LA RADIACTIVIDAD FENÓMENOS QUÍMICOS.
Ruperto Abarca.
ELEMENTOS- ISÓTOPOS.
En la tabla periódica encontramos los distintos núcleos que podemos encontrarnos en la naturaleza, son los elementos. Cada elemento queda definido por el número de protones que hay en el núcleo. Pero el número de neutrones no es fijo para cada elemento, lo que da lugar a los isótopos, la mayoría de los cuales son inestables y se transforman mediante desintegraciones radiactivas.
Tabla Periódica
s e n o t o r P
Tabla de Isótopos
Neutrones
CARACTERÍSTICAS DE LOS ISOTOPOS Y RADIACIONES
Las 4 Interacciones De La Naturaleza. Todos los procesos que ocurren en la naturaleza pueden ser descritos mediante las cuatro interacciones que tienen lugar en la naturaleza. Los físicos actualmente están tratando de encontrar una teoría que sea capaz de unificarlas.
GRAVITACIONAL
NUCLEAR DÉBIL ?
¿
MasaGravitón
Intensidad : 10–38 Alcance : Infitnito ELECTROMAGNÉTICA Fotón ElectrónElectrón Intensidad : 10 –2 Alcance : Infinito
Bosón Z NeutrinoElectrón Intensidad : 10–13 - 10–13 Alcance : 2 · 10 –18 m NUCLEAR FUERTE Gluón Gluó n Quark Quark Intensidad : 1 Alcance : 1.5 · 10 –15 m
Tipos De Radiactividad, La radiactividad consiste en la emisión de partículas y radiaciones de parte de los átomos de algunos elementos. Son radiactivos aquellos elementos que tienen un número muy elevado de protones y neutrones. se transforman,, por emisión de transforman partículas alfa (núcleos de Helio), beta (electrones), gamma (fotones), en otros elementos nuevos, que pueden ser o no, a su vez, radiactivos.
N Ó I C A R A G F E L T A N I S E D N S Ó I O C A N R E G M E T A N I T S E E B D N Ó I S C Á A R M G E A T T N I E S B E D N Ó I C A A R M G E M T A N I G S E D
Partícula Alfa
A, Z
A-4, Z-2 Antineutrino Partícula Beta menos (electrón)
A, Z
A, Z+1 Neutrino Partícula Beta más (positrón)
A, Z
A, Z-1 Rayo Gamma (Fotón)
A, Z
A, Z
¿QUÉ ES LA RADIACTIVIDAD? La radioactividad es un fenómeno natural o artificial, por el cual algunas sustancias o elementos químicos llamadas radiactivos, son capaces de emitir radiaciones, las cuales tienen la propiedad de impresionar placas fotográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, etc. Las radiaciones emitidas por las sustancias radiactivas son principalmente partículas alfa, partículas beta y rayos gamma.
RADIACTIVIDAD Unidades de Medida:
La actividad mide la velocidad de desintegración. La unidad internacional es el Becquerel (Bq) = 1 desintegración /s- El Curio (Ci) = 3,7 x 10 1º Bq. La Dosis equivalente mide el impacto radiológico en los seres vivos: la unidad internacional es el Sievert (Sv)
CAUSAS DE LA RADIACTIVIDAD. Los núcleos a partir de un cierto tamaño (número de protones y neutrones) comienzan a ser inestables porque las fuerzas de repulsión eléctricas son muy intensas
Para intentar estabilizarse: Producen emisiones de partículas – estas emisiones es lo que llamamos radiactividad
HISTORIA DE LA RADIACTIVIDAD. En 1896 Becquerel descubrió que ciertas sales de uranio emitían radiaciones espontáneamente, al observar que velaban las placas fotográficas envueltas en papel negro. Hizo ensayos con el mineral en caliente, en frío, pulverizado, disuelto en ácidos y la intensidad de la misteriosa radiación era siempre la misma. Por tanto, esta nueva propiedad de la materia, que recibió el nombre de radiactividad, no dependía de la forma física o química en la que se encontraban los átomos del cuerpo radiactivo, sino que era una propiedad que radicaba en el interior mismo del átomo.
La radiactividad fue descubierta en 1896 por el físico Henri Becquerel al observar que las sales de uranio podían ennegrecer una placa fotográfica, aunque estuvieran separadas de la misma por una lámina de papel negro o vidrio. vidrio.
Historia de la radiactividad
HISTORIA DE LA RADIACTIVIDAD. El estudio del nuevo fenómeno y su desarrollo posterior se debe casi exclusivamente a los esposos Curie, quienes encontraron otras sustancias radiactivas como el torio, polonio y radio. La intensidad de la radiación emitida era proporcional a la cantidad de uranio presente, por lo que dedujo Marie Curie que la radiactividad era una propiedad atómica.
En 1898, los químicos Marie Curie y Pierre Curie dedujeron que la radiactividad es un fenómeno asociado a los átomos e independiente de su estado físico o químico.
El matrimonio Curie llevó a cabo una serie de tratamientos químicos que condujeron al descubrimiento de dos nuevos elementos radiactivos.
