Este documento compara los estados excitados en núcleos y átomos. Explica que en los átomos, los estados excitados resultan de la excitación individual de electrones, mientras que en los núcleos, los estados excitados involucran la excitación simultánea de múltiples nucleones. También describe los estados ligados y virtuales en núcleos, señalando que los estados virtuales pueden decaer mediante la emisión de nucleones.

1. Tema: Educación: Operadores / Teoría
Revisión de Física Nuclear: Parte I
Agustín Zuñiga Gamarra
6. Estados Excitados en los Núcleos Es interesante comparar los orígenes de los
estados excitados en los núcleos y átomos.
Las secciones precedentes se refieren a los Se destaca que en los átomos los estados
núcleos en su estado fundamental, es decir, excitados son formados como resultado de la
en el estado de mínima energía. Los núcleos excitación continuada de solo un electrón a la
también tienen estados excitados o niveles vez. Es decir, los estados son formados
de energía. mediante la subida de un electrón a través de
una sucesión de niveles hasta que finalmente
En la Fig. 2, se muestra los niveles de escapa del sistema y el átomo es ionizado.
energía conocidos del C12, Al 28 y U235,
que son los núcleos típicamente ligero, E(MeV)
intermedio y pesado respectivamente.
10
E(MeV)
8
20
16 6 etc.
12
4
8
2
4
0
0
C12 Al28 U235 Bi209
Figura 3. Niveles de energía del Bi209
Figura 2. Niveles de energía del C12, Al28 y (Puede haber pocos niveles adicionales en la
U235. vecindad de 3 MeV)
Se observa que en cada caso la densidad de Estados mas altamente excitados del átomo
niveles aumenta con el aumento de la son entonces formados por la excitación de
energía de excitación. Además, debería ser un segundo electrón hasta que el átomo es
notado que la densidad de niveles en una doblemente ionizado y así sucesivamente.
dada energía de excitación también aumenta
con al aumento de la masa del núcleo. Los estados de energía atómica se elevan de
esta manera debido a que siempre toma
Aun cuando es casi general que los niveles menos energía para elevar un electrón, ya en
de energía se hacen mas densos con al un estado excitado, a un nivel mas alto que
aumento del número másico, los núcleos colocar dos o mas electrones en estados
mágicos son excepciones importantes de mas excitados.
esta regla, y sus estados excitados tienden a
parecerse a la de los núcleos ligeros. Esto es La situación es muy diferente con los niveles
mostrado en la Fig. 3 para el núcleo de Bi de energía nucleares. Una vez que un
209. Tal esquema de niveles tiene poco en nucleón ha sido elevado a un nivel excitado,
común con aquellos de otros núcleos es muy frecuente que requiera menos
pesados. energía para que un segundo nucleón haga
lo mismo o otra transición que el que se hace
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2. Tema: Educación: Operadores / Teoría
para elevar el primer nucleón a un nivel mas ocurre. Por otro lado, si solo uno pocos
alto. nucleones son involucrados en la formación
de un nivel virtual, la chance que un nucleón
Así los estados excitados de los núcleos puede recibir suficiente energía para escapar
difieren del de los átomos en que los estados del núcleo es mucho mas grande.
excitados mas elevados de los núcleos
usualmente resultan de las excitaciones
simultáneas de un número de nucleones; Ejercicios
ellos no se deben a la excitación continuada
de un solo nucleón. E1: Visite internet para discutir los niveles de energía de
los electrones en los átomos. Explique las pruebas
experimentales de la existencia de tales niveles.
Por esta razón, estados excitados en núcleos
pueden existir encima de la “ionización” o E2: Compare los niveles de energía del átomo de C12 y
energía de ligadura de un solo nucleón, una del núcleo de C12.
situación que totalmente rara que se
E3: Cuánto es (son ) el valor, en energía, de un nivel a
presenta en la estructura atómica. otro en el átomo y en el núcleo.
Así un nivel de energía puede ocurrir a 10 E3: Pueden haber niveles de energía por encima de la
MeV en un núcleo en el que solamente 8 energía de ionización?. En los átomos?. En los
núcleos?.
MeV es la necesaria para remover un
nucleón, simplemente porque los 10 MeV de E4: Represente gráficamente un estado virtual y un
energía de excitación es compartida entre los estado ligado.
varios nucleones.
Problemas
La energía de ligadura de del mínimo
nucleón ligado en un núcleo es llamado la P1: Determinar el valor de la unidad de masa atómica
(uma) referidos a O16 y C12.
energía virtual. Esta es la energía mínima
que debe ser añadida al núcleo con el fin de P2: Determinar el valor de la uma en unidades de eV.
remover un nucleón, y es enteramente
análogo a la primera energía de ionización de P3: Si las masas de los núcleos de H2, O16, Au 197 y
U235 se expresan relativos a O16 cuanta es la
un átomo.
diferencia del valor de tablas que se expresan respecto
al C12.
Los estados excitados nucleares encima de
la energía virtual son llamados estados
virtuales o niveles virtuales, mientras que los
estados debajo de la energía virtual son
llamados estados ligados o niveles ligados.
Es claramente posible para los núcleos en
estados virtuales decaer por la emisión de un
nucleón, mientras esto no es posible para
núcleos en estados ligados.
Puede notarse, sin embargo, que con el fin
de que un nucleón sea emitido desde un
estado virtual, otros nucleones excitados
deben dar algo de su energía propia de
manera que el escape desde el sistema sea
posible. Tal concentración de energía sobre
solo un núcleo puede ocurrir como resultado
de colisiones entre los nucleones en el
núcleo.
Sin embargo, cuando la energía del núcleo
excitado es compartido entre un gran numero
de nucleones, tal distribución improbable de
energía entre los nucleones raramente
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