La física nuclear estudia los fenómenos relacionados con el núcleo atómico. Para que el núcleo sea estable a pesar de la repulsión electrostática entre protones, debe existir una fuerza nuclear fuerte que los atrae. La desintegración radiactiva ocurre cuando el núcleo es inestable y emite partículas alfa, beta o radiación gamma para alcanzar un estado más estable. La tasa de desintegración disminuye exponencialmente con el tiempo según la ecuación fundamental de la radiactividad.

1. FÍSICA NUCLEAR
Física - 2º bachillerato

2. DEFINICIÓN
¿Qué es la física nuclear?
Rama de la Física Moderna que se
encarga del estudio de los fenómenos
relacionados con el núcleo
de los átomos

3. CONCEPTOS PREVIOS
CONCEPTOS A CONOCER:
-Modelo atómico
-Protones, electrones y neutrones
-Nucleones
-Nº atómico y másico
-Núclido
-Isótopos
-Volumen, masa y densidad del
núcleo
R≈1,2·10-15
A1/3
D≈2,4·1014
g/cm3

4. CONCEPTOS PREVIOS
¿Representación esquemática?

5. ESTABILIDAD DE LOS
NÚCLEOS
¿Cómo es posible
que cargas de
igual signo estén
tan próximas y que
el núcleo sea
estable?
Distancia media nucleones:
10-15
m (1fermi o fentómetro,
fm)

6. ESTABILIDAD DE LOS
NÚCLEOS
Fuerzas entre nucleones
– Fuerzas electrostáticas (Ley de Coulomb)→repulsivas
– Fuerzas gravitatorias → atractivas (despreciable)
¡¡LOS PROTONES DEBERÍAN REPELERSE!!

7. ESTABILIDAD DE LOS
NÚCLEOS
Tiene que existir una fuerza atractiva
mayor que la electrostática:
INTERACCIÓN NUCLEAR FUERTE
- FUERZA ATRACTIVA MUY FUERTE
- Solo actúa a distancias muy pequeñas

8. • ¿Cuánto debería pesar el núcleo del C-12?
DEFECTO DE MASA Y ENERGÍA
DE ENLACE
Masa protón: 1,0073u; masa neutrón: 1,0087u
Masa 6 protones = 6 ·1,0073u = 6,0438u
Masa 6 neutrones=6· 1,0087u= 6,0522u
Masa total núcleo………………..12,096u
12.000u
• ¿Cuánto pesa realmente? 12u
Conclusión:
suma masas nucleones > masa real núcleo
Conclusión:
suma masas nucleones > masa real núcleo

9. DEFECTO DE MASA Y ENERGÍA
DE ENLACE
Se cumple para todos los núcleos atómicos y se llama
defecto de masa (∆m) a la diferencia entre ambas masas
Conclusión: suma masas nucleones > masa real núcleoConclusión: suma masas nucleones > masa real núcleo
∆m = suma masas nucleones - masa real núcleo
∆m = Z mp + (A-Z)mn - M
∆m = suma masas nucleones - masa real núcleo
∆m = Z mp + (A-Z)mn - M
Defecto de masaDefecto de masa
Z = nº atómico; A = nº másico
mp =masaprotón; mn =masa neutrón
M= masa real del núcleo

10. DEFECTO DE MASA Y ENERGÍA
DE ENLACE
∆m = suma masas nucleones - masa real núcleo∆m = suma masas nucleones - masa real núcleo
Defecto de masaDefecto de masa
vvEnergía equivalente al defecto de masa (Einstein)
E = ∆m · c2E = ∆m · c2
Energía de enlace o ligaduraEnergía de enlace o ligadura
Energía que se libera al formarse el núcleo al juntarse sus nucleones constituyentes (o
energía que hay que aportar para separar los nucleones que forman el núcleo)
E = ∆m · c2
/ nº nucleonesE = ∆m · c2
/ nº nucleones
Energía de enlace por nucleónEnergía de enlace por nucleón
↑energía por nucleón ↑estabilidad del núcleo

11. RADIOACTIVIDAD
• Visionad el siguiente vídeo:
https://www.youtube.com/watch?v=Y15JROM48yI
• Contestad a las siguientes cuestiones:
-¿Qué es la radioactividad y quién y cómo se descubrió?
- Ejemplos de elementos radioactivos y tipo de radiación que
emiten
- Diferencias entre radiactividad natural y artificial. ¿Quién
descubrió esta última?
- Aplicaciones de la radiactividad
-¿Qué es la radioactividad y quién y cómo se descubrió?
- Ejemplos de elementos radioactivos y tipo de radiación que
emiten
- Diferencias entre radiactividad natural y artificial. ¿Quién
descubrió esta última?
- Aplicaciones de la radiactividad

12. TIPOS EMISIONES RADIACTIVAS
Se somete la radiación emitida por una muestra natural a un campo
eléctrico y a un campo magnético y se observa lo siguiente:
¿CONCLUSIONES?¿CONCLUSIONES?

