclear y que cada segundo se transforman 657x106 toneladas de hidrógeno en
653x106 toneladas de helio más 4x106 toneladas de energía radiante que se
1.- bloque del reactor 2.- torre de enfriamiento 3.- reactor
4.- control de varillas 5.- soporte p/presión 6.- generador de vapor 7.- combustible 8.- turbina 9.- generador 10.- transformador 11.- condensador 12.- gas 13.- liquido 14.- aire 15.- aire húmedo 16.- rió
17.- circ. de agua p/enfr. 18.- circuito prim. 19.- circuito sec. 20.- vapor de agua
21.- bomba
Defecto de la masa
La energía de unión nuclear es una medida cuantitativa de la estabilidad nuclear y es la energía que se requiere para romper un núcleo
A la diferencia entre masa de un átomo y la suma de las masas de sus protones neutrones y electrones se le llama defecto de masa
La perdida de masa se muestra como energía liberada a los alrededores en forma de calor:
2
)
(
m
c
E
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.
Desintegración beta: El núcleo del elemento radiactivo emite un electrón, en consecuencia, su número atómico aumenta en una unidad, pero el número másico no se altera. El nuevo elemento producido se encuentra el lugar Z+1 de la Tabla Periódica.