Muy penetrante que era capaz de ionizar el gas y provocar fluorescencia en él. Puesto que desconocía el origen de esta radiación, le dio el nombre de rayos X




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títuloMuy penetrante que era capaz de ionizar el gas y provocar fluorescencia en él. Puesto que desconocía el origen de esta radiación, le dio el nombre de rayos X
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El problema de los residuos nucleares es que nunca pueden ser eliminados. Actualmente se depositan en formaciones geológicas estables (arcilla, arena, sal, ...) enterradas a mucha profundidad como antiguas minas de sal abandonadas.

EJERCICIOS


  1. Sabiendo que el oxígeno 16 tiene una masa atómica de 15.9949 u, halla:

    1. su defecto de masa.

    2. la energía de enlace.

    3. la energía de enlace por nucleón.

Datos: mp = 1.0073 u; mn = 1.0087 u; 1 u = 931 MeV

  1. Uno de los núcleos más estables corresponde al manganeso (A = 55; Z = 25), cuya masa atómica es 54.938 u. Calcula la energía de ligadura por nucleón.

Datos: mp = 1.0073 u; mn = 1.0087 u; 1 u = 931 MeV

  1. Determina la energía de enlace y la energía de enlace por nucleón del átomo de C 12, sabiendo que dispone de 6 protones.

Datos: mp = 1.0073 u; mn = 1.0087 u; me = 0.0006 u; c = 3 · 108 m/s; NA = 6.022 · 10 23

  1. Calcula el defecto de masa, la energía de enlace y la energía de enlace por nucleón para el núcleo de He-3.

Datos: mp = 1.0073 u; mn = 1.0087 u; mHe-3 = 3.01603 u; 1 u = 931 MeV

  1. Un electrón y un positrón chocan con una energía cinética despreciable y se aniquilan generando dos fotones de igual energía. Calcula:

    1. la energía total de los dos fotones.

    2. su frecuencia.

Datos: me =9.1 · 10 – 31 kg; h = 6.63 · 10 – 34 Js

  1. Razona por qué el tritio () es más estable que el .

Datos: mHe-3 = 3.01602 u; mTr = 3.01605 u; mp = 1.6726 · 10 - 27 kg; mn = 1.6749 · 10 – 27 kg; 1 u = 1.66 · 10 – 27 kg

  1. Calcula la energía liberada en la reacción nuclear:



Datos: mLi-7 = 7.0182 u; mHe-4 = 4.0038 u; mp = 1.0073 u; 1 u = 931 MeV; qe = 1.6 · 10 – 19 C

  1. La masa atómica del bario 138 es 137.9050 u, y su número atómico es Z = 56. Calcula:

    1. el defecto de masa.

    2. la energía de enlace.

    3. la energía de enlace por nucleón.

Datos: mp = 1.0073 u; mn = 1.0087 u; 1 u = 931 MeV
EJERCICIOS DE TEORÍA


  1. ¿En qué consiste el fenómeno de la radiactividad? ¿Qué tipo de radiaciones pueden emitir las sustancias radiactivas?

  2. Describes los distintos tipos de fuerzas nucleares. Explica cómo actúan y compárala con la fuerza em.

  3. Explica en qué consiste la fisión nuclear y pon un ejemplo. ¿Cómo se obtiene energía mediante fisión en las centrales nucleares?

  4. Explica en qué consiste la fusión nuclear y pon un ejemplo. ¿Por qué aún no se utiliza la fusión nuclear en cadena controlada como fuente de energía?

CUESTIONES TEÓRICAS DE LAS PRUEBAS PAU (desde 2003)


  1. Explica en qué consiste la fisión y la fusión nuclear. ¿Qué isótopos se utilizan para realizar cada una de ellas? (junio de 2006).

  2. Explica por qué la masa de un núcleo atómico es menor que la suma de las masas de las partículas que lo constituyen (junio de 2006).

  3. Define número atómico, número másico y energía de enlace. Explica por qué la masa de un núcleo atómico es un poco menor que la suma de las masas de las partículas que lo constituyen (junio de 2005).


