radioactividad unfv

5/26/2018 Radioactividad UNFV

1/104

Proyecto Newton. MEC. Jos Villasuso

RADIACTIVIDAD

Introduccin

El descubrimiento de la radiactividad en 1986 por Henry Becquerel, y el

posterior estudio emprendido por l mismo y por el matrimonio Curie, puso de

manifiesto que los elementos de mayor masa emiten continuamente un tipo de

radiacin.

El estudio de los componentes de esta radiacin, de las leyes de la

desintegracin, de la constitucin del ncleo atmico y de las reaccionesnucleares, constituyen el cuerpo de conocimientos de la Fsica Nuclear.

Descubrimientono buscado?

El descubrimiento de la radiactividad es un ejemplo de cmo debe proceder un

cientfico en la bsqueda de las causas de un fenmeno.

Becquerel es un ejemplo. Ante una placa fotogrfica estropeada de un modo

extrao, aplica su inmensa curiosidad cientfica y trata de averiguar que ocurri.

Al hacerlo realiza el descubrimiento de la radiactividad.

Inicio de la Fsica de Partculas

La utilizacin de las partculas subatmicas como proyectiles lanzados sobre

un ncleo, permite el conocer la constitucin del ncleo de lo tomos.

El estudio de la composicin del ncleo pertenece a una rama de la Fsica

llamada Fsica de Partculas(CERN) . Por cierto en su pgina de entrada pone

"...where the web was born!"


2/104


La comprensin de los fenmenos radiactivos y la Fsica de Partculas

permitieron la confirmacin de la suposicin de Einstein de que la materia es

como una forma de guardarse la energa (E = m c2): la materia es energa.

Materia y energa son convertibles una en la otra y viceversa.

Permite entender el funcionamiento del Sol

El estudio de las reacciones nucleares y su comprensin permitieron entender

cmo funciona el Sol, de que manera quema su combustible e incluso a

predecir su duracin.

Esta comprensin del funcionamiento del Sol es, por lo tanto, bastante reciente.

La Fsica de Partculas permite comprender cmo la energa de un gran

estallido llamado Big Bang se convirti en la masa que nos forma, y cundo y

cmo se fue condensando en tomos simples y en otros ms complejos en el

corazn de las estrellas hasta dar esta diversidad de materia que existe en el

Universo. Recuerda que somos polvo de estrellas.Entre los productos de ese horno solar estn las sustancias radiactivas.

La radiactividad artificial, creada recientemente por el hombre, fue antes una

radiactividad que existi, en la naturaleza (radiactividad natural) y en muchas

partes del Cosmos.

La creacin: un origen simple y puntual

La diversidad de la materia sugiere un origen diverso con una creacin

particular para cada cosa (..se cre el Sol, la Tierra, los animales) y no un

origen simple para todo: un puntual estallido de energa.

Despus del Big Bang todo evoluciona sometido a unas leyes fsicas

inexorables.

Actividad.- Busca el significado de inexorable


3/104


Qu importante es la Radiactividad!. Gracias a ella entendimos los conceptos

anteriores.

Nota: debes cerrar el cuadro emergente que surge al pulsar los botones antes

de lanzar otro.

Actividad: Comprueba, buscando en el diccionario de la Real Academia

Espaola, si se dice Radiactividad o Radioactividad

Pretendemos que al finalizar el estudio del tema seas capaz de:

Conocer el origen de la radiactividad, su composicin y propiedades. Comprender cmo la utilizacin de estas partculas como proyectiles

llev al estudio y a la comprensin del ncleo atmico y al

descubrimiento de otras partculas.

Conocer las leyes que rigen la desintegracin radiactiva.

Entender y ser capaces de escribir los smbolos y las ecuaciones de los

procesos radiactivos.

Comprender y manejar en la resolucin de problemas los conceptos deconstante radiactiva, periodo de semidesintegracin y vida media.

Aprender a realizar clculos de las variaciones energticas asociados a

las reacciones de desintegracin radiactiva.

Entender el concepto de energa de ligadura atmica y su valor por

nuclen.

Entender la energa de fusin y de fisin como dos fenmenos de

cambio energtico que acompaa en la produccin de tomos ms

estables en sus respectivas reacciones.

Objetivos de la unidad


4/104


Aprender a valorar las ventajas y los riesgos de la energa nuclear.

Aprender a buscar en la RED y a diferenciar los enlaces importantes e

institucionales. Consulta con el profesor cuando encuentres

informaciones contradictorias.

Qu es la radiactiv idad?

Es la propiedad que tienen ciertas sustancias de emitir radiaciones.

Becquerel, estudiando la fluorescencia, descubri que algunas sustancias

emiten espontneamente, sin estimulacin previa, y de manera continua,

radiacin.