13. TIPOS EMISIONES RADIACTIVAS
Se somete la radiación emitida por una muestra natural a un campo
eléctrico y a un campo magnético y se observa lo siguiente:
¿Cuál será su carga? ¿Cuál pesará más?¿Cuál será su carga? ¿Cuál pesará más?

14. TIPOS EMISIONES RADIACTIVAS
RADIACIÓN ALFA: Núcleos de
Helio (4
2He)
RADIACIÓN ALFA: Núcleos de
Helio (4
2He)
Emisión de partículas positivas,
pesadas y lentas
Reacciones nucleares (debe
conservarse Z y A)
Cuando un átomo emite una partícula alfa se
transforma en el núcleo de otro átomo diferente,
con dos neutrones y dos protones menos

15. TIPOS EMISIONES RADIACTIVAS
RADIACIÓN BETA: electrones (0
-1e)RADIACIÓN BETA: electrones (0
-1e)
Emisión de partículas negativas con
velocidad próxima a la de la luz
¿Cómo puede un núcleo emitir
electrones?
Un neutrón se transforma
en un protón, un electrón y
una partícula sin carga ni
masa en reposo llamada
antineutrino

16. TIPOS EMISIONES RADIACTIVAS
RADIACIÓN BETA: electrones (0
-1e)RADIACIÓN BETA: electrones (0
-1e)
Cuando un átomo emite una partícula beta se
transforma en el núcleo de otro átomo diferente con un
protón más pero igual A (se gana un protón pero se
pierde un neutrón)

17. TIPOS EMISIONES RADIACTIVAS
RADIACIÓN GAMMA, γ: ondas
electromagnéticas de alta frecuencia
RADIACIÓN GAMMA, γ: ondas
electromagnéticas de alta frecuencia
No son partículas, sino radiación que
se emite cuando el núcleo excitado
vuelve a su estado fundamental.
Suelen acompañar a las emisiones
alfa y beta
Cuando un átomo emite radiación gamma no cambia su
composición (sigue siendo el mismo átomo, con igual A y Z)

18. TIPOS EMISIONES RADIACTIVAS
• Poder de penetración

19. DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA
En una muestra radiactiva, el
nº de emisiones disminuye
exponencialmente con el
tiempo. El número de núcleos
que se desintegran será
directamente proporcional al
tiempo y al número de núcleos
totales existentes en la
muestra(N). Expresado en
forma diferencial:
- dN= λNdt
Siendo λ la constante de
proporcionalidad , conocida
como constante de
desintegración (s-1
)

20. DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA
• Integrando la expresión:
Ecuación fundamental
de la radiactividad
Permite calcular el nº de núcleos radiactivos que quedan sin desintegrar en cada instante

21. DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA
Unidades:
Becquerel, Bq (SI) – 1Bq=1 desintegración/s
Curio, Ci: actividad de una muestra de 1 g de radio
1Ci = 3,7·1010
Bq
Nº de desintegraciones en la unidad de tiempo
ACTIVIDAD O VELOCIDAD DE DESINTEGRACIÓN, AACTIVIDAD O VELOCIDAD DE DESINTEGRACIÓN, A

22. DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA
ACTIVIDAD O VELOCIDAD DE DESINTEGRACIÓN, AACTIVIDAD O VELOCIDAD DE DESINTEGRACIÓN, A
La ecuación fundamental de la radiactividad se puede expresar en
función de la actividad de la muestra
Ecuación fundamental
de la radiactividad
Ao: actividad inicial de la muestra
A: actividad de la muestra cuando ha transcurrido un tiempo t

23. DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA
PERIODO DE SEMIDESINTEGRACIÓN O PERIODO DE SEMIVIDA, T1/2
PERIODO DE SEMIDESINTEGRACIÓN O PERIODO DE SEMIVIDA, T1/2
Se define como el tiempo necesario para el nº de núcleos radiactivos de una
muestra se reduzca a la mitad, es decir, N= No/2 .Sustituyendo en la ecuación
fundamental:
Simplificando y tomando logaritmos neperianos:

24. DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA
La vida media es el tiempo promedio que tarda un núcleo en desintegrarse.
Puede calcularse como la inversa de la constante de semidesintegración
Expresado en función del tiempo de semivida:

25. PON EN PRÁCTICA LO
APRENDIDO
ACTIVIDADES pág. 303
CUESTIONES Y
PROBLEMAS 3, 4, 6, 10,
15, 16, 18, 19, 20, 21, 22,
35, 36 – págs. 316/7
ACTIVIDADES pág. 303
CUESTIONES Y
PROBLEMAS 3, 4, 6, 10,
15, 16, 18, 19, 20, 21, 22,
35, 36 – págs. 316/7