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Desintegracion radiactiva

Resumen desde núcleo atómico hasta curva de decaimiento

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Física Nuclear
Cada átomo contiene en su centro un núcleo extremadamente denso con carga
positiva que es mucho mas pequeño que el tamaño general del átomo, pero que
contiene la mayor cantidad de su masa.
Sears–Zemansky–Young–Freedman, F. U. Volumen 2, 2005. Editorial Pearson Addison Wesley, Undécima Edición, México, 640.
Propiedades de los núcleos
El radio del núcleo atómico es extremadamente pequeño en comparación con el
tamaño medio del átomo. Es posible modelar al núcleo atómico como una esfera de
radio R, cuyo valor depende del número de masa A del átomo (protones más
neutrones) según:
𝑅 = 𝑅 𝑜 𝐴1/3
Donde 𝑅 𝑜 es una constante cuyo valor es 1,2 × 10−15
𝑚.
𝐴 = 92 + 146 = 238
Este núcleo es conocido como Uranio 238
𝑅 = 1,2 × 10−15
𝑚 238
1
3 = 7,44 × 10−15
𝑚
1,2 × 10−15
𝑚
Núclidos e isotopos
Las partículas que constituyen el núcleo son los protones y electrones, si el átomo es
neutro el número de protones coincide con el numero de electrones, como las cargas
eléctricas de estas dos partículas son de igual magnitud pero signos contrarios, la
carga neta del átomo es cero.
Se llama número atómico 𝑍 a la cantidad de protones que hay en el núcleo y número
neutrónico 𝑁 a la cantidad de neutrones en el núcleo.
𝐴 = 𝑍 + 𝑁
Carga eléctrica Masa en uma Masa en kilogramos
Protón +1,6 × 10−19
𝐶 1,007276 𝑢 1,672622 × 10−27
𝑘𝑔
Neutrón cero 1,008665 𝑢 1,674927 × 10−27 𝑘𝑔
Electrón −1,6 × 10−19
𝐶 0,000548580 𝑢 9,10938 × 10−31
𝑘𝑔
Núclidos e isotopos
A las especies nucleares que
tengan valores específicos
de Z y N se les llama
núclidos.
A los núclidos que tienen el
mismo numero atómico
pero diferente numero
neutrónico se les conoce
como isotopos. Así el 3
6
𝐿𝑖 y
3
7
𝐿𝑖 son isotopos del litio.
Núclidos e isotopos
¿Cuántos isotopos de cada
elemento identificas en la
tabla?
Fuerza Nuclear
Los protones acumulados en el núcleo atómico, todos con carga positiva, se
repelen eléctricamente entre si, pero aun así es posible que el núcleo se
mantenga estable gracias a la fuerza de interacción nuclear fuerte entre
protones y neutrones. Esta fuerza nuclear no depende de la carga eléctrica de
las partículas y su alcance es comparable con las dimensiones nucleares, se dice
que son de corto alcance 10−15 𝑚, dentro de este alcance las fuerzas nucleares
superan a las fuerzas eléctricas y permiten que el núcleo sea estable.
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Desintegracion radiactiva