PROBLEMAS DE PRUEBAS PAU


  1. Sabiendo que el oxígeno 16 tiene 8 protones en su núcleo y su masa atómica es 15.9949 u, calcula (Asturias, junio de 2006):

    1. su defecto de masa.

    2. la energía de enlace en julios.

    3. la energía de enlace por nucleón también en julios.

Datos: mp = 1.0073 u; mn = 1.0087 u; 1 u = 1.6606 · 10 – 27 kg; c = 3 · 108 m/s

  1. Imagina una central nuclear en la que se produce energía a partir dela siguiente reacción nuclear de fusión (Andalucía, junio de 2003):



    1. Determina la energía que se produciría por cada kilogramo de helio que se fusionase.

    2. Razona en cuál de los dos núcleos anteriores es mayor la energía de enlace por nucleón.

Datos: mHe = 4.0026 u; mO = 15.9950 u; mp = 1.0073 u; mn = 1.0087 u; 1 u = 1.6606 · 10 – 27 kg; c = 3 · 108 m/s

Cuestiones


  1. ¿Qué ventajas presenta la fusión nuclear frente a la fisión? Indica al menos tres de ellas.




  1. Describe, define o enuncia de forma concisa y clara, los siguientes fenómenos físicos: radiactividad natural, radiactividad artificial, fisión y fusión.




  1. Di si es cierto o es falso: “ Cuando un núcleo radiactivo emite una partícula , su masa no varía.”




  1. Reacciones de fusión nuclear. ¿De dónde procede la energía que se desprende? Ventajas y dificultades para obtener energía procedente de la fusión.




  1. ¿Qué es la actividad (o velocidad de desintegración) de una muestra radiactiva?




  1. Si se fusionan dos átomos de hidrógeno, ¿se libera energía en la reacción? ¿Y si se fisiona un átomo de Uranio? Razona tu respuesta.




  1. Explica por qué la masa de un núcleo atómico es menor que la suma de las masas de las partículas que lo constituyen.




  1. En los reactores nucleares tiene lugar cierto tipo de reacción nuclear controlada. Para que ésta se produzca satisfactoriamente, el reactor debe poseer, entre sus elementos básicos, un sistema moderador y uno absorbente. Se pregunta:

  1. ¿De qué tipo de reacción se está hablando, y cuándo se dice de la misma que está controlada?

  2. ¿Cuál es la necesidad y el funcionamiento de los sistemas de moderación y de absorción?

Solución cuestiones


  1. a) Las reacciones de fusión son más energéticas que las de fisión.

b) Para la fusión nuclear existe una fuente de materia prima casi inagotable. En el agua de mar hay deuterio suficiente para el abastecimiento durante millones de años.

c) La fusión presenta menos problemas con los residuos radiactivos que la fisión.

  1. Radiación natural: es la transformación espontánea de un núcleo en otro, con la emisión de radiaciones.

Radiación artificial: de la misma manera que el hombre es capaz de sintetizar compuestos químicos que no se encuentran en la naturaleza, también es capaz de obtener núclidos artificiales que no se hallan en ella. Un nuevo núclido puede ser estable o no; si no es estable se trata de un isótopo radiactivo artificial, aunque su carácter radiactivo no es distinto del de los núclidos radiactivos naturales. Para obtener un núclido radiactivo se bombardean núcleos de un determinado núclido con algún tipo de partícula que interaccione con ellos, si los núcleos son modificados se obtiene un nuevo núcleo, que puede corresponder a un isótopo artificial radiactivo. Las partículas que se emplean en estos procesos son las emitidas por radiactividad natural o las que provienen de los aceleradores de partículas. En cualquier caso es más fácil provocar la modificación del núcleo mediante partículas neutras (neutrones) que con partículas cargadas (debido a la interacción electrostática).

Fisión: Rotura de un núcleo pesado en otros más ligeros. Se libera gran cantidad de energía y los nuevos neutrones aparecidos pueden producir, a su vez, nuevas fisiones.