Hoy en día se conocen más de 40 elementos radiactivos naturales, naturales, que corresponden a los elementos más pesados. Por arriba del número atómico 83. El fenómeno de la radiactividad se origina exclusivamente en el núcleo de los l os átomos radiactivos. Y la causa que lo origina se cree que es debida a la interacción neutrón-protón del mismo.
TIPOS DE RADIACTIVIDAD.
ISOTOPOS RADIACTIVOS NATURALES
PERIODO DE SEMIDESINTE SEMIDESINTEGRACIÓN GRACIÓN Periodo de semidesintegración semidesintegración (vida media):
Tiempo necesario para que la mitad de los átomos radiactivos de una muestra se desintegren. Es característico de cada radioisótopo e independiente de la actividad en un momento dado.
Vidas Medias.
LEY DE DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA: La actividad de una sustancia radiactiva disminuye exponencia lmente con el tiempo. N 0 − Número de núcleos iniciales T ≡ Periodo de semidesint egración N 0 − La mitad de ellos 2 T ≡ Tiempo que transcurr e hasta que se han reducido a la mitad
La ley de desintegra ción radiactiva (1) : N = N
0
⋅2
−T t
donde t es el tiempo transcur rido
Expresión más común para la Ley de desintegración radiactiva : Partiendo de la anterior : t
N = N 0 ⋅ 2
−
T
N Ln N 0
tomamos logaritmo Neperiano a ambos lados
t = - T Ln2 N Ln = −λ ⋅ t N 0
Ln2 T
= λ ≡ Constante radiactiva
Ley de Desintegración Radiactiva(2) : N = N
−λ ⋅t e ⋅ 0
donde t es el tiempo transcurr ido
Ponerla en función del tiempo de vida medio τ ≡
Ley de Desintegración Radiactiva : N = N
−λ ⋅t ⋅ e 0
Tiempo de vida medio τ ≡
=
1 λ
T =
Ln 2
Ley de Desintegración Radiactiva(3) : N = N
⋅e 0
− t
τ
donde t es el tiempo transcurr ido
LEYES
Las leyes de desintegración radiactiva, descritas por Soddy y Fajans, son:
Cuando un átomo radiactivo emite una partícula alfa , la masa del átomo resultante disminuye en 4 unidades y el número atómico en 2.
Cuando un átomo radiactivo emite una partícula beta, la masa del átomo resultante no varía y su número atómico aumenta en una unidad.
Cuando un núcleo exitado emite una radiación γ no varía ni su masa ni su número atómico, solo pierde una cantidad de energía hv.
DEDUCCIÓN DE LAS LEYES. Las dos primeras leyes nos indican que cuando un átomo emite una radiación alfa o beta se transforma en otro átomo de un elemento diferente. Este nuevo elemento puede ser radiactivo, transformándose en otro, y así sucesivamente, dando lugar a las llamadas series radiactivas. radiactivas.
CADENA (SERIES) DE DESINTEGRACIÓN DESINTEGRACIÓN.. Se llama cadena de desintegración al conjunto de los radioisótopos que se generan durante el proceso mediante el cual un isótopo radiactivo decae en otro isótopo (llamado hijo), y este a su vez decae o se desintegra en otro isótopo y así sucesivamente hasta alcanzar un isótopo estable.
Cadena de Desintegración del U-238 >>
Serie del Torio La desintegración del Th-232 se le conoce comúnmente como la familia radiactiva del Torio. En la tabla siguiente, la letra 'a' representa un año trópico (365.25 días).
Serie del Radio A la cadena radiactiva del U-238 se la conoce comúnmente como la familia radioactiva del radio.
Serie del Actinio.
Serie del neptunio
RADIACTIVIDAD. Actividad absoluta: Actividad absoluta: Actividad real de una muestra. Unidades: Bq (SI): 1 dps; Ci (1 Ci = 3,7 x 1010 Bq = act. 1 gr radio-226)
Actividad relativa: Actividad relativa: Actividad que detectamos. Es una medida relativa, al depender de la eficiencia del detector.
Actividad específica: Proporción de átomos radiactivos en una muestra. Expresada en Bq/g, μCi/g, Ci/ml, etc
CLASIFICACIÓN DE ISÓTOPOS SEGÚN SU COMPOSICIÓN DE SU NÚCLEO A LO LARGO DEL TIEMPO:
* Estables: Estables: No se producen variaciones en su núcleo. Elementos de bajo número Z (<30) con n/p= n/p=11 o ele eleme mento ntoss de 32 32
* Inestables o RADIOISÓTOPOS: RADIOISÓTOPOS: Tienen un núcleo inestable con tendencia a transformarse en un isótopo estable o en otro menos inestable mediante la pérdida de p y/o n Tienen Z>82 o relación n/p ≠1-1,5.
MASA CRÍTICA.