  • 1. Física Nuclear Cada átomo contiene en su centro un núcleo extremadamente denso con carga positiva que es mucho mas pequeño que el tamaño general del átomo, pero que contiene la mayor cantidad de su masa. Sears–Zemansky–Young–Freedman, F. U. Volumen 2, 2005. Editorial Pearson Addison Wesley, Undécima Edición, México, 640.
  • 2. Propiedades de los núcleos El radio del núcleo atómico es extremadamente pequeño en comparación con el tamaño medio del átomo. Es posible modelar al núcleo atómico como una esfera de radio R, cuyo valor depende del número de masa A del átomo (protones más neutrones) según: 𝑅 = 𝑅 𝑜 𝐴1/3 Donde 𝑅 𝑜 es una constante cuyo valor es 1,2 × 10−15 𝑚. 𝐴 = 92 + 146 = 238 Este núcleo es conocido como Uranio 238 𝑅 = 1,2 × 10−15 𝑚 238 1 3 = 7,44 × 10−15 𝑚 1,2 × 10−15 𝑚
  • 3. Núclidos e isotopos Las partículas que constituyen el núcleo son los protones y electrones, si el átomo es neutro el número de protones coincide con el numero de electrones, como las cargas eléctricas de estas dos partículas son de igual magnitud pero signos contrarios, la carga neta del átomo es cero. Se llama número atómico 𝑍 a la cantidad de protones que hay en el núcleo y número neutrónico 𝑁 a la cantidad de neutrones en el núcleo. 𝐴 = 𝑍 + 𝑁 Carga eléctrica Masa en uma Masa en kilogramos Protón +1,6 × 10−19 𝐶 1,007276 𝑢 1,672622 × 10−27 𝑘𝑔 Neutrón cero 1,008665 𝑢 1,674927 × 10−27 𝑘𝑔 Electrón −1,6 × 10−19 𝐶 0,000548580 𝑢 9,10938 × 10−31 𝑘𝑔
  • 4. Núclidos e isotopos A las especies nucleares que tengan valores específicos de Z y N se les llama núclidos. A los núclidos que tienen el mismo numero atómico pero diferente numero neutrónico se les conoce como isotopos. Así el 3 6 𝐿𝑖 y 3 7 𝐿𝑖 son isotopos del litio.
  • 5. Núclidos e isotopos ¿Cuántos isotopos de cada elemento identificas en la tabla?
  • 6. Fuerza Nuclear Los protones acumulados en el núcleo atómico, todos con carga positiva, se repelen eléctricamente entre si, pero aun así es posible que el núcleo se mantenga estable gracias a la fuerza de interacción nuclear fuerte entre protones y neutrones. Esta fuerza nuclear no depende de la carga eléctrica de las partículas y su alcance es comparable con las dimensiones nucleares, se dice que son de corto alcance 10−15 𝑚, dentro de este alcance las fuerzas nucleares superan a las fuerzas eléctricas y permiten que el núcleo sea estable.
  • 7. Estabilidad nuclear y radiactividad De unos 2500 núclidos conocidos solo 300 son estables, el resto son inestables y se desintegran para dar lugar a otros núclidos, emitiendo partículas y radiación electromagnética mediante un proceso llamado radiactividad.
  • 8. Estabilidad nuclear y radiactividad De unos 2500 núclidos conocidos solo 300 son estables, el resto son inestables y se desintegran para dar lugar a otros núclidos, emitiendo partículas y radiación electromagnética mediante un proceso llamado radiactividad. La grafica muestra como para Z < 20 y N < 20 la línea de estabilidad coincide con la recta Z = N. Para núclidos más pesados Z > 20 y N > 20, la curva de estabilidad se dobla hacia N > Z. Evidentemente para grandes valores de Z la repulsión eléctrica es tan grande que el numero de neutrones debe ser mayor para compensar.
  • 9. Decaimiento alfa, beta y gamma Cuando un núcleo atómico no es estable, es decir, cuando el número de neutrones no es suficiente para estabilizar los protones entonces los neutrones que no están cerca de un protón se descomponen en un protón y un electrón. Los elementos cuyo número atómico es mayor que 83 se desintegran y emiten algunos de los distintos rayos: 𝛼, 𝛽 o 𝛾. Decaimiento alfa En términos generales, cuando un elemento emite una partícula , se convierte en otro cuyo número de masa es menor en 4 y cuyo número atómico es menor en 2 (una partícula  consta de 2 protones y 2 neutrones) 𝑍 𝐴 𝑋 → 𝑍−2 𝐴−4 𝑌 + 2 4 𝐻𝑒 94 240 𝑃𝑢 → 92 236 𝑈 + 2 4 𝐻𝑒
  • 10. Decaimiento beta menos Cuando un elemento emite una partícula 𝛽− se convierte en otro que tiene el mismo número de masa pero un número atómico mayor en 1 (una partícula  es un electrón). La emisión de una partícula 𝛽− implica la transformación de un neutrón en un protón, un electrón y un antineutrino.
  • 11. Decaimiento gamma Una emisión no afecta ni el número atómico ni el de masa pero cambia de un estado excitado a uno de menor energía.
  • 12. Alfa Beta Gamma Efecto sobre una película fotográfica    Nº aproximado de pares de iones producidos en el aire (por milímetro de viaje) 104 102 1 Material necesario para absorber la radiación papel o aluminio de 0,01 mm unos poco mm de aluminio 10 cm de plomo Facilidad de penetración baja Mediana alta Longitud de viaje en el aire unos pocos cm menos de 1 m infinita Deflexión por campos eléctricos y magnéticos se comporta como carga positiva se comporta como carga negativa no se deflecta Velocidad cerca de 107 m/s cerca de 108 m/s muy variable 3 x 108 m/s Propiedades de la radiación alfa, beta y gamma
  • 13. Actividad y vida media Desde el descubrimiento de los elementos radiactivos se sabe que todos ellos se desintegran; que el tiempo de desintegración de un elemento varía y que la desintegración es un proceso aleatorio para átomos individuales, es decir, no se puede predecir que átomo es el que se va a desintegrar después de otro. De modo que a partir de estas premisas y de un seguimiento del tiempo que tarda en desintegrarse una muestra radiactiva pura, se ha podido determinar que todos los elementos radiactivos se desintegran en forma exponencial y que dicha desintegración es independiente de cualquier cambio en las condiciones físicas (campos eléctricos, campos magnéticos, presión, temperatura, etc) y químicas (reacciones con otras sustancias).
  • 14. Actividad y vida media Los científicos definen la vida media como el tiempo necesario para que se desintegre la mitad de los átomos radiactivos de una muestra. A partir de esta definición se sabe que una muestra de torio – 234 tiene una vida media de 25 días, una muestra de radio – 226 tiene una vida media de 1 620 años, una muestra de carbono–14, 5 730 años y una muestra de uranio–238, 4 500 millones de años. Esto significa, por ejemplo, que si en una muestra de 1 kg de carbono tenemos un 1 g de C–14, en 5 730 años quedará 1/2 g, en los siguientes 5 730 años quedará 1/4 de g y así sucesivamente, de modo que la cantidad de C–14 disminuirá, mientras que el C–12 aumentará.
  • 15. Cálculo de la vida media de un núclido a partir de la curva de decaimiento Como se sabe el tiempo que le toma a la mitad de los núclidos en convertirse en un núclido estable siempre es el mismo, sin importar de que valor empecemos, entonces bastaría observar el tiempo que tarda en llegar a la mitad del número de núclidos inicialmente contabilizados por un detector. 𝑁(𝑡) = 𝑁𝑜 𝑒−𝜆𝑡 Donde 𝜆 se llama constante de decaimiento y 𝑁𝑜es el numero de núclidos radiactivos iniciales.
  • 16. Bibliografia: • Sears–Zemansky–Young–Freedman, F. U. Volumen 2, 2005. Editorial Pearson Addison Wesley, Undécima Edición, México, 640. • Acosta-Cowan-Graham, Curso de Física Moderna, Harla1975 • Imágenes de Internet