Como se acababan de descubrir los rayos X, pens que lo que emitan las

sustancias radiactivas era una radiacinsemejante. Hoy sabemos que esa

radiacin incluye rayos gamma y dos tipos de partculas que salen a gran

velocidad: y .

Las radiaciones gamma son ondas electromagnticas (ms energticas que los

rayos X). En realidad, incluso la radiacin luminosa, contienen fotones que se

comportan como partculas.

Las partculas alfa y beta llevan una onda asociada (De Broglie).

http://newton.cnice.mec.es/2bach/cuantica/cuan_debroglie.htm?2&0(Si esto te

qued confuso sigue leyendo el tema y luego puedes ampliar en el enlace

anterior lo que aqu se afirma. Se abrir otro navegador que puedes minimizar

para volver a esta pgina


5/104


Becquerel estudi la posible emisin de rayos X por las sustancias

fosforescentes.

Fluorescencia

La fluorescencia es la luminiscencia producida por determinados minerales

cuando son expuestos a la accin de ciertos rayos (rayos X, ultravioleta,

visibles, catdicos y radiactivos). Estas radiaciones son transformadas por el

mineral en ondas luminosas de longitud de onda mayor que la de los rayos que

inciden en l. A diferencia de los casos de luminosidad fosforescente, en la

fluorescente la emisin luminosa cesa en el instante en que se suprime la luz

excitante. Ejemplo de minerales emisores de luz fluorescente son el palo, la

fluorita y algunas calcitas.

Pulsa en la imagen para ver la pgina de esta fluorita.

Pulsa aqu para ver otros minerales.

Cuando en una pantalla se producen escintillaciones (centelleos, destellos) al

impactar sobre ella rayos X, esa pantalla es de un material fluorescente

Fosforescencia

La fosforescencia es la luminiscencia producida por un mineral durante un

tiempo ms o menos largo, despus de que ha cesado la fuente de radiacin

excitadora.

Ejemplo de minerales fosforescentes son la blenda y determinadas calcitas.

Descubrimiento y deducciones iniciales (un ejemplo de investigacin)


6/104


La posicin de las agujas y los nmeros de los relojes se pueden ver en la

oscuridad porque estn recubiertos de una sustancia fosforescente.

Usaba una sustancia fosforescente (sales de uranio) y una placa fotogrfica.

Envolva la placa en papel grueso y negro para que los rayos solares no la

velaran y colocaba las sales de uranio encima. Los rayos que emita la sal eran

muy energticos, atravesaban el papel y ennegrecan la placa. Se formaba una

imagen en la placa que era la silueta del trozo de sal depositada sobre el papel.

Procedimiento:Colocaba la sal a la luz del Sol para que los rayos solares la

hicieran ms fosforescente y despus depositaba la sal sobre el papel que

recubra la placa.

Afortunado accidente: Un da nublado, sin fuerte luz solar, no realiz

experiencias y guard las placas y la sal en un cajn (febrero 1886). Das

despus revel las placas esperando que la sal fosforescente emitiera algo,

pero poco, y que dejara un tenue rastro en la placa. Descubri, por el contrario,

que la placa estaba muy impresionada. Ms que en sus exposiciones

habituales al sol que siempre estimulaban mucho la fosforescencia de la sal!.

Cmo proceder ante este hecho?

Experimentos de Becquerel:

Una vez conocido el fenmeno y para estudiarlo cuantitativamente defini:

Las variables a medir: Tiempo de exposicin de la placa a la sal, intensidad

de la mancha y masa de la muestra.

Mtodos de manipulacin para variar los factores de uno en uno y observar su

influencia.


7/104


1.- Experiment con diferentes minerales de uranio y obtuvo siempre el mismo

resultado. Tanto si los expona a la luz como si no persista la emisin de rayos.

2.- Interpuso placas de vidrio entre la sal y la placa y comprob que los rayos

pasaban igual.

3.- Cambi de posicin la placa respecto a la muestra de sal y la placa se

ennegreca igual.

4.- Puso las muestras al lado de un electroscopio cargado y observ que

ionizaban el aire y se descargaba rpidamente.

5.- Aument la masa del compuesto de uranio y comprob que la rapidez con

que la placa se ennegreca aumentaba.

6.- Calent la sal, la enfri, la tritur, la disolvi en cidos, y la emisin de

radiacin no vari con ninguno de estos cambios.

Actividad: Qu conclusiones puedes sacar de cada tipo de experiencia y del

proceder de Becquerel?. Escrbelas en tu libreta. Si no se te ocurre nada (sin

hacer trampas) consulta en:

Conclusiones generales de las experiencias de Becquerel

Lo ms curioso de esta radiacin es que:

Es espontnea, no requiere aporte de energa externa para iniciarse

como ocurre en la fosforescencia.