La masa crítica es la mínima cantidad de material requerida para que el material experimente una reacción nuclear en cadena. La masa crítica de un elemento fisionable depende de su densidad y de su forma física (barra larga, larga , cubo, esfera, etc.). Puesto que los neutrones de la fisión se emiten en direcciones al azar, para maximizar las ocasiones de una reacción en cadena, los neutrones deberán viajar tan lejos como sea posible y de esa forma maximizar las posibilidades de que cada neutrón choque con otro núcleo. Así, una esfera es la mejor forma y la peor es probablemente una hoja aplanada, puesto que la mayoría de los neutrones volarían de la superficie de la hoja y no chocarían con otros núcleos.
RADIACIONES IONIZANTES.. Son radiaciones electromagnéticas o flujos de partículas que tienen la energía suficiente como para romper las uniones moleculares, formando iones. Están constituidas por los rayos X, rayos gamma, las partículas alfa, beta y los neutrones
FENÓMENO DE IONIZACIÓN
FOTON Rx
ION +
ION e
RADIOSENSIBILIDAD
Relación directa con la cantidad de ADN en la célula
La célula célula menos radios radiosens ensibl iblee es la que se reprodu reproduce ce menos (sistema nervioso).
La célula más radiosensible es la que se reproduce más (células reproductoras, tejido neoplásico maligno, sangre).
Trazadores o rastreadores
A los radionúclidos que se agregan a un sistema reaccionante para seguir el curso de la reacción química se les llama trazadores o rastreadores. El nucleído que se usa como rastreador debe tener una vida media suficientemente larga para dar una actividad apreciable durante el experimento.
RADIACTIVIDAD RADIACTIVIDA D NATURAL.
RADIACTIVIDAD NATURAL.
Se denomina radioactividad natural a aquella radioactividad que existe en la naturaleza sin que haya existido intervención humana. Su descubridor fue Henri Becquerel en 1896. Puede provenir de dos fuentes:
Materiales radiactivos existentes en la tierra desde su formación, los llamados primigenios. Materiales radiactivos generados por la interacción de los rayos cósmicos con los materiales de la Tierra que originalmente no eran radioactivos, los llamados cosmogénicos.
RADIACIÓN ALFA. Son núcleos de Helio
4 2 He
Se comprobó que la relación carga/masa se vio que era la misma que la de los iones de He2+ (sin electrones) Bajo poder de penetración Baja velocidad de emisión 16000 Km/s Mecanismo :
A
X
Z
→
−4 X Z − 2 A
+
4 2 He
La radiación alfa (ð) está formada por núcleos del isótopo 4 de helio, es decir está constituida por una radiación corpuscular, en la que cada corpúsculo está formado por dos protones y dos neutrones. Ello significa que tiene una masa atómica de 4 unidades y una carga eléctrica de 2 unidades positivas. Estos protones y neutrones formaban antes parte del núcleo que se ha desintegrado.
RADIACIÓN BETA. Son Electrones que se producen por desintegración desintegración de un neutrón con carga negativa. Mayor poder de penetración. Mayor Velocidad de Emisión 260.000hm/s
Mecanismo
:
A
X Z
→
A
X Z +1
0
+−1 e
La radiación beta está constituida por electrones, lo que significa que es también de naturaleza corpuscular, en la que cada corpúsculo tiene una masa atómica de 1/1800 aproximadamente, y una carga de 1 unidad negativa. Posteriormente, se descubrió la radiación beta positiva, semejante a la beta pero con carga positiva. Está formada por positrones procedentes de transformación de un protón en un neutrón.
RADIACIÓN GAMMA. Es una Radiación Electromagnética Máximo poder de penetración. pen etración.
M eca n ism o
:
A
X Z
→
A Z
X
+ γ
La radiación gamma (γ) es de naturaleza electromagnética, semejante a la luz ordinaria, pero con mucho menor longitud de onda. Es, por lo tanto, de naturaleza ondulatoria, carente de masa en reposo y de carga. Esta radiación tampoco existía antes en el núcleo, sino que es energía que se emite como consecuencia de un reajuste energético de núcleo. No es corpuscular como las 2 anteriores, sino de naturaleza electromagnética. Al no tener carga, los campos eléctricos y magnéticos no la afectan. Es la más penetrante, y muy peligrosa.
CARACTERÍSTICAS DE LAS RADIACIONES.
RADIACIONES IONIZANTES Y PROPIEDADES Composición
Poder De Penetración
RADIACIÓN.
La radiación natural a la que está expuesta la población proviene de la desintegración de isótopos radiactivos en la corteza terrestre, de la radiación cósmica y de los isótopos radiactivos que forman parte de los seres vivos, también llamada radiación interna
Rayos Cósmicos. Los Rayos Cósmicos vienen del espacio con gran energía y dan lugar en la atmósfera a una cascada de partículas de los más variado. Pueden llegar a atravesar la tierra de lado a lado sin detenerse
Radiactividad en la Corteza Terrestre. Los elementos radiactivos naturales se encuentran distribuidos en forma bastante uniforme en las rocas y suelos de la corteza terrestre, la cual está constituida principalmente por basalto y granito
Principales Radio-nucleídos.
Radioactividad Interna. La radiación interna proviene de las sustancias radiactivas presentes en los alimentos, en el agua y en el aire, las cuales, al ser ingeridas o inhaladas, se absorben en los tejidos vivos. Los principales isótopos radiactivos que contiene el cuerpo humano son el potasio-40, el carbono14 y el tritio
Radiactividad Natural en Alimentos.
