Fenómenos nucleares II: fisión y fusión nuclear

Fenómenos nucleares II:
fisión y fusión nuclear
SGUICEL002QM11-A16V1
Ítem
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Alternativa
E
B
D
E
B
C
A
C
C
E
A
E
B
D
E
Habilidad
Comprensión
Aplicación
Aplicación
ASE
Aplicación
Aplicación
Reconocimiento
Comprensión
Reconocimiento
Comprensión
Reconocimiento
Comprensión
Reconocimiento
Comprensión
Comprensión
EJERCICIOS PSU
Ítem
Alternativa
Defensa
La descripción realizada en el enunciado corresponderá a lo
expresado en la ecuación
241
95
1
E
Am  24He 

Bk  2 01n
243
97
puesto que en los reactivos se muestra la partícula alfa como
núcleo de helio y entre los productos se encuentra la liberación
de los 2 neutrones. La ecuación nuclear se encuentra
equilibrada en la cantidad de neutrones y protones participantes.
Los elementos que presentan exceso de neutrones con respecto
a los protones, tienden a estabilizarse disminuyendo el número de
neutrones y aumentando el de protones. Esto se logra mediante
2
B
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la emisión de una partícula β. El 71 Lu presenta la mayor
proporción neutrón/protón (n:p = 107:71 = 1,5), por lo que de
todos los elementos presentado, es más probable que este sea
capaz de experimentar un decaimiento por emisión β.
La serie radiactiva descrita corresponde a la transformación
desde Radio–226 a Polonio–214, con la emisión de tres
partículas α y dos β, como se muestra a continuación.
3
D
226
88