Es continua y persistente.

No podemos modificar su ritmo de emisin, ni con calor, ni con ningn

agente qumico como ocurre en las reacciones qumicas.

Es un fenmeno nuevo: lo que empez siendo un estudio de la

fosforescencia acab en el descubrimiento de la Radiactividad.

Es un fenmeno que depende del nmero de tomos: cuanta ms masa,

ms radiacin.

Es un fenmeno que depende del ncleo de los tomos de uranio y no

de los electrones de las capas externas. Los electrones de la parte

exterior del tomo son los que intervienen en la reacciones qumicas (las

reacciones radiactivas son de otro tipo).


8/104


Separacin de los componentes de la radiacin: campo magntico

Sometemos la radiacin aun campo magntico

establecido entre los polos

de un electroimn.

La ley de Lorentz establece

el valor y el sentido de la

fuerza sobre la carga

positiva (sobre la negativa

es la opuesta).

La fuerza (F) es

perpendicular al campo (B) y

a la velocidad (v). La fuerza

aplicada sobre la partcula

alfa (+) est dirigida hacia

dentro del monitor.La fuerza sobre la partcula beta est dirigida hacia nosotros y la desva hacia

arriba.

El campo magntico de un imn es de 0.1 a 1 Tesla.

F = q [v ^ B]

F = ma = mv2/R

R = mv / qB

Observa: Sobre cada partcula se ejerce una fuerza diferente, perpendicular alcampo -B- y a su velocidad y de sentido dado por la ley de Lorentz (regla de lamano izquierda). Si aumentas el valor del campo, la separacin ser mayor.Aunque el haz de partculas no tiene color, se les asigna uno paradiferenciarlos.


9/104


Los electrones tienen menos masa y mayor velocidad que las partculas alfa, la

fuerza sobre ellas es mayor y la curva que describen es muy cerrada. Una

curva muy abierta tiene un radio de curvatura muy grande (con un R = infinito la

trayectoria sera la de una lnea recta ). Por lo tanto las partculas betase

desvan ms que las alfa ya que tienen una trayectoria ms cerrada, de radio

ms pequeo que el de la curva de las alfa.

Relacin de los radios de curvatura

Un partcula cargada que est sometida a un campo magntico sufre unafuerza perpendicular a su trayectoria que le hace describir una circunferencia

de radioR = mv / q B

Lanzamos las dos partculas dentro de un mismo campo magntico. Para lapartcula el radio ser:R= mv/ q B

Para la partculael radio ser:R= mv/ q B

Dividiendo miembro a miembro las ecuaciones de los radios:R/ R = m v q B/ q Bm v= m v q/ qm v

La masa de las partculas es 1830 veces menor que la de un protn. Por lotanto, como la partcula est formada por dos protones y dos neutrones demasa casi igual, tiene una masa 7320 veces mayor. En realidad este nmeroes bastante menor porque la partcula beta lleva una velocidad muy alta y porlos efecto relativistas su masa es mayor. Pero lo dejaremos as para un primerclculo estimativo.

La carga de la partculaes doble de la .

La velocidad de las partculas es casi la de la luz y las de las 15000 km/s(casi unas 20 veces menor),

Sustituyendo en la relacin unos valores en funcin de los otros:R/ R = m v q/ q m v= m 20 v2 q 7320 m v q= 40 / 7320

R= R/ 183El radio de curvatura de la trayectoria de las partculas es 183 veces menorque el de las , por lo tanto da una curva ms cerrada. Por lo dicho de la masade los elctrones movindose muy rpidos, este nmero ser menor.


10/104


Separacin de los componentes de la radiacin: campo elctrico

El primer paso para estudiar las radiaciones es separar sus componentes

sometindolas a un campo elctrico y despus analizarlos de uno en uno.

Las partculas se aceleran de manera desigual y en direcciones opuestas

porque tienen diferente masa y carga.

Hacemos pasar la radiacin por un campo elctrico establecido entre dosplacas cargadas con cargas opuestas.

La desigual fuerza ejercida sobre cada componente les comunica una

aceleracin diferente y los separa.

F = QE

F = Ma

a = QE / M

Deduce la carga de las partculas observandocmo se mueven en el campo. Laspartculas se desviarn segn la direccin del campo elctrico (el sentido del campo vade la placa positiva a la negativa). Las de carga positiva aceleran en la direccin delcampo desvindose hacia la placa negativa. En sentido contrario se mueven lasnegativas


11/104


La carga de una partcula alfa es: Q = + 2 carga electrn;

Masa de la partcula alfa ( 2 p +2 n) = aprox (4protones).

La masa del electrn en reposo es 1830 veces menor que la del protn.