Fusión: Otra posibilidad de obtener energía nuclear mediante la unión de núcleos ligeros, de baja energía de enlace, produciendo un núcleo más pesado, de mayor energía de ligadura por nucleón. Para iniciar el proceso de fusión hay que comunicar a los núcleos una gran energía cinética para vencer la fuerte repulsión electrostática entre núcleos. Dicha energía cinética se obtiene con altas temperaturas, en estas condiciones los átomos está prácticamente ionizados y la materia se encuentra en una mezcla de núcleos positivos y electrones denominada plasma.

  1. Es cierto. Las partículas  son electrones; en el núcleo no hay electrones y para que un núcleo emita uno ha de haber una transformación de un neutrón en un protón y un electrón: n  p + + e

El nuevo núcleo tendrá una unidad más de número atómico, Z, y el mismo número másico, A. Por tanto aparece un núcleo de un elemento diferente, pero prácticamente de la misma masa que el anterior (la masa del protón es el 99.86 % de la masa del neutrón).

  1. Se puede comprobar que la masa de los núcleos es menor que la suma de las masas de los nucleones (protones y neutrones) que forman el núcleo. Esa pérdida de masa viene dada por: m = mnucleones - mnúcleo y se llama defecto másico.

Esa masa perdida no desaparece, sino que se transforma en energía según la ecuación de Einstein: E = m · c2. Esa energía desprendida, que se conoce como energía de enlace, es la que hace que el núcleo sea más estable que los nucleones por separado. Para comparar la estabilidad de unos núcleos con otros, se calcula la energía de enlace por nucleón, que es la energía de enlace desprendida al formarse el núcleo, dividida por el número de nucleones que forman ese núcleo (). Si se representa la energía de enlace por nucleón frente al número másico A se obtiene la gráfica siguiente:

En ella se observa que los elementos más estables, los que han desprendido más energía por cada nucleón, son los de número másico intermedio.

Las reacciones de fusión nuclear consisten en la unión de núcleos pequeños para dar otros más pesados que ellos. La energía desprendida en la fusión es la diferencia entre la energía de enlace de los núcleos que se forman y la energía de enlace de los núcleos iniciales que se funden.

Las ventajas las podemos leer en la cuestión 1, el gran inconveniente son las altas temperaturas que se necesitan.

  1. La actividad de una muestra radiactiva es el número de núcleos que se desintegran por unidad de tiempo: A = dN/dt =  · N, donde  es la constante de desintegración radiactiva, y N, el número de núcleos existentes en cada instante. La relación entre la constante de desintegración, , y el período de semidesintegración, T, es: .

  2. La fusión nuclear es una reacción nuclear en la que dos núcleos ligeros se unen para formar otro más pesado. En el proceso se libera gran cantidad de energía que proviene de la masa sobrante.

La fisión nuclear es una reacción nuclear en la que un núcleo pesado se divide en otros dos más ligeros al ser bombardeado con neutrones. En el proceso se liberan más neutrones y gran cantidad de energía.

  1. La experiencia indica que la masa del núcleo es inferior a la suma de las masas de los protones y neutrones que lo forman. Esta diferencia se denomina defecto de masa y se calcula mediante la expresión: m = Z · mp + (A – Z) · mn – Mn.

El motivo es que al formar un núcleo atómico se tiene una situación más estable que con las partículas por separado. Esta estabilidad se refleja en que para separar un núcleo hay que proporcionarle energía, por tanto el núcleo tiene menos energía que las partículas. La relación entre masa y energía la definió Einstein como E = m · c2. Si un núcleo tiene menos energía tendrá menos masa. Experimentalmente se ha comprobado que la energía de enlace entre nucleones coincide con la pérdida de masa que se produce al formarse un núcleo a partir de protones y neutrones en estado libre.

  1. a) Los reactores nucleares se basan en la fisión del átomo de gran peso en dos átomos más pequeños. Las reacciones nucleares están controladas cuando la velocidad de la reacción se puede modificar, como en el caso de los reactores nucleares. No está controlada cuando hay una reacción en cadena como la de las bombas atómicas.
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