Física Nuclear (III)

Dpto. Física y Química
I.E.S. Inca Garcilaso
Emisión 
La emisión  se produce cuando un núcleo tiene un exceso o un
defecto de neutrones en relación con los protones que contiene:
 Exceso de neutrones, como en el caso de los isótopos radiactivos
cuyo nº másico es superior al de los isótopos estables de esos elementos: se
alcanza la estabilidad nuclear mediante la emisión de un electrón (-), cuyo
nº másico es 0 y su número atómico es –1. Se representa 10 e .
“El electrón que se emite en este proceso no es un electrón de
la corteza atómica; es emitido por el núcleo, la emisión procede de la transformación de un neutrón en un protón,
expulsando en el proceso un electrón. o1n11p + 10 e (*)”
Cuando un núcleo radiactivo emite una partícula -, se obtiene otro
núcleo que contiene un protón más y un neutrón menos que el núcleo original:
A
Z
X 10 e + Z A1Y Ej:
228
88
Ra10e + 228
89 Ac
El núcleo obtenido tras una emisión - corresponde a un elemento
químico situado un lugar a la derecha del núcleo original en el
sistema periódico.
 Defecto de neutrones, como isótopos radiactivos cuyo nº másico es
inferior al de los isótopos estables : pueden alcanzar la estabilidad
emitiendo un positrón (+),partícula con número másico 0 y número atómico
+1. Se representa 10e .
“El positrón es una partícula fundamental, de masa en reposo igual a la
del electrón y carga igual a la del protón (antipartícula del electrón). La
emisión + procede de la desintegración de un protón del núcleo en un
neutrón y un electrón: 11 p01n + 10e (*)”.
Cuando un núcleo radiactivo emite una partícula + se obtiene otro
núcleo con un neutrón más y un protón menos que el núcleo original:
A
0
A
23
Ej.: 11
Na1023Ne  10 e
Z X 1 e + Z 1Y (*)
El núcleo que se obtiene tras una emisión + corresponde a un elemento
químico situado un lugar a la izquierda del núcleo original en el sistema
periódico
La masa de las partículas beta es mucho menor que la de las
partículas alfa y, debido a ello, tienen mayor poder de penetración que éstas
pese a ser también partículas cargadas. Son frenadas por varios metros de
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aire, láminas de varios centímetros de agua, de aluminio de unos dos
milímetros de espesor...
Emisión
Habitualmente, tras producirse una desintegración radiactiva  o  el
núcleo se encuentra en un estado excitado y se produce una emisión gamma.
“Los rayos  son ondas electromagnéticas, de muy alta frecuencia,
mayor que la de los rayos X, y cuando interaccionan con la materia lo hacen
como fotones de muy alta energía (los fotones son partículas sin masa ni
carga eléctrica que se encuentran asociadas a la radiación
electromagnética)
En este proceso el núcleo emisor no cambia, sino que cambia de un
estado excitado, de mayor energía, a otro de menor energía, por tanto la
radiación  está relacionada con la desexcitación nuclear.
Ej.: 126C 126C +  (4,4 MeV)
El núcleo emisor tras una emisión  no cambia, sino que se
produce una emisión de energía en forma de radiación
electromagnética
Los rayos  tienen gran poder de penetración en la materia:
atraviesan con facilidad el cuerpo humano y se necesitan para frenarlos
varias láminas de plomo o gruesas paredes de hormigón.
Por último podemos concluir:
 Las leyes de Soddy-Fajans permiten establecer una nueva ley de
conservación; la Ley de conservación del número de nucleones: En
cualquier desintegración nuclear permanece constante el nº de nucleones, A,
aunque en dicho proceso varíe el nº de protones y de electrones.
 Las emisiones  y  se corresponden con verdaderos cambios
nucleares, ya que se modifica la composición nuclear.
Series radiactivas.
Una serie radiactiva es un conjunto de núclidos radiactivos que
derivan del mismo núclido inicial y que por desintegración en cascada,
conducen a un mismo núclido estable.
Existen tres series naturales, que según el elemento que la inicia, se
denominan serie del uranio, del torio y del actino.
(*) En los procesos indicados también se producen otras partículas elementales.
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Aquí se muestra la serie del
Uranio, la cual finaliza en el
núclido estable de Pb-206.
Las representaciones de las
otras series radiactivas son
muy similares
Fusión y fisión nuclear
Fisión nuclear.
“La FISIÓN nuclear
consiste en la fragmentación de núcleos
pesados en otros más ligeros con liberación de energía”.
En 1938 los físicos Otto Hahn y Fritz Stassmann iniciaron una serie
de experimentos consistentes en bombardear una muestra de uranio con
neutrones, tratando de crear nuevos elementos. Entre los productos de la
reacción nuclear se descubrieron dos elementos de masa media: el bario y el
lantano. Este proceso fue interpretado como la rotura del núcleo de Uranio
por el neutrón, originando así las denominadas REACCIONES DE FISIÓN.
La fisión del uranio-235 puede producirse por bombardeo con
neutrones lentos (también llamados térmicos), según el esquema:
 
1
U 01n235
92 U   X  Y  x 0 n
235
92
Donde U* corresponde a un estado excitado que rápidamente se
divide en los fragmentos de fisión X e Y, existiendo hasta 90 posibles
“núcleos hijos” diferentes. El número x de neutrones puede ser de 2 a 3
según la naturaleza de los fragmentos X e Y, como puede verse en el
siguiente caso particular:
235
1
236
141
92
1
92U 0 n 92 U  56 Ba36 Kr  3 0 n
 
Teóricamente cada uno de estos neutrones puede causar una nueva fisión liberando más energía
y dando lugar, nuevamente, a entre dos y tres neutrones. Y así sucesivamente, pudiendo ocurrir una
reacción en cadena, con una rapidez cada vez mayor, liberándose en un corto intervalo de tiempo una
enorme cantidad de energía. Aproximadamente se liberan 2.10 8 eV (200 MeV) por átomo de uranio
fisionado, procedentes de la desaparición de una
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