Temario gratis › Física - 2.º Bachillerato

Radiactividad, fisión y fusión nuclear

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Física nuclear: radiactividad y energía nuclear

Estructura del núcleo

El núcleo atómico está formado por protones (Z) y neutrones (N). El número másico es A = Z + N. Se denota AZX.

Defecto de masa y energía de enlace

La masa del núcleo es menor que la suma de las masas de sus nucleones. Esta diferencia es el defecto de masa:

Δm = Z*mp + N*mn - mnúcleo

La energía de enlace es la energía equivalente al defecto de masa (equivalencia masa-energía de Einstein):

E = Δm * c2

La energía de enlace por nucleón (E/A) mide la estabilidad del núcleo. Es máxima en torno al hierro-56 (núcleos de masa intermedia).

Recuerda
1 u (unidad de masa atómica) = 1.6605*10-27 kg = 931.5 MeV/c2. Esta equivalencia es muy útil en cálculos nucleares.

Radiactividad

Es la desintegración espontánea de núcleos inestables. Tipos:

Desintegración alfa (α)

AZX → A-4Z-2Y + 42He

Desintegración beta menos (β-)

AZX → AZ+1Y + e- + antineutrino

Un neutrón se convierte en protón: n → p + e- + antineutrino

Desintegración beta más (β+)

AZX → AZ-1Y + e+ + neutrino

Emisión gamma (γ)

El núcleo pasa de un estado excitado a uno de menor energía emitiendo un fotón γ (no cambia ni A ni Z).

Ley de desintegración radiactiva

N(t) = N0 * e-λt

Donde λ es la constante de desintegración. Periodo de semidesintegración: T1/2 = ln(2)/λ = 0.693/λ

Actividad: A(t) = λ*N(t) = A0*e-λt (unidades: Bq = desintegraciones/s)

Fisión y fusión nuclear

Fisión: un núcleo pesado se divide en dos núcleos más ligeros al absorber un neutrón. Ejemplo: 235U + n → 141Ba + 92Kr + 3n + energía.

Fusión: dos núcleos ligeros se unen para formar uno más pesado. Ejemplo: 2H + 3H → 4He + n + energía.

Recuerda
Tanto en la fisión como en la fusión, la masa de los productos es menor que la de los reactivos. La diferencia de masa se convierte en energía según E = Δm*c2.
Ejemplo resuelto
Calcular la energía liberada en la fusión 2H + 3H → 4He + n.
Masas: m(2H) = 2.0141 u, m(3H) = 3.0161 u, m(4He) = 4.0026 u, m(n) = 1.0087 u.

Δm = (2.0141 + 3.0161) - (4.0026 + 1.0087) = 5.0302 - 5.0113 = 0.0189 u
E = 0.0189 * 931.5 = 17.6 MeV
Ejercicio tipo EVAU
Problema 1 (EVAU): El 60Co tiene un periodo de semidesintegración de 5.27 años.
a) Calcula la constante de desintegración.
b) Si inicialmente hay 10 g, ¿qué masa queda tras 15 años?
c) Calcula la actividad inicial si la masa molar del 60Co es 60 g/mol.

Problema 2 (EVAU): Calcula la energía de enlace por nucleón del 56Fe. Datos: m(56Fe) = 55.9349 u, mp = 1.00728 u, mn = 1.00866 u. Z = 26, N = 30.
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