Las partculas beta (electrones) llevan una velocidad mxima de 0.95 c (95% la

velocidad de la luz). Debido a esa velocidad y por los efectos relativistas tienen

una masa mayor que en reposo.

Partculas alfa

Las partculas alfa son ncleos de Helio(tomos de He sin su capa de

electrones). Constan de 2 protones y 2 neutrones confinados en un volumen

equivalente al de una esfera de 10-5

m de radio.

Caractersticas:

Son partculas muy pesadas,casi 8000 veces ms que los electrones y 4 veces

ms que un protn.

Tienen carga positiva (+2) debido a la ausencia de los electrones y son

desviadas por campos elctricos y magnticos.

Alcanzan una velocidad igual a la veinteava parte de la de la luz (c/20) = 15000

km/s. Una gran velocidad!

Poseen una granenerga cintica ya que tienen mucha masa y una gran

velocidad.

Observa que las sustancias radiactivas lanzan las radiaciones con distintavelocidad. Un mismo tipo de radiacin sale con ms o menos velocidad. La


12/104


velocidad mxima de cada tipo de partculas da su poder de penetracin. Qupartcula es la ms penetrante?Cul es la menos? Qu material protegemejor de la radiacin?

A1: Comprueba si todas las lminas de los materiales que se mencionan

detiene las partculas alfa

Debido a su gran energa, al atravesar el aire ionizan muchas partculas antes

de atenuarse despus de recorrer 5 cm. Debido a su tamao, al impactar con la

materia slida recorren poca distancia. Una lmina de aluminio de 0,1 mm de

grosor las frena totalmente e impide su paso, pero ionizan fuertemente la

materia en la que inciden.

Cuando se forman las partculas alfa, el ncleo pasa del estado inicial a otroexcitado de menor energa. Para salir de este estado y quedar estable emite

radiacin .

Cambio de estado energtico: emisin alfa


13/104



14/104


Partculas beta

Las partculas beta son electronesmovindose a gran velocidad (prxima a la

de la luz 0.98c = 270000 km/s).

Inicialmente la radiacin beta no fue reconocidas como lo que era: un haz de

electrones. La partcula beta fue identificada como un electrn cuando,aplicando la teora de la relatividad, se calcul la masa de un electrn en

movimiento que coincida con la de la partcula beta. Tiene una masa mmayor

que la mode un electrn en reposo.

mo es igual a la masa del protn dividida por 1830 (casi 2000 veces menor).

Tienencarga negativa ( -1) y son desviadas por campos elctricos y

magnticos.

Tienen energa cintica menor que las partculas alfaporque aunque tienen

una gran velocidad tienen muy poca masa.


15/104


La energa que transporta la partcula beta procede del paso de un estado

inestable de un istopo radiactivo a otro tambin excitado. La cada desde este

estado a otro inferior estable no va acompaada de una emisin.

Cambio de estado energtico: emisin beta


16/104


A pesar de tener menor energa que las alfa, como su masa y su tamao son

menores tienen mayor poder de penetracin. Una lmina de aluminio de 5 mm

las frena.

Se usan istopos radiactivos del yodo en el tratamiento del cncer de tiroides

porque el yodo es absorbido por el tiroides y emite partculas beta que matan

las clulas cancerosas.

Utilizando esta escena comprueba que lmina mnima debe utilizarse para

detenerlas.

Radiacin gamma

Las "partculas" gamma son una radiacin electromagntica (una onda)que

acompaa a una emisin de partculas alfa o beta. Una radiacin tambinpuede considerarse como una partcula de acuerdo con la teora de De Broglie

que afirma que toda onda lleva una partcula asociada (las ondas luminosos

llevan asociados los fotones).


17/104


Caractersticas

No tienen masa en reposoy se mueven a la velocidad de la luz.

No tienen carga elctricay no son desviadas por campos elctricos ni

magnticos.

Poder de penetracin

Al no tener masa tienen poco poder ionizante, pero son muy penetrantes. Los

rayos gamma del Ra atraviesan hasta 15 cm de acero.

Son ondas como las de la luz pero ms energticas an que los rayos X.

Un compuesto radiactivo que se absorba en una glndula y emita radiacin

gamma permite estudiar esa glndula obteniendo una placa, como la

fotogrfica, con las radiaciones emitidas. La tcnica se llama gammagrafa.

Actividad: Lanza esta escena para averiguar qu tipo de material y qu espesor

debe tener para detener estas radiaciones.

Actividad: La radiacin gamma es muy difcil de detener. Es una radiacin degran frecuencia y por lo tanto con una partcula asociada muy pequea que secuela a travs de la materia. Por esta misma razn ioniza menos que loselectrones y las partculas alfa. Qu espesor de plomo se requiere paradetenerlas? Avergualo en la escena.


