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REACCIONESNUCLEARES1TEMA XI

NOCIONES DE LAS REACCIONES NUCLEARES.

-DIFERENCIAS CON RESPECTO A LAS REACCIONES QUMICAS ORDINARIAS.

-CLASIFICACIN DE LAS REACCIONES NUCLEARES.

-CARACTERSTICAS DE C/U DE ESTAS.

-SU IMPORTANCIA EN LA TECNOLOGA ACTUAL.

-CONCEPTO DE VIDA MEDIA O PERODO DE SEMIVIDA DE UN RADIOISTOPO

-INDICADORES COMO TRAZADOR O PORTADOR.2XAZNmero de masa Nmero atmicoSmbolo del elementoNmero atmico (Z) = nmero de protones en el ncleoNmero msico (A) = nmero de protones + nmero de neutrones = nmero atmico (Z) + nmero de neutrones AZ1p11H1oprotn1n0neutrn0e-10b-1oelectrn0e+10b+1opositrn4He24a2opartcula a11100-10+1423Partculas , y rayos

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5ORIGEN DE LAS PARTCULAS Desintegracin de neutrones poco ligados al ncleo.Dando un p+, un e- y un antineutrino. (partcula sin masa ni carga que se lleva parte de la E y de la cantidad de mov. del neutrn original) lo que explica el espectro de E de la emisin .El protn formado por la desintegracin del neutrn queda en el ncleo. Z una unidad y el n msico, A permanece igual.

O 1n +1 1p + -1 oe + e + 0,79 MeV

La E producida es repartida entre el e- y e

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Tabla 23.1 Comparacin de las reacciones qumicas con las reacciones nuclearesReacciones qumicas ordinariasReacciones nucleares1. Los tomos se organizan por la ruptura y formacin de enlaces qumicos.2. Slo los electrones de los orbitales atmicos o moleculares participan en la ruptura y formacin de enlaces.

3. Las reacciones se acompaan por la absorcin o liberacin de cantidades de energa relativamente pequeas.

4. Las velocidades de reaccin se ven afectadas por la temperatura, presin, concentracin y catalizadores.1. Los elementos (o los istopos de los mismos elementos) se convierten entre s.

2. Pueden participar protones, neutrones, electrones y otras partculas elementales.

3. Las reacciones van acompaadas por la absorcin o liberacin de cantidades enormes de energa

4. Las velocidades de reaccin, por lo general, no se ven afectadas por la temperatura, la presin o los catalizadores.

9Transmutacin artificial

10Serie de desintegracin radiactiva

11Datacin radiactiva

Para datar fsiles de antigedades entre 5.000 y 100.000 aos se usa la pruebadel carbono-14 (vida media de 5.730 aos).

El carbono ms abundante es el C-12 que es estable y tiene trazas de C-14.El C-14 se produce continuamente en la alta atmsfera por efecto de los rayoscsmicos de elevada Energa, provenientes del espacio.1212Vida media de un radioistopoy perodo de semi-desintegracin

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Datacin de carbono radiactivo14N + 1n 14C + 1H716014C 14N + 0b + n67-1t = 5730 aosDatacin del Uranio-238238U 206Pb + 8 4a + 6 0b92-1822t = 4.51 x 109 aos238U206Pb238Ut1-24.51 x 109 yr2914Fisin nuclear

235U + 1n 90Sr + 143Xe + 31n + Energy92543800Energa = [masa235U + masa n (masa 90Sr + masa 143Xe + 3 x masa n )] x c2Energa = 3.3 x 10-11J por 235U= 2.0 x 1013 J por mol 235UCombustin de1 ton de carbn = 5 x 107 J14Fisin nuclear Reaccin nuclear en cadena es una secuencia autosuficiente de reacciones de fisin nuclear. La masa mnima de material fisionable requerida para generar una reaccin nuclear en cadena autosuficiente es la masa crtica.

No crticaCrtica15Fisin nuclear

Diagrama esquemtico de un reactor de fisin nuclearBlindaje VaporBlindaje Hacia la turbina de vapor AguaBombaBarra de control Combustibles de uranio 16Produccin anual de residuos 35,000 tons SO24.5 x 106 tons CO2carbn encendido planta de potencia 1,000 MW 3.5 x 106 ft3 ceniza

planta nuclear de potencia1,000 MW70 ft3 residuos vitrificadosFisin nuclear 17

Tokamak confinador magntico de plasmaFusin nuclear Reaccin de fusinEnerga liberada 2H + 2H 3H + 1H 11116.3 x 10-13 J2H + 3H 4He + 1n11202.8 x 10-12 J6Li + 2H 2 4He3123.6 x 10-12 J18Radioistopos en Medicina1 de cada tres pacientes fuera del hospital sufrirn un procedimiento de la medicina nuclear 24Na, t = 14.8 hr, emisor b, rastreador de flujo sanguneo. 131I, t = 14.8 hr, emisor b, actividad de la glndula tiroidea. 123I, t = 13.3 hr, emisor de rayos g, imgenes del cerebro. 18F, t = 1.8 hr, emisor b+, tomografa de emisin de positrn. 99mTc, t = 6 hr, emisor de rayos g, agente de imgenes.