Ra 
214
82

Rn 
222
86

Pb 
214
83
218
84

Po 

Bi 
214
84
214
82
Pb
Po
Habilidad de pensamiento científico: Procesamiento e
interpretación de datos y formulación de explicaciones,
apoyándose en los conceptos y modelos teóricos.
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E
A partir del gráfico se puede deducir que la vida media es el
tiempo que demora la masa inicial de un isótopo en reducirse a la
mitad, ya que de forma aproximada se puede estimar que al
transcurrir 1 vida media la masa inicial de 10 g se reduce a 5 g; al
transcurrir 2, la masa llega a 2,5 g; al cabo de 3 vidas medias,
llega a 1,25 g, y al cabo de 4, alcanza 0,75 g (opción I correcta).
Si estimamos el tiempo de vida media del Sr-90 a partir del
gráfico, podemos ver que la primera se encuentra entre 20 y 40
años y que dos vidas medias transcurren en poco menos de 60
años, por lo tanto, podemos establecer que esta es levemente
inferior a 30 años. De hecho, la vida media del Sr-90 es 28,8 años
(opción II correcta).
La masa de Sr-90 varía como se muestra a continuación
10 𝑔 →
1 𝑣𝑖𝑑𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎
→
3 𝑣𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑠
5𝑔 →
2 𝑣𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑠
1,25 𝑔 →
4 𝑣𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑠
→
5 𝑣𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑠
2,5 𝑔
0,625 𝑔
0,3125 𝑔
Por lo tanto, la opción III también es correcta.
Al establecer la secuencia de desintegración de 12 gramos de
Sodio–25 se observa lo siguiente:
1t
5
2t
½  6 g 
½  3g
12 g 
B
Como se requieren 2 vidas medias (2t½) y cada t½ equivale a 1
minuto, entonces se requieren 2 minutos para reducir el sodio–
25 a 3 gramos desde la masa inicial.
Al establecer la secuencia de desintegración se observa que
1t
6
C
2t
3t
4t
½  40 g 
½  20 g 
½  10 g 
½ 5 g
80 g 
se requiere de 4 vidas medias (t½), lo cual equivale a (4 × 5.568
años), es decir, 22272 años.
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8
9
10
A
Por definición, la vida media de un compuesto corresponde a la
cantidad de tiempo necesaria para que la mitad de la masa de
un compuesto radioactivo decaiga, dando origen a un compuesto
más estable.
C
Para que el carbono–14 pueda ser utilizado en determinar la data
de una estructura antigua debe cumplirse que esta haya tenido un
origen orgánico y no superar los 60000 años de antigüedad, ya
que después de este tiempo el carbono-14 se vuelve
imperceptible.
C
Las estrellas se originan por complejos procesos en los que
intervienen reacciones de fusión nuclear. Este proceso produce
una liberación continua de energía, y en ella 2 átomos de H
colisionan para formar un átomo de He, lo cual ocurre en
grandes cantidades.
E
Las bombas atómicas de elementos pesados, como uranio y
plutonio, se denominan bombas de fisión, ya que se basan en la
ruptura de un núcleo pesado, generando otros más livianos e
iniciando una reacción en cadena que libera enormes cantidades
de energía (opciones I y II correctas).
En cambio, las bombas termonucleares o de fusión, como la
bomba de hidrógeno, se basan en la fusión de núcleos pequeños
para formar núcleos más pesados. Sin embargo, para que esto
ocurra se requiere un gran aporte de energía, por lo que todas las
bombas de fusión contienen un iniciador, que no es más que una
bomba de fisión. Esta reacción de fisión libera energía en
cadena para iniciar la reacción de fusión de los núcleos de
hidrógeno, que a su vez generarán una nueva reacción en
cadena que dé lugar a neutrones de alta velocidad que vuelvan
a impactar material fisible.
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A
En la fusión se observa la unión de átomos pequeños, para
producir átomos de núcleos más pesados, sin producir desechos
radiactivos. Es contrario a la fisión, donde núcleos grandes se
dividen en otros más pequeños por impacto con partículas como
los neutrones.
E
La fisión es la fuente de energía en los reactores nucleares,
donde esta se realiza de forma controlada a través de la ruptura
de átomos naturales de Uranio–235 o de isótopos artificiales de
Plutonio–239, que corresponden a los de mayor eficiencia
práctica. En el Sol suceden reacciones de fusión, llamadas
también termonucleares.
B
La bomba termonuclear utiliza tanto el mecanismo de fisión
como el de fusión nuclear para lograr su efecto. Sin embargo, la
fisión solo busca iniciar la reacción en cadena, siendo la fusión
la responsable del gran daño generado por este tipo de material
bélico.
D
Los usos médicos de la radiactividad se pueden dividir en
externos e internos. Uno de los usos externos del material
radiactivo busca regular la multiplicación descontrolada de
células cancerosas a través de una irradiación controlada, por
ejemplo, irradiando al paciente con cobalto–60 a través de un
decaimiento β y posterior gamma. Dentro de los usos internos se
encuentra el Yodo–131, el cual irradia partículas β.
Las partículas α no se utilizan en aplicaciones médicas, ya que la
idea es que el paciente emita radiación que sea detectable desde
fuera de su cuerpo con propósitos diagnósticos o que la radiación
sea capaz de destruir células como las tumorales. Por su bajo
poder de penetración, las partículas α no sirven para estos
propósitos.
E
La imagenología, basada en principios de medicina nuclear,
busca convertir al paciente en un emisor gamma, a través de la
inoculación de material radiactivo detectable desde el exterior.
En medicina nuclear se utilizan radiotrazadores o radiofármacos,
que están formados por un fármaco transportador y un isótopo
radiactivo. Estos radiofármacos se aplican dentro del organismo
humano (inocular) por diversas vías (la más utilizada es la vía
intravenosa). Una vez que el radiofármaco está dentro del
organismo, se distribuye por diversos órganos dependiendo del
tipo empleado. La distribución de este es detectado por un
aparato detector de radiación llamado gammacámara y
almacenado digitalmente. Luego se procesa la información
obteniendo imágenes de todo el cuerpo o del órgano en estudio.
Estas imágenes, a diferencia de la mayoría de las obtenidas en
radiología, son imágenes funcionales y moleculares, es decir,
muestran como están funcionando los órganos y tejidos
explorados o revelan alteraciones de los mismos a un nivel
molecular.