18/104


Lugar de origen de la radiacin

Las radiaciones salen del ncleo de los tomos radiactivos y se originan por:

transformaciones de neutrones en protones, en la emisin beta.

inestabilidad en los ncleos de mayor masa (Z >82), en la emisin alfa.

Gamow y otros cientficos explicaron, por Mecnica Cuntica, cmo a

pesar de tener de media una energa insuficiente, un grupo de protones

y neutrones pueden escapar de la fuerza nuclear fuerte agrupados en

una partcula alfa.

Para saber ms sobre el ncleo y sobre las fuerzas nucleares utiliza este

enlace.

http://particleadventure.org/particleadventure/spanish/index.html

Relacin de trminos referidos a las caractersticas de los ncleos

Nmero atmico (Z).

Es el nmero de protones. Todos los tomos de un mismo elemento tienen el

mismo nmero de protones (el Uranio tiene Z=92).

Nmero msico (A).

Es la suma del nmero de protones y neutrones. A los protones y neutrones se

les llam nucleonespor su posicin dentro del ncleo.

Nclidos

Son los ncleos de un mismo elemento que son todos iguales entre si, tienen el

mismo A y el mismo Z.

Istopos

Son los tomos de de un mismo elemento que no son totalmente iguales entre

si, tienen el mismo Z, pero distinto A, distinto nmero de neutrones.

Una emisin alfa seguida de dos beta produce un istopo del tomo inicial con

A cuatro veces menor.


19/104


Isbaros

Son los tomos de distintos elementos que tienen el mismo A, pero distinto Z.

Cmo pueden permanecer unidos los protones y neutrones en el ncleo?

Podemos explicar la estabilidad nuclear estudiando las fuerzas de unin o la

energa de enlace.

a) Las fuerzas de unin

Para que el ncleo sea estable se requiere algn tipo de atraccin que de lugar

a una fuerza entre los protones que supere la fuerza de repulsin elctrica de

sus cargas.

En la poca en que se empez a estudiar el ncleo slo se conocan las

fuerzas gravitatorias y las electrostticas. Hoy conocemos la existencia de la

Fuerza Nuclear Fuerte(FNF) de mbito nuclear, que une a los quarks para

formar protones y neutrones.

Fuerza nuclear fuerte

La Fuerza nuclear fuerte que mantiene unidos a los quarks (partculas

constituyentes de los neutrones y protones) en el reducido volumen del ncleo,

surge del intercambio de gluones entre los quarks.

Aunque en el enlace que te sugerimos en la pgina anterior puedes aprender

mucho sobre esta fuerza, te mostramos aqu un resumen de sus

caractersticas:

Es de corto alcance (slo acta en el mbito del ncleo, unos pocos

Fermios:10 -15 m).

No depende de la carga elctrica de las partculas.

Es de carcter saturado: se satura con los ncleos prximos y aunque

existan muchos ncleos en las proximidades no influyen en el aumento

de la fuerza. Al contrario de ella la gravitatoria crece ms cuantos ms


20/104


ncleos estn prximos: retirar una partcula es ms difcil cuantas ms

partculas estn en las proximidades.

Para distancias menores de 1 Fermio la fuerza atractiva se vuelve

repulsiva. Esto es lo que impide que la materia se aplaste totalmente (se

colapsen los ncleos).

Una parte de la FNF (fuerza residual) alcanza ms all del protn o del neutrn

y ejerce atraccin entre los quarks de protones y neutrones vecinos. El

resultado es la atraccin de los protones y neutrones entre s. La FNT supera la

repulsin de la carga elctrica de los protones y origina un ncleo estable queslo se puede romper con un aporte externo de energa.

La consecuencia apreciable de la

estabilidad que estas fuerzas confieren a

los ncleos, y que podemos observar

disponiendo los ncleos estables y los noestables en un diagrama de neutrones

frente a protones, es que:

Los ncleos ligeros estables

contienen igual nmero de

neutrones que de protones.

Los ncleos pesados estables tienen una relacin neutrones / protones

mayor que los ligeros.

Por encina de Z=82 (plomo) aunque el nmero de neutrones es mayor

que el de protones, los ncleos no son suficientemente estables.


21/104


b) La energa

La estabilidad nuclear se puede explicar desde el punto de vista energtico.

Midiendo la variacin entre la suma de la masa de los protones y neutrones

cuando estn separados y su masa cuando estn juntos formando el ncleo, se

puede deducir la energa de enlace entre ellos.

La diferencia de masa se llama defecto msicom.

Para hallar la energa de ligadura del ncleo utilizamos la equivalencia entre

masa y energa expresada en la ecuacin de Einstein: E = mc2.

