Radiactividad

Las reacciones provocadas por el hombre permitieron descubrir la radiactividad artificial y tener fuentes

de neutrones, con las que bombardear núcleos. Se obtuvieron núcleos más pesados que el uranio y se descubrió

la fisión nuclear. En su camino hacia la comprensión de la naturaleza se ha pasado de las partículas fundamentales,

neutrón, protón, etc. a las elementales, quarks, leptones, y el modelo estandard para explicar las relaciones

entre ellas. Todo esto ha dado paso a lo que se ha dado en llamar la «gran ciencia» con grandes proyectos como los

aceleradores de partículas como el CERN, etc. Pero también se han cometido grandes tropelías utilizando estos

conocimientos: no debemos olvidar nunca que se han utilizado las bombas atómicas con su enorme capacidad de

destrucción, y que se está generando el problema de los residuos nucleares que afectará a las generaciones futuras.

IDEAS PRINCIPALES

Reacciones nucleares

Radiactividad artificial

Fisión nuclear

Reacción en cadena

Masa crítica

Reactor nuclear

Residuos radiactivos

Fusión nuclear

Nucleosíntesis

Partículas elementales

Interacciones fundamentales

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REACCIONES

NUCLEARES

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El conocimiento de la estructura de la materia ha tenido durante el siglo XX un

desarrollo impresionante, profundizando en la teoría atómica hasta alcanzar el nivel

de los núcleos atómicos. Al conocimiento científico se ha unido casi de inmediato la

aplicación técnica, para usos militares, industriales o en medicina, lo que ha llevado a

la ciencia a ocupar un papel protagonista en las sociedades desarrolladas. Sin embargo,

no todo son aspectos positivos y el desarrollo ha venido acompañado de negros

nubarrones: bombas atómicas, residuos radiactivos, etc., que exigen un gran debate y

toma de postura por parte de todos los ciudadanos sobre estos temas.

Sirvan las palabras que siguen, pronunciadas por Joliot* en 1950, como recuerdo

de la responsabilidad de los científicos:

... La admirable serie de descubrimientos científicos iniciados a principios del

siglo XX por Henri Becquerel, Pierre y Marie Curie da como resultado que la especie

humana ve cernirse sobre ella la amenaza de destrucción por la bomba de hidrógeno.

Esto constituye una advertencia grave para todos y especialmente para los científicos...

... Los científicos no deben permitir que una mala organización social deje que

los resultados de sus trabajos se utilicen para fines egoístas o nocivos. Los científicos y

los técnicos no forman parte de una pequeña elite desligada de las contingencias prácticas.

Deben, como ciudadanos de la gran comunidad de los trabajadores, militar con

éstos para asegurar una plena utilización de la ciencia con vistas a la paz y el bienestar

de los hombres.

1 REACCIONES NUCLEARES

Son aquellas en las que participan los núcleos de los átomos. Los fenómenos

radiactivos estudiados en la unidad anterior, así como las reacciones que ocurren en

las estrellas, pueden ser considerados ejemplos de reacciones nucleares naturales.

Otras reacciones nucleares son provocadas por el hombre. La primera reacción

nuclear la llevó a cabo Rutherford, en 1919, en sus investigaciones sobre cómo estaba

constituido el núcleo. Utilizó como proyectil las partículas alfa que emitía una fuente

radiactiva de polonio, que bombardeaba nitrógeno. Como resultado observó que se

producía oxígeno y protones.

La reacción llevada a cabo por Rutherford se puede escribir:

+  +  14 4 17 1 14 17

7 2 8 1 7 8 N He O H o N( ,) O

En las reacciones nucleares, como en cualquier tipo de interacción, se cumplen

los principios de conservación de la masa, de la energía total, del momento lineal, del

momento angular y de la carga eléctrica, pero además es necesario tener en cuenta la

conservación del número de nucleones. Por lo tanto, las ecuaciones que representan

las reacciones nucleares deben ajustarse teniendo en cuenta la conservación del número

de nucleones y de la carga eléctrica.

Las reacciones nucleares deben acompañarse del correspondiente balance de

masa y energía.

El bombardeo de un núcleo y la posterior emisión de una partícula, se interpreta

suponiendo que se produce la absorción de la partícula-proyectil para producir un

núcleo inestable que se descompone, en un intervalo de tiempo muy corto, en una

serie de productos que pueden ser estables o inestables. Los proyectiles más utilizados

tienen poca masa y pueden tener carga eléctrica, como las partículas alfa o los protones,

o ser neutros, como los neutrones. Los neutrones, al no tener carga, tienen un gran

* Frédéric Joliot (1900-1958) científico

francés obtuvo el premio

Nobel de física por el descubrimiento

de la radiactividad artificial.

El premio Nobel lo obtuvo

conjuntamente con Irène Curie,

hija de Marie y Pierre Curie, con

la que se casó en 1926.

Irène y Frédéric Joliot Curie

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poder de penetración, ya que no han de vencer fuerzas eléctricas repulsivas, pero son

muy difíciles de acelerar, precisamente por no tener carga.

Las reacciones nucleares no tienen nada que ver con las reacciones químicas.

En las reacciones químicas, las interacciones se producen entre los electrones de los

niveles más externos, los átomos no cambian, lo que cambian son las uniones que hay

entre los átomos. En las reacciones nucleares, la parte que interviene es el núcleo y

como resultado, los átomos se transmutan unos en otros, de tal forma que un átomo de

nitrógeno puede convertirse en un átomo de oxígeno, o un átomo de platino en un

átomo de oro.

A.1.- a) Completa las siguientes reacciones nucleares:





27 24 27 27 238 ?

13 12 13 14 92 ?

10 13 58 ? 59 60

5 7 28 ? 27 28

1) Al (p, ) Mg 2) Al (p, ) Si 3) U ( ,T) X

4) B ( , ) N 5) Ni (p,n) X 6) Co (n, ) Ni

b) Calcula la energía mínima que tiene que tener un fotón para que se lleve a cabo

la reacción fotonuclear Mg-24 (γ,n) Mg-23.

16,5 MeV

Descubrimiento del neutrón

El modelo de Rutherford de 1911 consideraba que el núcleo estaba compuesto

de electrones y protones. En 1920 ya tenía Rutherford la idea de que debería existir

una partícula «neutra», formada por un doblete electrón-protón.

...