Radiación Interna Radiactividad Natural del Cuerpo Humano. ►►►►
Núcleo
Masa total del Actividad total Consumo diario núcleo dentro del del núcleo dentro de núcleos. cuerpo. del cuerpo
URANIO
90 µg
30 pCi(1.1 Bq)
1,9 µg
TORIO
30 µg
3 pCi (0.11 Bq)
3 µg
POTASIO 40
17 mg
120 nCi (4.4 kBq)
0,39 mg
RADIO
31 pg
30 pCi (1.1 Bq)
2,3 pg
CARBONO 14 95 µg
0,4 µCi (15 kBq)
1, 8 µ g
TRITIO
0,06 pg
0,6 nCi (23 Bq)
0,003 pg
POLONIO
0,2 pg
1 nCi (37 Bq)
~0,6 µg
El Radón. El radón que emana continuamente de la superficie terrestre. El radón es un gas y por tanto es respirado por los seres vivos. Cuando este elemento queda atrapado en algún recinto su concentración puede aumentar considerablemente y causar daño en los seres vivos
Cemento Hormigón Calizo Hormigón Arenisca Dry wallboard Derivados del Yeso Yeso Natural
Uranio pp mBq/g m (pCi/g) 4. 63 (1.7) 7 0. 6 ( 0 . 2) 45 3. 46 (1.2) 4 2. 31 (0.8) 3 0. 11 (0.3) 8 1. 14 (0.4) 0 13. 186 (5.0) 7 1.1 15 (0.4)
Madera Ladrillo de Arcilla
8. 2
Material
Radiación En las Construcciones La gran mayoría de los materiales que el hombre utiliza en la construcción de casas habitación proceden de elementos que existen en la corteza terrestre, los cuales serán radiactivos en mayor o menor grado, dependiendo de su naturaleza y procedencia
Granito Arenisca
111 (3)
pp m 2
Torio mBq/g (pCi/g) 8 (0.22)
1 .7
7 (0.19)
5. 1
21 (0.57)
2.1
8.5 (0.23)
2.1
8.5 (0.23)
3 16. 1 1. 8 10 .8
12 (0.32) 66 (1.78) 7.4 (0.2) 44 (1.2)
Potasio pp mBq/g m (pCi/g) 4. 1184 (32) 0 1 .4 414 (11.2) 0. 237 (6.4) 8 0. 89 (2.4) 3 1.3 385 (10.4) 0. 89 (2.4) 3 0. 5.9 (0.2) 02 0. 148 (4) 5 11. 3330 (90) 3 2. 666 (18) 3
Radiación en la Medicina. El uso de la radiación en el diagnóstico y el tratamiento de enfermedades se ha convertido en una herramienta básica en medicina. Con ella se ha podido realizar exploraciones del cerebro y los huesos, tratar el cáncer y usar elementos radiactivos para dar seguimiento a hormonas y otros compuestos químicos de los organismos.
Diagnóstico Radiológico (Rayos X)
Medicina Nuclear
Radioterapia
RADIACIÓN ARTIFICIAL.
¿QUÉ ES LA RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL? la radiactividad artificial es la descomposición de los átomos por colisión con otras partículas atómicas. Para producir esta energía artificial es preciso bombardear intencionadamente el núcleo de un átomo de un determinado material.
DESCUBRIMIENTO Fue descubierta por los esposos Curie, bombardeando núcleos de boro y aluminio con partículas ð. Observaron que las sustancias bombardeadas emitían radiaciones después de retirar el cuerpo radiactivo emisor de las partículas ð de bombardeo.
El estudio de la radiactividad permitió un mayor conocimiento de la estructura del núcleo atómico y de las partículas subatómicas. Se abre la posibilidad de convertir unos elementos en otros. Incluso el sueño de los alquimistas a lquimistas de transformar otros elementos en oro se hace realidad, aunque no resulte rentable.
DESCUBRIMIENTO DE LA R. ARTIFICIAL.
Los químicos Irene y Frédéric Curie Joliot produjeron la primera sustancia radiactiva bombardeando aluminio con partículas alfa.
Desde entonces se han descubierto muchísimas reacciones nucleares, y se han bombardeado los núcleos de todos los elementos de la tabla periódica con distintas partículas.
RADIACIÓN ARTIFICIAL
La radiación artificial es la radiactividad que presentan algunos isótopos estables al ser bombardeados con distintas partículas. Actualmente, después de muchas investigaciones, se conocen más de 400 elementos radiactivos artificiales. El estudio de las reacciones nucleares y la búsqueda de nuevos isótopos radiactivos artificiales, llevó al descubrimiento de la fisión nuclear.
Transmutación. La transmutación es un término relacionado con la alquimia, física y química que consiste en la conversión de un elemento químico en otro. Es posible Artificialmente. Pero resulta muy caro y consume demasiada energía. En la Naturaleza ocurre este proceso, se producen fenómenos de radiación (alpha y beta) y de fisión nuclear en donde los elementos van transmutándose en elementos de peso atómico inferior hasta que su núcleo se vuelve estable (normalmente en plomo).