Defecto msico


22/104



23/104


Si en un proceso desaparece la masa de una u.m.a. (unidad de masa atmica), se libera

esta energa:

Segn la ecuacin de EinsteinE = m c2

Teniendo en cuenta que una u.m.a = u (unidad de masa atmica) es

1,660510 -27kg y que la velocidad de la luz son 2,9970108m/s

E = 1,660510 -27 (2,9970108)2= 1,492410-10J

I J = 1V1C

Recuerda que la carga de un electrn es 1,610-19 C.

Le energa de 1 eV equivale en julios a: 1 ev = 1,610-19C.1 V= 1,610 -19 J

E =1,492410 -10J / 1,610 -19J/eV = 931,47 10 6eV = 931,47 MeV


24/104


Como la energa de enlace o ligadura de todo el ncleo depende del nmero de

nucleones, para establecer una escala comparativa de la estabilidad de

distintos tomos se divide la energa de ligadura por el nmero de nucleones

(nmero msico, A) obtenindose el concepto de Energa de Ligadura por

nuclen (E /A).

En la grfica observamos que lamayor energa de ligadura seproduce sobre A= 60 con un valorsuperior a 8 Mev/nuclen.

Las reacciones nucleares que

conduzcan a la produccin de

tomos con mayor energa de

ligadura por nuclen que los iniciales

liberarn energa.

Se pueden predecir los dos tipos de reacciones radiactivas conducentes a

liberacin de energa: procesos de fisin(los tomos de A alto rompen y dan

ncleos con A en torno a los 60) y fusin(los tomos ligeros se unen y dan

ncleos con mayor E /A.

Fisin y Fusin son dos tipos de reacciones que producen liberacin de

energa. Producen ncleos ms estables.

Reacciones de fusin.

Los tomos de H se unen para dar Helio formando un ncleo ms estable.

En el proceso de formacin de He a partir de H se libera energa.

El He tiene ms energa por nuclen, es ms estable que el H y por tanto hay

que aportar energa para romperlo

Reacciones de fisin.

Los tomos pesados (por encima del uranio Z = 82) con energa por nuclen

menores de 8 MeV/A , rompen para dar tomos con energa por nuclen por

encima de 8 MeV/A.En este proceso se libera energa.


25/104



26/104


Leyes de la transmutacin radiactiva

Soddy y Fajansenunciaron las leyes de la transmutacin que rigen el proceso

por el que un elemento se transmuta en otro (conseguirlo era el sueo de los

alquimistas).

Emisin alfa (1 Ley de Soddy)


27/104


Los elementos de ncleos con mucha masa, (Z >82 ) expulsan

espontneamente partculas alfa (formadas por dos protones y dos neutrones).

En la ecuacin vemos que se conservan:

A = A -4 + 4,parte superior de la ecuacin .

Z = Z-2 + 2, parte inferior de la ecuacin.

Conservacin de la cantidad de movimiento

En los procesos radiactivos se cumple el principio de conservacin de la

cantidad de movimiento: la cantidad de movimiento del tomo antes de la

transmutacin es igual a la cantidad de movimiento de la partcula y del tomo

que se origina.

Si suponemos que el tomo radiactivo inicial est quieto (sera un caso muy

especial porque siempre est en movimiento), la cantidad de movimiento del

tomo antes de la transmutacin es cero.

La partcula sale despedida en una direccin y el elemento formado en la

opuesta.

La cantidad de movimiento final tambin es cero (la de una partcula anula a la

de la otra).

p = cantidad de movimiento = masa velocidadp Antes= p Despus

p A= 0

0 = Mv'-mv

Mv' = mv


28/104


Conservacin de energa de la emisin alfa

Teniendo en cuenta que el proceso conocido por radiactividad o desintegracin

radiactiva se origina para conseguir una mayor estabilidad del ncleo, ste

pasa a un nivel menor de energa.

Como E = mc2

Esta liberacin de energa se realiza a travs de una disminucin de masa.

E (X,Y)= m c2

E (X,Y) = ( m X- mY- m ) c2

La energa liberada se manifiesta principalmente en forma de energa cintica

de las partculas formadas.

La energa cintica de las partculas alfa les confiere su capacidad ionizadora y

su peligrosidad para la vida.

Emisin beta (2 Ley de Soddy)


29/104


La siguiente ecuacin expresa la relacin entre los elementos y partculas que

intervienen en la emisin beta:

La causa de la emisin beta es que, en el ncleo, un neutrn se transforma enun protn y un electrn. El ncleo emite slo el electrn (partcula beta- )quese forma.

En el proceso se conserva la carga elctrica.

En la ecuacin se conservan:

A = A, parte superior de la ecuacin.

Z = Z+1-1,parte inferior de la ecuacin.

