Libro sobre radioactividad

1. chenalc@gmail.com
J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano
Unidad 13
La física del siglo XX La radiactividad

2. Física del siglo XX. Unidad 13 J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano
La radiactividad
Banda de estabilidad nuclear
Posición de los nucleidos estables.
Para pequeños valores de Z, los
núcleos estables son aquellos en los
que Z = N. A medida que Z
aumenta, aumenta en exceso el
número de neutrones. A ambos
lados de esta banda existen
nucleidos que son menos estables
que los que se encuentran sobre ella.
Es de esperar, por tanto, que estos
nucleidos traten de llegar a una
situación más estable (acercarse a la
banda) emitiendo partículas.

3. Física del siglo XX. Unidad 13 J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano
La radiactividad
Natural
Artificial
Transmutación de un nucleido
inestable de origen natural.
(Becquerel, Curie)
Transmutación de un nucleido
inestable de origen artificial,
procedente de una reacción nuclear.
(Rutherford, Joliot-Curie)

4. Física del siglo XX. Unidad 13 J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano
La radiactividad
La radiactividad es un fenómeno físico natural, por el cual algunas
sustancias o elementos químicos llamados radiactivos, emiten radiaciones
que tienen la propiedad de impresionar placas fotográficas, ionizar gases,
producir fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, etc.
Debido a esa capacidad se las suele denominar radiaciones ionizantes (en
contraste con las no ionizantes). Las radiaciones emitidas pueden ser
electromagnéticas en forma de rayos X o rayos gamma, o bien partículas,
como pueden ser núcleos de Helio, electrones o positrones, protones u
otras.

5. Física del siglo XX. Unidad 13 J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano
La radiactividad
Las radiaciones alfa y beta dan origen a verdaderos cambios
nucleares.
La radiación gamma es una dexecitación de un núcleo
perturbado, que vuelve a su estado estable.
Como en cualquier proceso físico o químico en las
desintegraciones radiactivas se cumplen las leyes de
conservación:
❖ Conservación de la energía.
❖ Conservación del momento lineal.
❖ Conservación de la carga.
❖ Conservación del número de nucleones.

6. Física del siglo XX. Unidad 13 J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano
La radiactividad

7. Curva de
estabilidad
nuclear

8. Física del siglo XX. Unidad 13 J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano
La radiactividad
Radiación gamma (ɣ)
A
Z X⇤
! A
Z X +
Un núcleo excitado se desexcita
emitiendo radiación gamma:
fotones de alta frecuencia.
La emisión gamma acompaña a
las emisiones alfa o beta.

9. Física del siglo XX. Unidad 13 J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano
La radiactividad
Radiación alfa (α)
Es característica de núcleos
pesados (Z grande).
A
Z X ! A-4
Z-2 Y + ↵(4
2He)

10. Física del siglo XX. Unidad 13 J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano
La radiactividad
Radiación beta (β)
Lo que en realidad ocurre es una
desintegración neutrónica.
Los nucleidos situados a la
izquierda de la curva de
estabilidad se desintegran por
emisión β.
A
Z X ! A
Z+1 Y + ( 0
1e) + 0
0 ¯⌫
n ! p+
+ e + ¯⌫

11. Física del siglo XX. Unidad 13 J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano
La radiactividad
Radiación beta (β+)
Lo que en realidad ocurre es una
desintegración protónica.
Los nucleidos situados a la
derecha de la curva de
estabilidad se desintegran por
emisión β+.
A
Z X ! A
Z-1 Y + +
(0
1e+
) + 0
0⌫
p+
! n + e+
+ ⌫

12. Física del siglo XX. Unidad 13 J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano
La radiactividad
Captura electrónica (CE)
Se da en núcleos con exceso de protones. El núcleo
captura un electrón de la corteza electrónica, que se
unirá a un protón del núcleo para dar un neutrón.
A
Z X + 0
1e ! A
Z-1 Y + 0
0⌫
1
1p + 0
1e ! 1
0n + 0
0⌫

13. Física del siglo XX. Unidad 13 J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano
La radiactividad
Ley de desintegración radiactiva
El número de desintegraciones, dN, que tienen lugar en el tiempo
dt, es directamente proporcional al número de núcleos existentes
en ese momento:
La constante de proporcionalidad, λ, representa la probabilidad
de que un átomo se desintegre en la unidad de tiempo.
dN = Ndt
=
dN
Ndt

14. Física del siglo XX. Unidad 13 J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano
Separando variables e integrando la expresión anterior obtenemos:
donde:
N: número de núcleos sin desintegrar que quedan.
N0: número de núcleos existentes inicialmente.
λ: constante radiactiva o de desintegración.
t: tiempo transcurrido.
La radiactividad
Ley de desintegración radiactiva
N = N0 · e t

15. Física del siglo XX. Unidad 13 J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano
La radiactividad

16. Física del siglo XX. Unidad 13 J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano
La radiactividad
Actividad
A =
dN
dt
= N
Es el número de desintegraciones que tienen lugar en la unidad
de tiempo.
Unidades:
(S.I.) Bequerelio (Bq): 1 Bq = 1 dps (desintegraciones / segundo)
Curio (Ci): 1 Ci = 3,7·1010 dps

17. Física del siglo XX. Unidad 13 J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano
La radiactividad
Tiempo que tarda una muestra radiactiva en reducirse a la mitad
Periodo de semidesintegración, T
T =
ln 2
=
0, 693
Vida media, 𝝉
Tiempo promedio de vida de un átomo antes de desintegrarse
⌧ =
1
= 1, 44 · T

18. Física del siglo XX. Unidad 13 J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano
La radiactividad
Reacciones nucleares
La primera reacción nuclear artificial fue debida a Rutherford:
14
7N + 4
2He ! 17
8O + 1
1p
que también puede escribirse:
14
7N(↵, p)17
8O
en la que el paréntesis encierra a la partícula bombardeante y
la emitida.

19. Física del siglo XX. Unidad 13 J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano
La radiactividad
Reacciones nucleares
Se pueden clasificar en:
❖ Exoenergéticas: liberación de energía.
❖ Endoenergéticas: absorción de energía.
Para hacer el balance energético hay que aplicar el principio de
conservación de la masa-energía.
14
7N(↵, p)17
8O
E↵ + m↵c2
+ mNc2
= Ep + mpc2
+ EO + mOc2
Ep + EO E↵ = (m↵ + mN mp mO)c2
= m · c2
= Q
Q representa la energía liberada o absorbida en la reacción nuclear.

20. Física del siglo XX. Unidad 13 J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano
La radiactividad
Reacciones nucleares
• FISIÓN: Ruptura de un núcleo pesado en dos más ligeros con
mayor energía de enlace por nucleón (y por tanto más estables).
Produce una gran liberación de energía.
• FUSIÓN: Unión de dos núcleos muy ligeros en uno más
pesado, con mayor energía de enlace por nucleón (y por tanto
más estable). Produce una gran liberación de energía, más
incluso que en las de fisión.

21. Física del siglo XX. Unidad 13 J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano
La radiactividad
Energía de enlace por nucleón

22. Física del siglo XX. Unidad 13 J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano
La Radiactividad
FIN
(de los contenidos)
Enrico Fermi
Contribuyó al desarrollo de la Teoría Cuántica, Física Nuclear y de Partículas.
Desarrolló el primer reactor nuclear.