Imgenes del cerebro con un compuesto marcado con Yodo-12319

Contador Geiger-MllerAlto voltajeVentananodoCtodoAislante Amplificador y contador Gas argn20Efectos biolgicos de la radiacindsis de radiacin absorbida (rad)1 rad = 1 x 10-5 J/g de materialroentgen equivalent for man (rem) (equivalente roentgen para el hombre)1 rem = 1 rad x QQuality Factor Factor de calidad

rayo- g = 1b = 1a = 20

Tabla 23.6 Dosis promedio de radiacin anual de los estadounidensesFuenteDosis(mrem/ao)*Rayos csmicosFondo y alrededoresCuerpo humanoRayos X de uso clnico y dentalViajes areosPruebas blicas fallidasDesechos nuclearesTotal*mrem =1 millirem = 1x10-3 rem. La radioactividad en el cuerpo proviene de los alimentos y del aire.21Balanceo de las ecuaciones nuclearesConservar el nmero de masa (A). La suma de protones ms los neutrones en los productos debe igualar la suma de protones ms neutrones en los reactivos. 1n0U23592+Cs13855Rb96371n0++ 2235 + 1 = 138 + 96 + 2x1Conservar el nmero atmico(Z) o carga nuclear.La suma de cargas nucleares en los productos debe igualar la suma de cargas nucleares en los reactivos. 1n0U23592+Cs13855Rb96371n0++ 292 + 0 = 55 + 37 + 2x022

212Po desintegra por la emisin alfa. Escriba la ecuacin nuclear balanceada para el Desintegracin de 212Po.4He24a2opartcula alfa - 212Po 4He + AX842Z212 = 4 + AA = 20884 = 2 + ZZ = 82212Po 4He + 208Pb8428223Estabilidad nuclear y disintegracion radiactiva Desintegracin beta 14C 14N + 0b + n67-140K 40Ca + 0b + n1920-11n 1p + 0b + n01-1Disminuye # de neutrones por 1Aumenta # de protones por 1Desintegracin del positrn 11C 11B + 0b + n65+138K 38Ar + 0b + n1918+11p 1n + 0b + n10+1Aumenta # de neutrones por 1Disminuye # de protones por 1 n y n tienen A = 0 y Z = 024Desintegracin de captura del electrnAumenta # de neutrones por 1Disminuye # de protones por 1Estabilidad nuclear y desintegracin radiactiva37Ar + 0e 37Cl + n1817-155Fe + 0e 55Mn + n2625-11p + 0e 1n + n10-1Desintegracin alfa Disminuye # de neutrones por 2Disminuye # de protones por 2212Po 4He + 208Pb84282Fisin espontnea252Cf 2125In + 21n9849025

n/p demasiado grandeDesintegracin betaXn/p demasiado pequeoDesintegracin de positrno captura de elctrnYNmero de protonesNmero de neutronesCinturn de estabilidadNeutrone/protones = 126Estabilidad nuclearCiertos nmeros de neutrones y protones son extra establesn o p = 2, 8, 20, 50, 82 y 126Como los nmeros extra estables de electrones en los gases nobles (e- = 2, 10, 18, 36, 54 y 86)Los ncleos con nmeros pares de protones y neutrones son ms estable que aquellos con nmeros impares de neutrones y protones Todos los istopos de los elementos con nmeros atmicos superiores a 83 son radiactivos Todos los istopos de Tc y Pm son radiactivos

Tabla 23.2 Nmero de istopos estables con nmeros par e impar de protenas y neutronesProtonesNeutronesNmero de istopos establesImparImparParParImparParImparPar27Energa de unin nuclear (BE) es la energa requerida para romper un ncleo en sus protones y neutronesBE + 19F 91p + 101n910BE = 9 x (p masa) + 10 x (n masa) 19F masaE = mc2BE (uma) = 9 x 1.007825 + 10 x 1.008665 18.9984BE = 0.1587 uma1 uma = 1.49 x 10-10 JBE = 2.37 x 10-11Jenerga de unin por nuclen = energa de uninnmero de nucleones= 2.37 x 10-11 J19 nucleones= 1.25 x 10-12 J28Transmutacin nuclear

Acelerador ciclotrnico de partculas14N + 4a 17O + 1p728127Al + 4a 30P + 1n13215014N + 1p 11C + 4a7162Voltaje alternoBlancoDetectorCampo magntico30