Unidad 12. Física nuclear. Partículas y fuerzas fundamentales

© McGraw Hill

Composición del núcleo de los átomos. Isótopos

Física nuclear. Partículas y fuerzas fundamentales

Nucleones = protones + neutrones.

​

Z (número atómico) = protones.

​

A (número másico) = nucleones.

​

N (número de neutrones) = A - Z

Isótopos: variedades de un mismo elemento con diferente número de neutrones.

© McGraw Hill

Física nuclear. Partículas y fuerzas fundamentales

Estabilidad de los núcleos. Energía de enlace

Defecto de masa

Energía de enlace

Física nuclear. Partículas y fuerzas fundamentales

Física nuclear. Partículas y fuerzas fundamentales

© McGraw Hill

Física nuclear. Partículas y fuerzas fundamentales

Leyes de desplazamientos radiactivos

Las emisiones de partículas alteran la estabilidad del núcleo y siguen hasta que se alcance un núcleo estable.

© McGraw Hill

Física nuclear. Partículas y fuerzas fundamentales

Magnitudes características de la desintegración radiactiva

​

La desintegración radiactiva disminuye exponencialmente con el tiempo.

​

Integrada para número de partículas, para masa y para actividad.

Periodo de semidesintegración:

Vida media:

© McGraw Hill

Física nuclear. Partículas y fuerzas fundamentales

Reacciones nucleares. Fisión y fusión nuclear (I)

Fisión nuclear: fragmentación de un núcleo cuando es impactado por un neutrón.

• Los fragmentos pesan menos que el núcleo original.
• La pérdida de masa se transforma en energía.
• Pocos núcleos son fisionables.

© McGraw Hill

Física nuclear. Partículas y fuerzas fundamentales

Reacciones nucleares. Fisión y fusión nuclear (II)

Fusión nuclear: dos núcleos ligeros se unen para dar otro menos ligero.

Origen de los elementos químicos: se forma por fusión de núcleos ligeros en el interior de las estrellas.

Reacción de fusión Deuterio-tritio.

© McGraw Hill

Física nuclear. Partículas y fuerzas fundamentales

Armas y reactores nucleares (I)

Armas nucleares

​

Obtienen la energía de la fisión del ²³⁵U.

​

Utilizan U enriquecido al 85 %.

​

Se fisiona mediante el bombardeo con neutrones.

​

No se controla la emisión de neutrones para que se desencadene una reacción en cadena.

© McGraw Hill

Física nuclear. Partículas y fuerzas fundamentales

Armas y reactores nucleares (II)

Reactores nucleares de fisión

​

Obtienen la energía de la fisión del ²³⁵U.

​

Utilizan U enriquecido al 5 %.

​

Se fisiona mediante el bombardeo con neutrones.

​

Hay que controlar la emisión de neutrones para moderar la velocidad de fisión.

© McGraw Hill

Física nuclear. Partículas y fuerzas fundamentales

Armas y reactores nucleares (III)

Reactores nucleares de fusión

​

Fusionan núcleos ligeros y producen núcleos mayores.

​

Técnicamente estamos en desarrollo, pero aún queda lejos la posibilidad de producir electricidad mediante fusión.

​

Es la reacción que se produce en el interior de las estrellas.

© McGraw Hill

Física nuclear. Partículas y fuerzas fundamentales

Contaminación radiactiva. Medida y detección

Un sievert es la cantidad de cualquier radiación que produce el mismo efecto biológico que el producido por la absorción de un julio de rayos X o rayos gamma por kilogramo de materia orgánica.

© McGraw Hill

Física nuclear. Partículas y fuerzas fundamentales

Aplicaciones de los isótopos radiactivos

​

Localización y tratamiento de tumores.

​

Mejora de semillas.

​

Esterilización de especies nocivas.

​

Radiografías industriales.

​

Fechado radiactivo, para datar restos orgánicos o sedimentos.

​

Medida de espesores de materiales: láminas de papel o metálicas, plásticos, etc.

​

© McGraw Hill

Física nuclear. Partículas y fuerzas fundamentales

Partículas fundamentales. Modelo estándar (I)

Materia: formada por p⁺, n⁰ y e^-.

​

Los p⁺ y n⁰ están formados por cuarks.

​

Fuerza: cada fuerza tiene su partícula mediadora:

​

• Electromagnética: fotón.
• Nuclear débil: bosones W y Z.
• Nuclear fuerte: gluones.
• Gravedad: ¿gravitones?

​

© McGraw Hill

Física nuclear. Partículas y fuerzas fundamentales

Partículas fundamentales. Modelo estándar (II)

© McGraw Hill

Física nuclear. Partículas y fuerzas fundamentales

Partículas fundamentales. Modelo estándar (III)

© McGraw Hill

Física nuclear. Partículas y fuerzas fundamentales

La unificación de las interacciones fundamentales

Las cuatro fuerzas de interacción fundamentales, nuclear fuerte, electromagnética, nuclear débil y gravitatoria, creemos que son manifestaciones de una interacción única que rige el comportamiento de toda la materia del Universo.

Falta por unificar la gravedad. Einstein murió sin conseguirlo y sigue abierta la pregunta.

© McGraw Hill

Física nuclear. Partículas y fuerzas fundamentales