Reacciones nucleares provocadas

En 1919, Rutherford, estudiando el efecto de los rayos a sobre los gases, observó que al irradiar nitrógeno obtenía un isotopo del oxígeno y un protón. El experimento podía visualizarse en la cámara de niebla que, en 1911, había ideado el meteorólogo escocés Charles Thomson Wilson (1869-1959). A Rutherford le cupo el honor de ser el primer hombre que realizara la transmutación de un elemento en otro.

No obstante, esta reacción únicamente tiene interés científico, ya que muy pocas partículas interaccionan con núcleos de nitrógeno. La reacción se expresa:

Los superíndices indican el número másico y los subíndices, el número atómico. Se puede observar que la suma de los superíndices y la de los subíndices es la misma, respectivamente, en cada miembro. En 1932, Chadwick, colaborador de Rutherford, descubrió el neutrón al bombardear tomos de berilio con partículas α:

Aceleradores de partículas

Si se utilizan partículas cargadas modo de proyectiles para bombardear el núcleo de los átomos, interesa que posean gran velocidad para que, al ser más energéticas, tengan mayor probabilidad de penetrar en un núcleo. Esto se consigue sometiendo las partículas elevadas diferencias de potencial, lo que Las acelera considerablemente.

Se conocen dos tipos de aceleradores de partículas: los que aplican voltajes muy elevados en tubos de vacío de gran longitud y los que, con voltajes más moderados, imprimen a las partículas sucesivos incrementos de energía hasta alcanzar la requerida. Entre los de secundo tipo destaca el Ciclotrón, ideado 1930 por el físico norteamericano Ernest Orlando Lawrence (1901-1958). En este aparato se aceleran protones mediante un campo eléctrico y otro magnético. Las partículas positivas siguen una trayectoria en espiral que permite conseguir una elevada energía cinética a la salida. Actualmente se dispone de diversos tipos de aceleradores de partículas, de mayor potencial: betatrones, sincrotrones, cosmotrones, sincrosfasotrones (los más modernos), etc.

Radiactividad artificial

En 1934, los químicos Frédéric Joliot-Curie (1900-1958) y su esposa Irene Joliot-Curie (1897-1956), hija mayor de Pierre y Marie Curie, demostraron que al bombardear con partículas a una lámina de aluminio se producía fósforo radiactivo

El fósforo radiactivo se descompone espontáneamente emitiendo un positrón, que es una partícula con la misma masa y carga que el electrón, pero de signo opuesto:

Se cree que un protón se transforma en un neutrón, que queda retenido en el núcleo, y en un positrón, el cual se desprende

en forma de radiación, es decir:

Prácticamente, hoy se conocen isotopos radiactivos artificiales de todos los elementos.

Energía nuclear

Si calculamos la masa de un núcleo sumando la de los protones y neutrones que lo constituyen, obtenemos un valor más elevado que el que se halla experimentalmente. La diferencia entre estos resultados se llama defecto de masa del núcleo. A este defecto de masa le corresponde una cantidad de energía que viene dada por la ecuación de Einstein, E = m c2. Esta energía, que es la que se desprendió al formarse el núcleo, se llama energía de enlace nuclear. El núcleo de un elemento será tanto más estable cuanto mayor sea su energía de enlace o, lo que es equivalente, su defecto de masa, ya que para separar entre sí los nucleones sería necesario aportar una energía igual a aquella que se liberó en su formación. La energía de unión de un núcleo dividida por el número de nucleones que lo forman se llama energía de unión por nucleón.

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