Conservacin de la cantidad de movimiento en la emisin beta

En los procesos radiactivos la emisin de partculas cumple el principio de

conservacin de la cantidad de movimiento:

la cantidad de movimiento del tomo antes de la transmutacin es igual a la

cantidad de movimiento de los partculas y tomos que se originan.

Al estudiar la conservacin de la cantidad de movimiento se comprob que no

se cumpla por lo que W. Pauling postulo en 1930 la existencia de otra partcula

que llam neutrino - partcula escurridiza de masa en reposo cero-. Elneutrino se identific en una reaccin en 1958.

En la emisin beta aparece el antineutrino, una partcula de antimateria.

Introduciendo esta partcula en los clculos, se cumple el P.de conservacin de

la cantidad de movimiento.

Si suponemos que el tomo inicial est quieto, la cantidad de movimiento antes

de la transmutacin ser cero.

La partcula beta sale despedida en una direccin y el neutrino y el elemento

formado en otra.

La suma de sus cantidades de movimiento ser cero.


30/104


Sumados los vectores dan cero (unos neutralizan a los otros).

p = cantidad de movimiento = masa velocidad

p Antes= p Despus

p A= 0

0 = Mv'-mv

Mv' = mv

Conservacin de energa en la emisin beta

El proceso conocido por radiactividad o desintegracin radiactiva se origina

para conseguir mayor estabilidad del ncleo. Esto supone que el ncleo pasa a

un nivel menor de energa.

Como E = mc2

Esta liberacin de energa se realiza a travs de una disminucin de masa:

E (X,Y)= m c2

La masa del electrn la despreciamos porque es mucho menor (1830 veces )

que la del protn y la del neutrn:

E (X,Y) = ( m X- mY) c2

Hallando la variacin de masa podemos calcular la energa asociada al

proceso:

E (X,Y) = ( m n- mp) c2

E (X,Y) = (1,008665 - 1,007276)u = (1,008665 - 1,007276)u 931,7 Mev/u = 1,29 Mev.

Esta es la energa mxima que puede llevar el electrn emitido.


31/104


MagnitudesConstante radiactiva |Actividad|Periodo de semidesintegracin | Vida media

Conceptos previosMasa atmica.

Cada istopo de un elemento tiene una masa atmica que corresponde a la

masa de los protones y neutrones que lo forman disminuida en una cantidad

relacionada con la energa de enlace de dicho ncleo por la ecuacin de

Einstein: E = mc 2.

La masa atmica de un elemento viene condicionada por el porcentaje en quese encuentran en la naturaleza los istopos que lo forman.

Ej: El uranio natural (masa atmica 238,07) tiene diferentes istopos y cada

uno en diferente proporcin 235U (0,71%), 238U (99,28%), 234U (0,006%).

La unidad de masa atmica es la u.m.a = 1,660510-27 kg (es la 1/12 de un

tomo de carbono 12C. Una cantidad muy, muy pequea!

La desaparicin de una u.m.a transformada en energa produce 931 Mev

(mega electrn voltio). 1 e.V= 1,6910-19 julios tal como predice la Ecuacin de

Einstein.


32/104


Nmero de Avogadro y Masa atmica

Un mol de cualquier istopo es igual a 6,0231023tomos idnticos. Este

nmero tan grande es el llamado Nmero de Avogadro. La masa de este

conjunto de tomos se llama Masa atmica.


33/104


N de moles = masa sustancia / Masa atmica.

1 mol de tomos de un istopos =>6,0231023 tomos.

Constante radiactiva.

La constante radiactiva o constante de desintegracin ( ), es un coeficiente de

proporcionalidad que regula la igualdad entre los tomos que desaparecen en

un tiempo t, (-dN) con los iniciales tomos iniciales (No) para cada nclido

radiactivo :-dN = - N dt

Si la expresin anterior la ponemos en la forma: -dN / Nodt =

mide la probabilidad de transformacin de un tomo en la unidad de tiempo

que se tome (segundo, hora, ao, etc). Si de 100 tomos iniciales se desintegra

1 en un segundo, la probabilidad de desintegracin es 1/100 = 0,01 = 1% por

segundo.

La unidad es s-1(o cualquier unidad de tiempo elevada a menos uno)

As si del Ra es 0,00042 aos -1= 1 / 2230 por ao, indica que la probabilidad

de desintegracin radiactiva es de un tomo por cada 2330 tomos radiactivos

en un ao (0,00042 = 0,042%). Esto puede parecer poco, pero recuerda que 1

mol de uranio (238,02 g) contienen 6,0210 23 tomos. Como la vida media es:

para el uranio, la vida media es 2330 aos.

Ver conceptos relacionados: Periodo de Semidesintegraciny Vida Media.


