El documento trata sobre física nuclear. Explica que los átomos contienen un núcleo denso con carga positiva que es mucho más pequeño que el átomo pero contiene la mayor parte de su masa. Describe las propiedades de los núcleos atómicos y cómo se pueden modelar. Además, explica conceptos como núclidos, isotopos, fuerzas nucleares, radiactividad, decaimiento alfa, beta y gamma. Por último, introduce las nociones de actividad y vida media de los núclidos radiactivos.

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