Transmutación
El fenómeno contrario, la transmutación en elementos de mayor peso atómico, se da también a altas temperaturas como las que se registran en el sol, denominándose a dicho proceso fusión nuclear.
FISIÓN NUCLEAR Fisión es una reacción nuclear, lo que significa que tiene lugar en el núcleo del átomo. La fisión ocurre cuando un núcleo pesado se divide en dos o más núcleos pequeños, además de algunos subproductos. Estos incluyen neutrones libres, fotones (generalmente rayos gamma) y otros fragmentos del núcleo como partículas alfa (núcleos de helio) y beta (electrones y positrones de alta energía).
Proceso de Fisión.
Neutrón lanzado contra un núcleo núcleo (Uranio(Uranio235) El núcleo absorbe el neutrón . Se excita .Se deforma.Se fragmenta en dos núcleos Emite nuevos neutrones al fragmentarse(reacción en cadena) Esta reacción es la que es difícil de controlar(centrales) En este proceso se libera gran cantidad de energía por núcleo fisionado Se debe a que la masa del núcleo original (Uranio) es mayor que la suma de las masas de los núcleos formados. Este defecto de masa Energía E=mc2 •
•
•
•
•
•
FISIÓN NUCLEAR: La fisión se puede inducir por varios métodos, incluyendo el bombardeo del núcleo de un átomo fisionable con otra partícula de la energía correcta; la otra partícula es generalmente un neutrón libre. Este neutrón libre es absorbido por el núcleo, haciéndolo inestable. El núcleo inestable entonces se partirá en dos o más pedazos: los productos de la fisión que incluyen dos núcleos más pequeños, hasta siete neutrones libres (con una media de dos y medio por reacción), y algunos fotones.
Fisión nuclear
Las reacciones de fisión son muy exoenergéticas, y su primera utilización histórica se produjo en la bomba atómica que cayó sobre Hiroshima (Japón) al final de la Segunda Guerra Mundial.
La primera reacción de fisión autosostenida se logró en 1942 en la Universidad de Chicago, merced a los trabajos del equipo de este centro que dirigía el físico de origen italiano Enrico Fermi (1901-1954).
Uso actualidad. En la actualidad la Fisión nuclear se usa fara fines: Civiles (centrales nucleares) De transporte (propulsión nuclear) Militares (armamento atómico).
FUSIÓN NUCLEAR: Es el proceso por el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen para formar un núcleo más pesado. Se acompaña de la liberación o absorción de energía, que permite a la materia entrar en un estado plasmático.
FUSIÓN NUCLEAR Núcleos pequeños se unen para formar otros mayores 2 Núcleos de Hidrógeno se unen para formar núcleos de Helio( partículas alfa). En este proceso se libera gran cantidad de energía por núcleo formado Se debe a que la masa de los reactivos es mayor que la masa de los productos. Este defecto de masa Energía E=mc2
Ventajas de la Fusión. La fusión nuclear es un recurso energético potencial a gran escala, que puede ser muy útil para cubrir el esperado aumento de demanda de energía a nivel mundial, en el próximo siglo. Cuenta con c on grandes ventajas respecto a otros tipos tipos de recursos: Los combustibles primarios son baratos, abundantes, no radioactivos y repartidos geográficamente de manera uniforme (el agua de los lagos y los océanos contiene hidrógeno pesado suficiente para millones de años, al ritmo actual de consumo de energía).
DETECCION DE LA RADIACIÓN.
La cámara de niebla es un dispositivo que nos permite detectar partículas elementales y otras radiaciones ionizantes como partículas alfa, beta y electrones resultantes de la ionización producida por rayos gamma. El funcionamiento consiste en la condensación de alcohol en torno a iones formados por el paso de dichas partículas.
Detección de La Radiactividad.
El efecto fotoeléctrico consiste el la absorción puntual de toda la energía de un fotón. Este fotón cede toda su energía a un electrón cuyo recorrido antes ser parado por el medio es mucho menor, dando lugar a la liberación de otros electrones. Todo esto provoca la generación de gran cantidad de iones en torno al punto inicial de absorción, pudiéndose observar en la cámara de niebla cúmulos de condensación como los que se observan en la foto.
Fotoelectrón Fotón
EL Efecto Fotoeléctrico.
PARTÍCULA ALFA – NÚCLEO DE HELIO
A, Z Partícula Alfa
A-4, Z-2
Trayectorias gruesas y rectilíneas
PARTÍCULA BETA- ELECTRÓN O POSITRÓN A, Z Antineutrino
Partícula β A, Z+1
Trayectorias fina y erráticas
DOBLE ALFA EN CASCADA.
DOBLE ALFA EN CASCADA.
Bombas Nucleares.
Bomba H
La bomba de hidrógeno (bomba H), bomba térmica de fusión o bomba termonuclear se basa en la obtención de la energía desprendida al fusionarse dos núcleos atómicos, en lugar de la fisión de los mismos.
