FISICA NUCLEAR - IES Antonio Machado

FISICA NUCLEAR-I
PROBLEMAS
1º ¿Qué masa de yodo-131, cuyo período de semidesintegración (t1/2) es de 8
días, quedará al cabo de 20 días, si se partió de una muestra inicial que contenía 100 g
de dicho isótopo? Sol.: 17,69 g
2º a) Determina X en la reacción nuclear:
2
2
3
1 H 1H 2 He  X  
b) en el agua ordinaria hay una proporción másica de 1/5000 de agua pesada
(formada por dos átomos de deuterio, 12 H , y uno de oxigeno 168O ). Las masas en reposo
que intervienen en la reacción anterior son:
X = 1,670349 . 10-27 kg
2
-27
kg
1 H = 3,33535 . 10
3
-27
kg
2 He = 4,99455 . 10
Determina la energía liberada si todo el deuterio de 5 litros de agua se
convirtiera en el isótopo 23He del helio.
Datos: Velocidad de la luz en el vacío: 3 . 108 m/s; Número de Avogadro: 6,023
23
. 10 moléculas/mol; Masa molar del agua pesada: 20 g/mol.
Sol.: a) X es un neutrón; b) 1,58 . 1010 J.
3º Durante el proceso de fisión de un núcleo de 235
92U por un neutrón se liberan
198 MeV. Calcula la energía liberada al fisionarse 1 kg de uranio. Masa del U-235:
235,04 u. Sol.: 8,11 . 1013 J
4º El 22 Na es un nucleido radiactivo con un período de desintegración (tiempo
necesario para que el número de núcleos se reduzca a la mitad) de 2,6 años; a) ¿cuánto
vale su constante de desintegración? b) en el instante t = 0 en el que una muestra tiene
4,3 . 1016 núcleos de 22 Na , ¿cuál es su actividad en becquerel (desintegraciones por
segundo)? c) ¿cuál será su actividad para t = 1 año? d) ¿cuánto valdrá su constante de
desintegración para t = 1 año? e) ¿cuándo será nula su actividad? Sol.: a) λ = 0,27 año -1;
b) dN/dt = 3,63 . 108 Bq; c) dN/dt = 2,78 . 108 Bq; d)λ = 0,27 año-1; e) cuando t   .
5º Al empezar un experimento de desintegración radiactiva tenemos 4,6  1016
núcleos. Veinte días después nos quedan 8,141014 . Calcula el período de
semidesintegración de dicho elemento. Da el resultado en dias. Sol.: t1/2 = 3,47 dias
6º Se tienen 106 g de 226 Ra , cuyo período de semidesintegración es de 1600
años. ¿Qué cantidad de radio desaparece al cabo de un año? Sol.: m  109 g
7º Cuando se bombardea con un protón un núcleo de litio 37 Li, este se
descompone en dos partículas α; a) escribe y ajusta la reacción nuclear del proceso; b)
calcula la energía liberada en dicha desintegración, siendo los pesos atómicos del litio,
hidrógeno y helio 7,0182 u, 1,0076 u y 4,0029 u, respectivamente. Expresa el resultado
en eV. Sol.: a) 37 Li  11H  24He  24He ; b) E 18,7  106 eV
CUESTIONES
1º a) ¿A qué es debido que en los núcleos atómicos se mantengan los nucleones
unidos a pesar de la fuerte repulsión electromagnética? b) ¿Qué es la energía de enlace
de un núcleo?
2º a) Describe la naturaleza y características de las partículas alfa y beta. b)
¿Cómo se explica que un núcleo emita partículas beta si, en un modelo simple, se
admite que está formado por protones y neutrones?
3º Di si es cierto o falso y razona la respuesta: “La emisión de una partícula alfa
por un núcleo radiactivo no altera su número atómico” Sol.: falso.
4º a) Explica los diferentes tipos de radiactividad: α, β y γ; b) los dos
primeros pasos de la cadena de desintegración del 238
92U son:


U ??Th?? Pa
Completa las correspondientes ecuaciones de desintegración, indicando el
238
92


234
234
número másico y atómico de los núcleos “hijo” y “nieto” Sol.: b) 238
92 U  90Th 91 Pa.
5º Explica brevemente los factores que influyen en la estabilidad nuclear.
6º a) Explica por qué y cómo puede determinarse la edad de los restos de un
organismo prehistórico por el método del carbono-14; b) se observa que la actividad
radiactiva de una muestra de madera prehistórica es diez veces inferior a la de una
muestra de madera moderna de igual masa. Sabiendo que el período de
semidesintegración del 14C es de 5600 años, calcula la antigüedad de la primera
muestra. Sol.: 18600 años
7º a) determina X en la siguiente reacción nuclear:
238
234

 X
 
92U
90Th
b) el período de semidesintegración de esta reacción es de 4500 millones de
años, ¿qué significa esto?,; c) da un ejemplo, explicándolo, de la utilización de los
radioisótopos (isótopos radiactivos) en la medicina.
8º La desintegración radiactiva de los núcleos es un proceso estadístico que
viene descrito por una ley exponencial. Escríbela y comenta las diferentes magnitudes
que aparecen en ella. Sol.: N  No e  t
7º La vida media del 55 Fe es de 2,6 años; a) explica las características del
proceso de desintegración e indica el significado de “período de semidesintegración” y
“vida media”; b) calcula la constante de desintegración radiactiva y el tiempo en que 1
mg de muestra se reduce a la mitad. Sol.: b)   0,38 año1; t1 / 2  1,8años
8º Explica brevemente las similitudes y diferencias entre la fisión y la fusión
nucleares.
9º Explica que son la fisión y la fusión nuclear. ¿Por qué tienen interés? En la
práctica, ¿qué isótopos se usan para realizar la fusión? ¿y para realizar la fisión? Indica
algún lugar en el que se esté realizando actualmente fusión. Indica algún lugar en el que
se esté realizando actualmente fisión?