Radioactividad gy Arachord HOR6pR 15, 2011 | I g pagos VI UNIDAD RADIACTIVIDAD RADIACTIVIDAD • La radiactividad no es nada nuevo. Existe desde que se formó la tierra hace 4,500 millones de años. • No se puede percibir por el olfato, gusto, tacto, el oído ni la vista. • Sólo en los últmos años hemos aprendido a detectarla, medirla y controlarla. Radiactividad • La radiación está en todas partes (en los hogares, en el aire que se respira, en los alimentos incluso en el cuerpo mismo). • La propia tierra es radiactiva por naturaleza, sus habitantes se exponen a la radiación proveniente de rocas y suelos. la dosis de radiación ue recibimos rovienen de fuentes naturales. • El resto d e actividades or13 humanas. to View nut*ge RADIACION Radiación: Se refiere n forma ondas y/ o corpúsculos de un cuerpo o una fuente Radiació Radiación electromagné electromagnética: Es una forma de energía que se propaga en el vació o espacio en forma de onda, formada por campos eléctricos y magnéticos. El Sol brilla porque desprende energía (radiación) en todas energí (radiació direcciones. Esta radiación toma la forma de luz y calor. También emite un constante flujo de partículas denominado radicación corpuscular solad’ que empuja iones.
HISTORIA • En 1895 Roentgen descubrió los rayos X. ganó el Premio Nobel de Física en 1901. • Becquerel descubrió que los radiación del sales de uranio son capaces de penetrar delgadas láminas de descubrieron el polonio y el radio. (Premio Nobel 1911) • En 1899 Rutherford estudiando los rayos X emitidos por el uranio descubre las partículas alfa y beta. • En 1912 Villard descubre • los rayos gamma. CONCEPTOS A TOMAR EN CUENTA • PROTON: PARTICULA sug ATOMICA QUE TIENE UNA CARGA ELÉCTRICA POSITIVA • NEUTRON: PARTICULA
SUBATOMICA SIN NINGUN TIPO DE CARGA • ELECTRON: ES UNA PARTICULA EXTREMADAMENTE PEQUEÑA CON CARGA NEGATIVA UNITARIA • POSITRON: ES UNA PARTICULA EXTREMADAMENTE PEQUENA CON CARGA POSITIVA( ANTIMATERIA) • NUCLEO: SE ENCUENTRA EN EL CENTRO DEL ATOMO, CONSTITUIDO NUCLEO: POR PROTONES Y NEUTRONES. HIDROGENO • NUMERO DE MASA (A) : ESTE NUMERO NOS INDICA EL NUMERO TOTAL DE NEUTRONES Y PROTONES EXISTENTES EN UN NUCLEO. 3 • NUMERO ATOMICO (Z) : L NUMERO TOTAL DE Fuerte (FNF) de ámbito nuclear, que une a los quarks para formar protones y neutrones. ?? Fuerzas Coulómblcas atracción y epulsión entre cargas eléctricas Fuerza Nuclear Fuerte Mantiene unidos a los quarks (partículas constituyentes de los neutrones y protones) en el reducido volumen del núcleo. Un resumen de sus características: • Es de corto alcance (sólo actúa en el ámbito del núcleo, unos pocos Fermios:10 -15 m). • No depende de la carga eléctrica de las partículas. • Para distancias menores de 1 Fermio la fuerza atractiva se vuelve repulsiva. Esto es lo que impide que la materia se aplaste totalmente (se colapsen los núcleos). RADIACTIVIDAD NUCLEAR : ESTA DEFINIDA COMO LA EMISION DE
PARTICULAS Y/O ENERGIA (RADIACION ELECTROMAGNÉTICA) DE NUCLEOS INESTABLES. Radiactividad natural Desintegración — Reacciones nucleares Radiactividad inducida Fisión Fusión RADIACTIVIDAD NATURAL • El físico francés Henri Becquerel, en 1896, mientras investigaba con cuerpos fluorescentes – como el sulfato de uranio y el potasio, halló una nueva propiedad de la materia como es su capacidad de emitir radiaciones espontáneamente. O también llamado Desintegración Radiactiva. • La desintegración radiactiva son reacclones nucleares que afectan a los protones y neutrones que constituyen el núcleo.
