Erradioaktibitatea eta Fisio Nuklearra

Erradioaktibitatea: Oinarrizko Kontzeptuak

Erradioaktibitatea substantzia erradioaktiboek intentsitate handiko erradiazioak igortzeko duten propietatea da. Erradiazio horiek gorputz opakuak zeharkatzeko, airea ionizatzeko, plaka fotografikoak inpresionatzeko eta zenbait substantziaren fluoreszentzia kitzikatzeko gai dira.

Erradiazio Motak

Substantzia erradioaktiboek igorritako erradiazioak alfa (α), beta (β) eta gamma (γ) erradiazio modura sailkatu ziren, beren sarkortasunaren arabera, txikienetik handienera. Erradiazio horiek nukleo atomikoan sortzen dira.

Desintegrazio Erradiaktiboa

Nukleo atomiko batek α, β edo γ erradiazioa igortzean, nukleoaren egoera aldatu egiten da edo beste mota bateko nukleo bihurtzen da. Kasu horretan, desintegrazioa gertatu dela esaten da.

Desintegrazio erradiaktiboa ausazko prozesua da, eta lege estatistikoen arabera dago arauturik. Igorpen erradioaktiboaren legeak t aldiunean oraindik desintegratu gabe dauden nukleoen kopurua, N, adierazten du:

N = N₀e^−λt

Non N₀ hasierako aldiunean desintegratu gabe dauden nukleoen kopurua den, eta λ konstante erradioaktiboa den, isotopo erradioaktibo bakoitzaren ezaugarria dena.

Grafikoan ikus dezakegunez, desintegratu gabeko nukleoen kopurua era esponentzialean txikiagotzen da denbora pasatu ahala.

Aktibitatea eta Unitateak

Substantzia batek denbora-unitatean buruturiko igorpen erradioaktiboen kopuruari aktibitatea (A) edo desintegrazio-abiadura deritzo. SI sistemako unitatea becquerel (Bq) izenekoa da, segundoko desintegrazio bat izateari dagokiona. Aurreko ekuazioetatik hauxe ondoriozta dezakegu:

A = |dN/dt| = λN

Eta, beraz:

A = A₀e^−λt

Non A₀ = λN₀ hasierako aldiuneko aktibitatea den.

Erdibizitza eta Batez Besteko Bizitza

• Semidesintegrazio-periodoa edo erdibizitza (T), hasierako nukleoen (N₀) erdiak desintegratu arte pasatu behar den denbora da:

  T = ln2 / λ

• Isotopo erradioaktibo baten batez besteko bizitza, , zoriz aukeratutako nukleo bat desintegratzeko pasatzen den batez besteko denbora da: .

Soddy eta Fajans-en Legeak

Igorpen erradioaktiboak sortzen dituzten erreakzio nuklearrak:

1. partikulen igorpena. Helio-nukleoa –bi protoiz eta bi neutroiz eratuta dagoena– nukleo (Soddy-ren legea).
2. partikulen igorpena. Nukleo gurasoaren neutroi bat desintegratuz, elektroi bat, protoi bat eta antineutrino bat sortzen dira: . Zenbaki masikoa ez da aldatzen, eta zenbaki atomikoa unitate bat handiago bihurtzen da. (Fajans-en legea).

Fisio Nuklearra

Fisio nuklearra erreakzio nuklear bat da, zeinean nukleo astun bat neutroiz bonbardatuz, nukleo hori zatitu eta bi nukleo arin sortzen diren. Prozesu horretan zenbait neutroi eta energia kantitate handia askatzen dira. Fisiorako nukleo egokienak pisu atomiko handikoak dira. Gehien erabiltzen direnak uranio-235 eta plutonio-239 isotopoak dira.

Uranio-235 isotopoaren nukleoa fisionatzean erreakzio hau ematen da: [Ekuazioa falta da testuan, baina ez da jatorrizkoan agertzen].

Energetikoki hitz eginez, fisioan sorturiko produktuak baino ezegonkorragoa den arren, uranio-235 motako nukleoa ez da berez fisionatzen. Nahitaezkoa du aktibazio-energia bat bereganatzea, nukleoak neutroia irenstean lortzen duena, hain zuzen.

Kate-erreakzio Nuklearrak

Nukleo baten fisioan askaturiko neutroiek beste nukleo batzuen fisioan parte har dezakete, horrela kate-erreakzio nuklear bat sortuz. Fisiozko kate-erreakzio nuklearrak bi era desberdinetan gerta daitezke:

• Kontrolatua: Fisioan askaturiko neutroien kopurua handiegia denean, gehiegizko neutroiak xurgatzeko materiala sartzen da, horrela erreakzioa leherketa bihurtzea ekidinez. Zentral nuklearretan eta urpekoen eta koheteen sorgailu laguntzaileetan gertatzen dira fisio-erreakzio kontrolatuak.
• Ez-kontrolatua: Kasu honetan ez da elementu kontrolatzailerik erabiltzen gehiegizko neutroiak xurgatzeko, eta erreakzioa leherketa modura burutzen da. Bonba atomikoetan era honetako erreakzio kontrol-gabeak eragiten dira.

Fisio nuklearra etekin energetiko handiko erreakzioa da (kilogramo bat uraniorekin 2000 tona petroliorekin lor daitekeen energia bera lor daiteke). Hala ere, fisioak kutsadura erradioaktiboa sor dezake, eta oso zaila da hondakinak azkar eta segurtasunez suntsitzea.

Masa-galera eta Einstein-en Ekuazioa

Nukleo baten lotura-energia bere nukleoi isolatuak nukleoa eratzeko biltzean askaturiko energia da. Nukleoa nukleoi isolatuen multzoa baino egonkorragoa da (hots, energia-maila baxuagokoa), zeren eraketan energia askatzen baita.

E energia-aldakuntza erlazionaturik dago m masa-aldakuntzarekin. Honela, nukleoiek beren masaren parte bat galtzen dute nukleoa eratzean. Esperimentalki egiaztatu daitekeenez, protoiz eta neutroiz eratutako nukleoaren masa beti da protoi eta neutroi askeen masen batura baino txikiagoa. Bien arteko diferentzia, zeinari masa-defektua deritzon, era honetan adieraz daiteke:

Δm = (Zm_p + (A-Z)m_n) - M_N

Non:

• m_p = protoiaren masa
• m_n = neutroiaren masa
• M_N = nukleoaren masa

Masa-defektuari elkarturiko energia, ΔE, lotura-energia da, Einstein-en ekuazioaren arabera:

ΔE = Δm · c²

Nukleoi bakoitzeko lotura-energia lotura-energiaren eta zenbaki masikoaren arteko zatidura da: ΔE/A. Zatidura hori zenbat eta handiagoa izan, nukleoa hainbat eta egonkorragoa da.