energía nuclear, parte 3
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Vida media (t1/2) de los elementos radiactivos • Tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de los átomos de cualquier sustancia radiactiva. ¿Cómo será la velocidad de estos procesos? t½ para 99Mo t ½ para 238U Ecuación de relación t ½ No 0,693 x t ln t 12 N Donde: • t ½ : es el tiempo de vida media • No : cantidad inicial de muestra • N : cantidad que permanece a tiempo t • t: tiempo transcurrido • 0,693: es logaritmo natural de 0,5 ¿De dónde apareció el 206Pb? Velocidad de desintegración radiactiva • Ley de velocidad (v) para el decaimiento radiactivo: V = K*N Donde: K es la constante de velocidad de primer orden. N es el numero de núcleos radiactivos presentes en el tiempo t. Para determinar K: • ln N = -Kt N0 donde: N0 es el numero de núcleos radiactivos iniciales. t es el tiempo. La vida media para una reacción de este tipo, esta determinada por: t1/2 = 0,693 K Series radiactivas y vida media 1-El polonio-214 es radiactivo y se desintegra emitiendo una partícula alfa. El núcleo obtenido es radiactivo y se desintegra a su vez, repitiéndose el proceso varias veces hasta llegar a ser un núcleo estable. Sabiendo que a partir del Po-214 se han emitido sucesivamente las siguientes partículas: α, β-, β-, β-, α y β-, ¿Cuál es el núcleo final estable? Dato: Utiliza la tabla periódica. 2-Determine el numero atómico (Z) y el numero masivo (A) del isótopo que resultara después de que el U-238 emita tres partículas α y dos β negativas. Usando la tabla periódica indica a que elemento corresponde. • En los huesos de un gato desenterrado en Egipto, se han encontrado 0,125g de carbono-14. Si se tiene en cuenta el tiempo de vida media del carbono-14 (5.730 años), y se estima que la masa inicial de carbono-14 era de 0,5g, ¿Cuál es la antigüedad del fósil? Interpreta tus resultados en un grafico de masa de C-14 versus tiempo. Ejemplo: • Una muestra de radòn sufre inicialmente 7 x 104 desintegraciones por segundo (dps) de partículas α. Después de 6,6 días, sufre 2,1 x 104 dps. ¿Qué vida media tiene este radioisótopo? Núcleo Atómico: fuente de energía Primera conversión de un núcleo en otro, se obtiene en 1919 Ernest Rutherford (18711937) 14 N 7 + 4 He 2 ---- 17 O 8 + 1 H 1 Fisión Nuclear • Otto Hahn (1879-1968) y Fritz Strassman (1902-1980), en 1939 • Fision nuclear: proceso por el que un núcleo pesado se parte en dos núcleos mas pequeños, liberándose gran cantidad de energía 235 1 n--->236 U --->139 Ba + 94 Kr + 31 n + E U + 92 0 92 56 36 0 Reacciones en cadena • Núcleos fisionables U-235 o Pu-239 Masa critica: mínima cantidad de átomos fisionables, capaces de sostener la reacción en cadena. Fusión nuclear • Proceso por el cual núcleos muy ligeros se fusionan para formar núcleos mas pesados y mas estables; generándose grandes cantidades de energía. 411H -----> 4 2He + 20+1e Relación masa-energía en las reacciones nucleares • ∆E = ∆ m x c2 • Combustión de 1 mol de CH4: ∆m = -9,9 x 10-9g ∆E = -890,4 x 103J • Desintegración de 1 mol de U-238: ∆m = -0,0046g ∆E = -4,1 x 1011J Ecuaciones nucleares 235 92 U 01n 94 38 Sr 139 54 Xe 3 01n masas atómicas (uma): U-235 = 235,0439; Sr-94 = 93,9154; Xe-139 = 138,9179; n = 1,0087 Masa productos = 93,9154 + 138,9179 + 3 x 1,0087 = 235,8594 Masa reactantes = 235,0439 + 1,0087 = 236,0526 ∆m = (235,8594 – 236,0526) = - 0,1932 E m x c 2 0,1932x10 -3 Kg x (3x10 8 ms )2 E 1,7388x1013 Kg x ( ms )2 1,74x1010 KJ ¿Cuántas veces has tenido contacto con la energía nuclear? ¿Hay algún otro método para hacer estos diagnósticos? Introducción Todas las actividades que realizamos requieren de energía. ¿De dónde proviene la energía que utilizamos? Preguntas para los alumnos: •¿Qué efectos contaminantes tienen cada una de las fuentes de energía aquí representadas? •¿Qué abundancia hay de estos recursos energéticos en el planeta? • ¿Cómo podemos aminorar los efectos negativos del uso de los recursos energéticos? Aplicaciones pacificas de la fisión nuclear • Reactor Nuclear: sistema construido para controlar la energía que se produce en la reacción en cadena y que impide el aumento indefinido de las fisiones. Componentes de un reactor: • Un material moderador • Barras de control • Un sistema de enfriamiento • Un sistema de blindaje Tipos de reactores • Reactores de potencia • Reactores de investigación • Una central nuclear es una instalación formada por un reactor conectado a un sistema de generación eléctrica. Aplicaciones en la Generación de Energía en Centrales Eléctricas ¿Como se genera la energía eléctrica? ¿Como se genera la energía eléctrica? Dispositivo para medir radiación Contador Geiger moderno Medicina Nuclear Aplicaciones en Salud Radioterapia Algunos núclidos o isótopos radiactivos, sus vidas medias y sus aplicaciones médicas como marcadores en el cuerpo humano. Núclido 131 Vida media Área del cuerpo que se estudia I 8.1 días Tiroides 59 Fe 45.1 días Glóbulos rojos 99 Mo 67 horas Metabolismo P 14.3 días Ojos, hígado, tumores 51 Cr 27.8 días Glóbulos rojos 87 Sr 2.8 horas Huesos 99 To 6.0 horas Corazón, huesos, hígado, pulmones 133 Xe 5.3 días 24 Na 14.8 horas 32 Pulmones Sistema circulatorio ¿Por qué es importante estudiar sobre la energía nuclear? ¿Qué son las radiaciones y cómo se producen? ¿Cómo nos afecta la radiación? • Radiación de fondo: bombardeo constante de radiación de fuentes naturales y artificiales • La radiación puede provocar excitación o, ionizaciòn de la materia • H20+ + H20 --- H3O+ + *OH Unidades para medir radiación Dosis de radiación • Unidad SI de dosis absorbida: gray (Gy) que corresponde a la absorción de 1J de energía por kilogramo de tejido • Rad: (0,1J)1 Gy = 100rad • Para expresar el daño biológico en términos de la cantidad real de radiación absorbida, se utiliza el rem y el sievert (Sv), donde 1Sv = 100 rem. • Radiación de fondo de fuentes naturales es de unos 0,003Sv por año. Recomendable no mas de 0,005 Sv de fuentes naturales.