La energía se desprende al fusionarse los núcleos de deuterio (2H) y de tritio (3H), dos isótopos del hidrógeno, para dar un núcleo de helio. La reacción en cadena se propaga por los neutrones de alta energía desprendidos en la reacción.
Para iniciar este tipo de reacción en cadena es necesario un gran aporte de energía, por lo que todas las bombas de fusión contienen un elemento llamado iniciador o primario, que no es sino una bomba de fisión. A los elementos que componen la parte fusionable (deuterio, tritio, etc) se les conoce como secundarios.
Historia. La primera bomba de este tipo se hizo estallar en Eniwetok (atolón de las Islas Marshall) el 1 de noviembre de 1952 con marcados marcados efectos en el ecosistema de la región. La temperatura alcanzada en la «zona cero» (lugar de la explosión) fue de más de 15 millones de grados, tan caliente como el núcleo del Sol, por unos cuantos segundos. Literalmente vaporizó dicha isla.
Bomba de neutrones >>Bomba N
La bomba La bomba de neutrones, neutrones, también llamada bomba llamada bomba N, N, bomba de radiación directa incrementada o bomba de radiación forzada es un arma nuclear derivada de la bomba H que los Estados Unidos comenzaron a desplegar a finales de los años 70. En las bombas H normalmente el 50% de la energía liberada se obtiene por fisión nuclear y el otro 50% por fusión. En la bomba de neutrones se consigue hacer bajar el porcentaje de energía obtenida por fisión a menos del 50%, e incluso se ha llegado a hacerlo a cerca del 5%. De las radiaciones que se producen en el instante de la explosión, la que aquí nos atañe es la de neutrones. Una gran cantidad de estas partículas son emitidas con niveles energéticos muy altos, y por tanto, con gran capacidad de penetración. Recordemos que, concretamente en las reacciones de fusión, se producían neutrones rápidos, los más energéticos. Estos se utilizaban para fisionar el material fisible de un eventual tamper de material fisible (U-235 o U-238).
Historia La invención de la bomba de neutrones se atribuye a Samuel Cohen que la desarrolló en 1958. Su ensayo se autorizó y llevó a cabo en 1963 en Nevada. Su desarrollo fue aplazado por el presidente Jimmy Carter en 1978 tras protestas en contra de su administración por planes de desplegar ojivas a Europa. El presidente Ronald Reagan reinició la producción en 1981. Varias naciones tienen las capacidades de construir ojivas de neutrones, que son en realidad bombas capaces de ser transportadas en misiles, sin embargo no se conoce con certeza si las han construido.
Aceleradores de partículas La mayoría de los procesos nucleares de investigación se realizan en aceleradores de partículas. Estos dispositivos elevan la energía cinética y la velocidad de las partículas atómicas y subatómicas de manera que facilitan el estudio de la estructura de los núcleos atómicos, sus interacciones y sus propiedades. Básicamente, existen dos categorías de aceleradores de partículas: lineales, también llamados linacs, y cíclicos, como los ciclotrones y los sincrotrones.
LA ENERGÍA NUCLEAR.
HISTORIA
Ya los antiguos griegos indicaban la existencia de una partículas fundamentales, que actuaban como elementos constituyentes de la materia, prediciendo la existencia de unos átomos de diminuto tamaño, y enumerando una pequeña cantidad de diferentes tipos. La palabra átomo (en griego "lo que no se puede partir") fue inventada por un hombre llamado Demócrito, que vivió en tiempos de Sócrates e Hipócrates (incluso fue amigo íntimo de éste último) en el 430 a.C. Para Demócrito, los átomos eran aquellas últimas partículas a las que no podemos reducir más en otras más pequeñas. Demócrito explicaba su teoría con el ejemplo de una manzana: "Cuando cortamos una manzana, el cuchillo tiene que pasar a través del espacio vacío que hay entre los átomos. Si no existiera ese espacio vacío, el cuchillo no podría penetrar en la manzana, al toparse con los átomos que no pueden partirse". Las conclusiones conclusiones de Demócrito eran correctas en lo fundamental. Hasta finales del siglo XIX no se descubrieron más datos sobre estos elementos hasta llegar a nuestros días.
¿QUÉ ES LA ENERGÍA NUCLEAR? La
energía nuclear es aquella que se libera como resultado de una reacción nuclear. Se puede obtener por: Fisión Nuclear (división de núcleos atómicos pesados) Fusión Nuclear (unión de núcleos atómicos muy livianos). En las reacciones nucleares se libera una gran cantidad de energía debido a que parte de la masa de las partículas involucradas en el proceso, se transforma directamente di rectamente en energía. Con relación a la liberación de energía, una reacción nuclear es un millar de veces más energética que una reacción química.
CICLO DEL URANIO.
¿CÓMO SE PRODUCE?
La reacción nuclear tiene lugar en el reactor, en el están las agrupaciones de varillas de varillas de combustible intercaladas con unas decenas de barras de barras de control que están hechas de un material que absorbe los neutrones. Introduciendo estas barras de control más o menos se controla el ritmo de la fisión nuclear ajustándolo a las necesidades de generación de electricidad.