Estas reacciones nucleares pueden presentarse de la siguiente manera Desintegración alfa Desintegración beta Emisión de positrones Captura de ele espontánea Radiación de rayos gama gama DESINTEGRACION ALFA Características de la reacción nuclear • La partícula alfa es un ÁTOMO DE HELIO con numero atómico 2 y de masa 4, que se desprende del núcleo • El numero de masa disminuye en el núcleo • El numero atómico cambia en el núcleo • El núcleo original se transmuta es decir cambia el elemento 4 a2 • Ecuaciones nucleares: muestran los cambios que se llevan acabo n los núcleos. 380 92 234Th 90 238C] 92 Número de masa Número atómico (protones) DESINTEGRACION BETA Características de la reacción nuclear • La partícula beta es un el desprende del interior de 40F 13 uno de los neutrones del ero de masa del núcleo positrones • El número de masa no cambia solo el número atómico transmutándose el elemento original • En el proceso el positrón que se libera ANIQUILANDOSEJUNTO con alguno de los electrones que se encuentra el exterior del núcleo, produciéndose DOS FOTONES DE RADIACION GAMMA 20yo FISION ESPONTANEA ?? En la fisión espontánea un átomo que pose un numero atómico alto se desintegra en dos partes aproximadamente iguales y se emiten neutrones Características de la reacción nuclear • • • • Solo se presenta en átomos con números atómicos mayores a 93 Se producen dos partículas de diferentes masas En el residuo se identifican dos núcleos distintos y neutrones libres Un solo núcleo puede tomar distintas formas de desintegrarse Ejemplo isótopo de curio 250, Fermio 256 Ejemplo isótopo de Curio 250 250Cm 96 142Xe 54 s 3 PARTICULARIDAD DESINTEGRACION ALFA DESINTEGRACION BETA EMISION DE
POSITRONES CAPTURA DE ELECTRONES FISION ESPONTANEA EMISION DE NEUTRONES – 234Th90 + 4He2 PIERDE UNA PARTICULA DE He AUMENTA EL NUMERO ATOMICO RAYOS GAMA Y DISMINUYE EL NUMERO ATOMICO DISMINUYE EL NUMERO ATOMICO GENERAN DOS NUCLEOS Y EMITEN NEUTRONES DISMINUYE LA MASA Y EMITE NEUTRONES 3H 3He 1288 8 0+1 4 Li4 250crn —142xe 54 + 96 106M0 21 n 42 0 8Be 8 8He + Ino PENETRABILIDAD Representación sencilla del poder de penetración de los distintos tipos de radiación ionizante. Una partícula alfa no penetra una lámina de papel. Una beta no penetra una lámlna de metal. Un otón penetra incluso grandes espesores de metal u hormigón. RADIACTIVIDAD INDUCIDA ES LA PRODUCIDA POR UNA PARTICULA QUE SE DESPLAZA CONTRA UN OMINADO BLANCO, LA • LA COMBINACION DE NUCLIDOS QUE PRESENTAN UN NUMERO DE MASA BAJO SE LLAMA FUSION. QUE LIBERA GRANDES CANTIDADES DE ENERGIA. H+2H11 3He 2 Ino SIN EMBARGO LA FUSION REQUIERE DE TEMPERATURAS MUY ELEVADAS, POR QUE COMO SE OBSERVA LOS NUCLEOS TIENEN CARGAS POSITIVAS Y SE REPELEN UNOS A OTROS. RECIBEN EL NOMBRE DE REACCIONES TERMONUCLEARES PORQUE SE LLEVAN A TEMPERATURAS DELORDEN DE LOS 100 MILLONES DE GRADOS CELCIUS. NO EXISTE MATERIAL CAPAZ DE PODER CONTENER EL PLASMA QUE SE PRODUCE EN LA REACCION. ESTABILIDAD NUCLEAR • LA ESTABILIDAD DE CUALQUIER NUCLEO DEPENDEN DE LAS FUERZAS DE REPULSION COULOMBICAS Y DE LAS FUERZAS A RACCION DE CORTO ALCANCE. • SI LA REPULSION ES MAYOR QUE LA ATRACCION EL NUCLEO SE DESINTEGRARA SIENDO UN NUCLEO RADIACTIVO • SI LA FUERZA DE ATRACCION ES MAYOR A LA DE REPULSION EL NUCLEO SE MANTENDRA ESTABLE • EL FACTOR NEUTRON/PROTON (n/p) ES PRIMORDIALPARA DETERMINAR LA ESTABILIDAD DE UN NUCLEO. ?? ATOMOS ESTABLES n,’p SE ACERCA UNO ATOMOS 13 INESTABLE ES MAYOR A DESVIACION SE uscan la estabilidad) • Los núcleos con números pares de protones y neutrones son por lo general mas estables que los que tienen números nones de estas subpartículas. • Todos los isótopos de elementos que tiene numero atómico mayor a 83 son radiactivos a demás incluyendo al Tecnecio con Z=43 y Prometio Z-61 ECUACIONES QUE RIGEN LAS REACCIONES • En las ecuaciones nucleares no se muestran todos los fenómenos o acciones que ocurren en las reacciones nucleares. Estos fenómenos están relacionados con la masa, la energía liberada y la velocidad con que sucede una reacción nuclear.
