RADIACTIVIDAD Y ENERGÍA NUCLEAR

En 1896, Henri Becquerel descubrió casualmente que la pechblenda (una sal de uranio) emitía espontáneamente unas radiaciones que impresionaban las placas fotográficas. Estudió su poder de penetración y su comportamiento al cruzar campos eléctricos y magnéticos y dedujo la existencia de radiaciones de tres tipos, a las que llamó α, β y γ. Estas mismas radiaciones eran emitidas por otros compuestos del uranio y, con mayor intensidad, por el uranio puro. Los esposos Curie comprobaron que el polonio y el radio, que recientemente habían aislado, eran mucho más radiactivos.

La radiación α (la de menor poder de penetración) resultó estar formada por partículas cuya masa era la del helio y cuya carga era positiva y doble que la del electrón. La radiación β consistía en electrones, mientras la más penetrante, γ, era una radiación electromagnética sin carga ni masa.

Reacciones nucleares naturales

Cuando un núcleo atómico emita una partícula α, su número atómico disminuye en dos unidades; y su número másico, en cuatro.

La emisión de una partícula β hace aumentar en 1 el número atómico sin variar el número de masa. ¿Cómo puede un núcleo (positivo) emitir un electrón? En 1934, Fermi interpretó que el neutrón es una partícula inestable y, al cabo de un cierto tiempo de ser aislado, se transforma en un protón, un electrón y un antineutrino. Si el proceso tiene lugar en el núcleo, el electrón puede ser emitido si cuenta con la energía suficiente. El protón que aparece hace que Z crezca en una unidad.

La emisión de radiación γ se produce cuando un núcleo excitado vuelve a su estado fundamental.

Cuando un núcleo radiactivo emite una radiación puede dar a lugar a un nuevo núcleo que sea, a su vez, inestable, con lo que el proceso sigue, con emisión de nuevas partículas, hasta conseguir un núcleo estable, completando así una serie radiactiva.

 

oklo oxido de uranio amarillo

 

Constantes radiactivas

Para medir la mayor o menos radiactividad de una sustancia se han definido diversas magnitudes:

  • Constante radiactiva (γ): probabilidad, por unidad de tiempo, de que un núcleo se desintegre.
  • Periodo de semidesintegración (T): tiempo que tarda un determinado número de núcleos en reducirse a la mitad.
  • Vida media (T): la media de la vida de todos los núcleos.
  • Actividad radiactiva (A): de una muestra es el número de desintegraciones que se produce en ella por segundo. Se mide en curie (1 Cu = 3,7 x 1010 desintegraciones por segundo).

Defecto de la masa y energía de enlace

Al considerar las masas reales de las partículas, y no el número másico, se comprueba que en las reacciones nucleares no se conserva la masa. Sin embargo, la transformación relativista E = m • c2, en donde m es el aumento o disminución de masa en una determinada reacción, y c es la velocidad de la luz, nos permite afirmar que se conserva el conjunto masa-energía, tal como comprobaremos si medimos todas las manifestaciones energéticas que acompañan al proceso.

La desaparición de una pequeña cantidad de masa se traduce en una emisión energética, y viceversa. Así la masa de un núcleo es siempre inferior a la suma de las masas de los nucleones que lo integran. El defecto de masa se ha transformado en la energía de enlace que los mantiene unidos y que será la energía que deberemos comunicar al núcleo si queremos separar sus partículas constituyentes.

Esta energía corresponde a la existencia de una fuerza nuclear entra las partículas del núcleo (interacción fuerte) que, para distancias pequeñas, tiene una intensidad mucho mayor que la repulsión electrostática.

Reacciones nucleares provocadas

Desde 1919 se utilizan las partículas conocidas para bombardear núcleos de átomos estables y estudiar los resultados. La mayoría de los avances en física subatómica se ha debido a la utilización de proyectiles cada vez más energéticos, lo que ha permitido la detección de un enorme conjunto de nuevas partículas. Así mismo se han construido elementos no conocidos, como los de número atómico mayor que d del uranio (Z = 92).

 

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Reacciones en cadena

En el proceso radiactivo correspondiente a la ruptura (fisión) en dos partes aproximadamente iguales de los núcleos de algunos átomos pesados (como el uranio 235) se produce además de una gran cantidad de energía, la emisión de dos o tres neutrones, que pueden incidir sobre otros núcleos vecinos, romperlos a su vez y originar una reacción en cadena que, una vez iniciada, se mantiene por sí misma. El inicio de la reacción es espontáneo con sólo unir una determinada cantidad (masa crítica) de material fisionable. La rapidez de las reacciones y la enorme cantidad de energía desprendida son características de las explosiones nucleares.

Si se procede a frenar los neutrones y a absorber gran parte de ellos, la liberación de energía será graduable y podrá ser utilizada (reactor nuclear).

 

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Otras reacciones en cadena consisten en la fusión de los núcleos de ciertos átomos para dar núcleos más pesados. Son las reacciones habituales en las estrellas y los responsables de su emisión de energía. La construcción de reactores nucleares de fusión es uno de los retos de la tecnología energética de finales del siglo XX.

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