En las centrales nucleares hay un circuito primario de agua en el que esta se calienta por la fisión del uranio. Este circuito forma un sistema cerrado en el que el agua circula bajo presión, para que permanezca líquida a pesar de que la temperatura que alcanza es de unos 293ºC.
Con el agua del circuito primario se calienta otro circuito de agua, llamado secundario. El agua de este circuito secundario se transforma en vapor a presión que es conducido a una turbina. El giro de la turbina mueve a un generador que es el que produce la corriente eléctrica.
Finalmente, el agua es enfriada en torres de enfriamiento, o por otros procedimientos.
PROCESAMIENTO DEL U.
¿CÓMO SE PRODUCE?
CENTRAL NUCLEAR
¿QUÉ ES UN REACTOR NUCLEAR? Un reactor nuclear es un dispositivo en donde se produce una reacción nuclear controlada. Se puede utilizar para la obtención de energía en las denominadas centrales nucleares, la producción de materiales fisionables, como el plutonio, para ser usados en armamento nuclear, la propulsión de buques o de satélites artificiales o la investigación. Una central nuclear puede tener varios reactores. Actualmente solo producen energía de forma comercial los reactores nucleares de fisión, aunque existen reactores nucleares de fusión experimentales.
PARTES DE UN REACTOR Núcleo 1. Barras de control 2. Generador de vapor 3. Presionador 4. 5. Vasija Turbina 6. 7. Alternador 8. Bomba Condensador 9. 10. Agua de refrigeración 11. Contención de hormigón
¿CON QUÉ FUNCIONA UN REACTOR? El
Combustible:
Material fisionable utilizado en cantidades específicas y dispuesto en forma tal, que permite extraer con rapidez y facilidad la energía generada. El combustible en un reactor se encuentra en forma sólida, siendo el más utilizado el Uranio bajo su forma isotópica de U-235. Sin embargo, hay elementos igualmente fisionables, como por ejemplo el Plutonio que es un subproducto de la fisión del Uranio. En la naturaleza existe poca cantidad de Uranio fisionable, es alrededor del 0,7%, por lo que en la mayoría de los reactores se emplea combustible “enriquecido”, es decir, d ecir, combustible donde se aumenta la cantidad de Uranio 235.
¿CON QUÉ FUNCIONA UN REACTOR? Barras
de Combustible:
Son el lugar físico donde se confina el Combustible Nuclear. Algunas Barras de Combustible contienen el Uranio mezclado en Aluminio bajo la forma de láminas planas separadas por una cierta distancia que permite la circulación de fluido para disipar el calor generado. Las láminas se ubican en una especie de d e caja que les sirve de soporte.
¿CON QUÉ FUNCIONA UN REACTOR? Núcleo
del Reactor:
Está constituido por las Barras de Combustible. El núcleo posee una forma geométrica que le es característica, característica, refrigerado por un fluido, generalmente agua. En algunos reactores el núcleo se ubica en el interior de una piscina con agua, a unos 10 a 12 metros de profundidad, o bien al interior de una vasija de presión construida en acero.
¿CON QUÉ FUNCIONA UN REACTOR? Barras
de Control:
Todo reactor posee un sistema que permite iniciar o detener las fisiones nucleares en cadena. Este sistema lo constituyen las Barras de Control, capaces de capturar los neutrones que se encuentran en el medio circundante. La captura neutrónica evita que se produzcan nuevas fisiones de núcleos atómicos del Uranio. Generalmente, las Barras de Control se fabrican de Cadmio o Boro.
¿CON QUÉ FUNCIONA UN REACTOR? Blindaje:
En un reactor se produce gran cantidad de todo tipo de radiaciones, las cuales se distribuyen en todas direcciones. Para evitar que los operarios del reactor y el medio externo sean sometidos indebidamente a tales radiaciones, se utiliza un adecuado “Blindaje Biológico” que rodea al reactor. Los materiales más usados en la construcción de blindajes para un reactor son el agua, el plomo y el hormigón de alta densidad, con a los menos 1,5 metros de espesor.
¿CON QUÉ FUNCIONA UN REACTOR? Refrigerante:
El calor generado por las fisiones se debe extraer del núcleo del reactor. Para lograr este proceso se utilizan fluidos fluido s en los cuales se sumerge el núcleo. El fluido no debe ser corrosivo, debe poseer gran poder de absorción calorífico y tener pocas impurezas. Se puede utilizar de refrigerante el agua ligera, el agua pesada, el anhídrido carbónico, c arbónico, etc..
TIPOS DE REACTORES NUCLEARES Existen dos tipos de reactores: - Los Reactores de Investigación. Utilizan los neutrones generados en la fisión para producir radioisótopos o bien para realizar diversos estudios en materiales. - Los Reactores de Potencia. Estos reactores utilizan el calor generado en la fisión fi sión para producir energía eléctrica, desalinización de agua de mar, calefacción, o bien para sistemas de propulsión. Existen otros criterios para clasificar diversos tipos de reactores: - Según la velocidad de los neutrones que emergen de las reacciones de fisión. Se habla de reactores rápidos o bien reactores térmicos.