Balanceo de ecuaciones Vida media Defecto de masa Energía liberada en una reacción nuclear ECUACIONES NUCLEARES • Las ecuaciones nucleares muestran las reacciones que se llevan acabo en los núcleos. • De igual forma que en la ecuaciones químicas los reactivos se muestran en la izquierda de la flecha y los productos a la derecha de la misma • Los elementos se representan por medio del símbolo del elemento al que pertenece el núcleo, que se puede identificar con el numero atómico de este. 2381] 92 El balanceo de las ecuaciones nucleares consiste en la suma algebraica de números de masa y atómicos de los núcleos articipantes en la reacción. ?? Estas ecuaciones obedecen las siguientes reglas: – El número total de protones y neutrones en los productos y los reactivos debe de ser conservar el numero de masa. – El número total de ares en los car productos cargas nucleares en los car productos y los reactivos deben de ser los mismos, para conservar el numero atómico. Ejemplo • Balancee la siguiente ecuación nuclear, encuentre el X: Tiempo de vida media • Cada isótopo radiactivo se desintegra con una velocidad específica y constante, y se expresa en unidades de vida media. ?? Las vidas medias de los elementos van desde una fracción de segundo hasta miles de millones de años. ?? Ejemplo: Suponer que empezamos con Ig de 226 88Ra (t 1/2 1,620 anos) Orden cinético y vida media ciné • Las leyes de velocidad también nos sirven para determinar las concentraclones de los reactivos en cualquier momento durante el transcurso de una reacción. • Una reacción de primer orden es una reacción cuya velocidad depende de la concentración de los reactivos elevada a la primera potencia. Que en el caso de las reacciones nucleares todas se clasifican dentro de este orden. ?? Vida media es el tiempo necesario para que la concentració concentración de un reactivo se disminuya a la mitad • La vida media y el valor de la constante de las reacciones de primer orden se relacionan como sigue: tl/2 = 0. 93 k Defecto de masa y E=mc2 • Energía de unión nuclear -da cuantitativa de la estabilidad nuclear V es en ia para romper un El estudio de las propiedades nucleares demostró que las masa de los núcleos (productos) son menores que la suma de las masa de los nucleones (reactivos) por ejemplo: el isótopo 19F9 tiene una masa atómica conocida de 18. 984 uma • Tiene 10 neutrones y para el neutrón su masa es de 1. 0086665 uma • Tiene g protones y para un átomo de H su masa es de 1. 007825 uma La masa de 9 átomos de H(9 protones y 9 electrones es) 9 X 1. 0078250 urna = 9. 070425 uma • La masa para 10 neutrones es de 10 X 1,0086565 uma= 10. 086665 uma • Entonces la masa calculada para el F será la suma de estas 9,070425 urna + 10. 086665 urna- 19,15708 uma Esta cantidad supera por mucho a la conocida 19. 15708 uma -18. 9984 uma- 0. 587 • A la diferencia entre la masa de un átomo (reactivo) y la suma las masa de sus protones neutrones y lectrones (productos) se le llama DEFECTO DE MASA. La masa faltante puede explicarse con la teoría de la relatividad que afirma que la perdidas de masa se manifiesta con liberación de energía en forma de calor. De acuerdo con la E=mc2 es posible calcular la cantidad de energ(a liberada (Am)c2 Donde OE = energía de los productos menos energía de los reactivos masa del producto menos masa de los reactivos Factores de conversión 1 Kg=6. 022X1026 uma IJ=1Kg m2/s2 APLICACIONES • INDUSTRIALES Reactores as nucleares • CIENCIA Y MEDICINA Trazar de rea as Uso de isótopos en
