Fundamentos de Física Nuclear: Radiactividad, Fisión y Fusión Atómica

Física Nuclear: Conceptos Fundamentales

Tipos de Radiación

Los rayos alfa (α) fueron identificados por Rutherford como átomos de helio con dos cargas eléctricas netas positivas, es decir, núcleos de helio.

Los rayos beta (β) fueron identificados por Becquerel como rayos catódicos y se concluyó que eran electrones. Su masa es unas 8000 veces menor que la de los rayos alfa (α).

Los rayos gamma (γ) fueron identificados como radiación electromagnética, muy parecida a los rayos X pero de mayor energía.

Leyes del Desplazamiento Radiactivo

Cuando un núcleo X emite una partícula alfa (α), se convierte en otro núcleo Y cuyo número de masa es cuatro unidades menor y su número atómico, dos unidades menor.

Cuando un núcleo emite una partícula beta (β), se convierte en otro núcleo Y cuyo número de masa es el mismo y cuyo número atómico es una unidad mayor.

Cuando un núcleo X emite radiación gamma (γ), altera su contenido energético pero no cambia el número de nucleones; por lo tanto, no cambia el elemento.

Ley de Desintegración Radiactiva

La ley de desintegración radiactiva establece que el número de núcleos de una muestra disminuye de forma exponencial con el tiempo.

Propiedades de las Fuerzas Nucleares

• Son de atracción y unas 100 veces más intensas que las electromagnéticas.
• Tienen muy corto alcance y son prácticamente nulas a distancias mayores de 10^-15 m. Para distancias muy pequeñas, son de repulsión.
• Son saturadas, es decir, cada nucleón está ligado solamente a un número determinado de otros nucleones, y no a todos los existentes en el núcleo.

Clasificación de Nucleones

Los nucleones se clasifican en: Fermiones, que son las partículas que forman la materia, y Bosones, que son las partículas que transmiten las fuerzas.

La Energía de Enlace Nuclear

Se denomina energía de enlace por nucleón al cociente entre la energía de enlace total y el número de nucleones. Representa la energía necesaria para extraer un nucleón del núcleo que lo contiene y es una medida de la estabilidad de un núcleo: los más estables son aquellos que tienen mayor energía de enlace por nucleón.

Fisión Nuclear

La fisión nuclear es la escisión de núcleos, generalmente los pesados, en dos o más núcleos ligeros denominados fragmentos de fisión. La fisión nuclear puede interpretarse mediante el modelo de la gota líquida: una gota, al vibrar, adopta sucesivamente formas esféricas y elipsoidales debido, por una parte, a la fuerza de recuperación de la tensión superficial, que hace que la gota vuelva a su forma esférica y, por otra parte, a la inercia, que produce el paso a la siguiente forma elipsoidal. Si el grado de deformación es suficiente, la tensión superficial no es capaz de detener la deformación, y la gota se escinde.

Fusión Nuclear

La unión de núcleos pequeños para formar uno mayor se denomina fusión nuclear. Es posible comunicar a los núcleos pequeños una energía cinética suficiente para vencer las repulsiones eléctricas y acercarlos a distancias en las que entren en juego las fuerzas nucleares.