TIPOS DE REACTORES NUCLEARES -
Según el combustible utilizado. Hay reactores de uranio
natural ( la proporción de uranio utilizado en el combustible es muy cercana a la que posee en la naturaleza), de uranio enriquecido (se aumenta la proporción de uranio en el combustible).
- Según el moderador utilizado. Se puede utilizar como moderador el agua ligera, el agua pesada o el grafito.
-
Según el refrigerante utilizado. Se utiliza como
refrigerante el agua (ligera o pesada), un gas (anhídrido carbónico, aire), vapor de agua, sales u otros líquidos. Estos materiales pueden actuar en cierto tipo de reactores como refrigerante y moderador a la vez.
USOS DE LA RADIAVTIVIDAD.
Utilizaciones de la radiactividad
La
utilización de la radiactividad en la medicina, concretamente en el diagnóstico y el tratamiento de enfermedades, supone un gran número de beneficios. Con ella se ha podido realizar exploraciones del cerebro y los huesos, tratar el cáncer y usar elementos radiactivos para dar seguimiento a hormonas y otros compuestos químicos de d e los organismos.
Otros
usos de la radiactividad son:
El desarrollo de nuevas variedades de cultivos de alto rendimiento, adaptadas y resistentes a enfermedades.
La esterilización de alimentos
La elaboración de nuevos materiales
Radioterapia y Quimioterapia Durante
muchos años se ha empleado el radio en tratamientos del
cáncer. Hoy
se usan el CO 60 y el Cs 137 en la radioterapia.
El cobalto 60 emite partículas beta y rayos gamma. Se enfoca la radiación hacia la zona donde se localiza el tumor. Muchos pacientes sufren malestares ocasionados por la radiación después de este tipo de tratamiento.
CONSECUENCIAS DE LA RADIACTIVIDAD.
RESIDUOS RADIACTIVOS. CONCEPTO:
Sustancia carente de valor que contenga radionucleidos en cantidades superiores a los limites legales establecidos.
DESECHOS RADIACTIVOS
Los desechos radiactivos son un gran problema a los que se enfrenta la humanidad. Tras muchos años de investigación, hoy se puede afirmar que existen soluciones tecnológicas para manejar de forma segura estos desechos. Los residuos radiactivos se pueden clasificar de diversas maneras según sus características, como, su estado físico (líquido, gas), el tipo de radiación que emite (alfa, beta o gamma) y su actividad específica (baja, media o alta). Es normal verlos clasificados en residuos de baja, media y alta actividad. Baja y media: son los residuos procedentes de actividades mineras, ciclos de combustión, irradiaciones, etc. Los residuos son: guantes, ropa, herramientas, siempre que hayan estado en contacto con la radiactividad. Alta: es el combustible gastado de las centrales nucleares procedentes de las bombas y misiles atómicos. atómicos. Su peor sustancia puede ser el plutonio-239, que puede crear una gran toxicidad con un solo gramo, causando cáncer a un millón de personas.
RESIDUOS RADIACTIVOS.
Origen:
Extracción y procesado de minerales de Uranio. Fabricación de Combustibles Nucleares. Combustible nuclear quemado. Desmantelamiento de instalaciones: Centrales , Plantas. Otras Fuentes: Medicina Industria, Investigación Etc.
RESIDUOS RADIACTIVOS. Peligrosidad:
Emisión de radiaciones Ionizantes >> Daños en los seres vivos. A Corto y Medio plazo: Cáncer, Quemaduras y Mutaciones Mutaciones genéticas. A Largo Plazo: Transmisión de mutaciones Genéticas a los descendientes.
EFECTOS BIOLÓGICOS. 1. Las radiaciones pueden interactuar en cualquier parte de la
célula. 2. Los efectos producidos por las radiaciones no se distinguen de otros producidos por otros agentes externos ( químicos etc.). 3. Los efectos no se manifiestan inmediatamente pueden pasar días, meses o años. 4. Existe una relación directa del efecto biológico con respecto a las dosis recibidas.
Efectos Biológicos Directos A nivel celular, las células pueden: •Inhibición de la
reproducción celular. •Reparación de la
HO H
lesión acertada o fallida.
N O T F O
2O
ep+
EFECTOI NDIRECTO
N O T O F
ep+
•Muerte celular.
1 nm
EFECTODIRECTO 2nm
Daño en las hélices del ADN
Daños Biológicos Indirectos
H + OH
H2O
OH+OH = Peróxido de Hidrógeno 80% de agua
CONSECUENCIAS • • Efectos Efectosen enlalapierna pierna (13:00 (13:00h,h,21/02/99 21/02/99) )
• • Efectos en la pierna Efectos en la pierna (70 (70días díasdespués despuésdel delaccidente; accidente; 3/mayo/99 )
• • Lesión Lesión1616días días después despuésdel del accidente accidente (8/marzo/99) (8/marzo/99)
CONSECUENCIAS
• • Amputación Amputaciónde delalapierna pierna
• • Infección Infecciónsevera severa