34/104


Expresin matemtica de la ley de desintegraciones radiactivas

Actividad 1: Mueve el punto rojo sobre la curva. Comprueba el tiemponecesario para que los No iniciales se conviertan en No/2.

Las unidades de tiempo dependen de las de la constante radiactiva: si las deesta son 1/aos, el tiempo se expresa en aos; si son 1/s, el tiempo se mediren segundos. Comprueba que una vez transcurrido T (semiperiodo),necesitamos que transcurra otro tanto tiempo para que slo desaparezcan lacuarta parte de los tomos iniciales.

Segn transcurre la desintegracin, en un mismo tiempo T, se desintegrancada vez menos tomos

Actividad 2: Comprueba que cuanto ms grande sea la constante radiactiva,menor es el periodo de semidesintegracin.

Esta expresin permite calcular los Ntomos que quedandespus de un tiempot.


35/104


Partimos de Notomos iniciales de una determinada sustancia radiactiva deconstante. Despus de un tiempo tquedan Ntomos.La expresin exponencial, puede expresarse tambin de esta forma:

Expresin matemtica de la ley de transmutaciones radiactivas

Tenemos una sustancia radiactiva que contiene No tomos y va a comenzar

una desintegracin de constante radiactiva . Al cabo de un tiempo t, quedarn

sin desintegrarse N tomos de la poblacin inicial.Los tomos transmutados sern:

Como hay menos tomos finales que iniciales para hacer el incremento positivo

(final menos inicial) ponemos el signo menos. Establecemos una

correspondencia entre los que se transmutan y los iniciales en un tiempo que

va a ser regulada por la constante de desintegracin para cada sustancia.

Para un tiempo muy pequeo:

Integrando:


36/104


Esta expresin muestra los tomos que quedan sin desintegrarase, N, de una

poblacin inicial de No.

El N de tomos de la sustancia radiactiva (la consideramos aislada de las que

origina, fijndonos slo en sus tomos) es funcin de la constante de

desintegracin radiactiva y del tiempo.

El nmero de tomos que permanece sin transmutarse sufre una disminucin

exponencial.

Se puede expresar en funcin del periodo de semidesintegracin adquiriendo la

ecuacin la siguiente forma:

Ver transformacin.

Si partimos de la expresin del semiperiodo

eT = 2

Extraemos la raz T de los dos miembros:

e = raz T de 2

Elevamos las dos expresiones a "t":

et= 2t/T

La inversa de la expresin es:

et= 2-t/T

Sustituyendo la expresin anterior en la expresin:

obtenemos:


37/104


2 expresin del decaimiento exponencial

Magnitudes: actividad

La actividad de una muestra de una sustancia radiactiva es el nmero de

ncleos que desaparecen por unidad de tiempo y representa la velocidad de

desintegracin. Depende de la cantidad de muestra y sus unidadesson: el

Curie y el Rutherford.

La actividad es mayor cuanto mayor sea la constante radiactiva (l) y el nmero

de ncleos presentes.

La actividad inicial de un istopo es mayor inicialmente que cuando ya se


38/104


transmutaron algunos ncleos, siempre que el istopo que se forme no sea

tambin radiactivo en cuyo caso tenemos una serie radiactiva.

Si multiplicamos los dos trminos de la siguiente expresin

por :

obtenemos al sustituir A por N

Esta es la expresin de la actividad de los istopos de un solo tipo presentesen una muestra. Su valor disminuye exponencialmente, lo mismo que el

nmero de tomos que se transmutan.

Magnitudes: Periodo de semidesintegracin

La radiactividad no es un fenmeno peridico, en ella no se repite nada

cclicamente.

Se llama periodo de semidesintegracin el tiempo que tardan en transmutarsela mitad de los tomos radiactivos de una muestra: el necesario para que los

No tomos iniciales pasen a No / 2. En ese tiempo se forman No / 2 tomos

diferentes (transmutados de los iniciales.)


39/104


Actividad 1:Mueve el punto rojo sobre la curva. Comprueba el tiemponecesario para que los No iniciales se conviertan en No/2. Las unidades de

tiempo dependen de las de la constante radiactiva: si las de sta son 1/aos, eltiempo se expresa en aos; si son 1/s, el tiempo se medir en segundos.Comprueba que una vez transcurrido T (semiperiodo), necesitamos otro tantotiempo para que slo desaparezcan la cuarta parte de los tomos. Segntranscurre la desintegracin para el mismo tiempo se desintegran cada vezmenos tomos

Actividad 2: Comprueba que cuanto ms grande sea la constante radiactivamenos es el periodo de semidesintegracin.\Para ello aumenta el valor de laconstante con el ratn y comprueba en la escena que el valor de T se hacems pequeo

Si tenemos un milln de tomos radiactivos y el periodo de semidesintegracin

es un ao, tardarn un ao en convertirse en 500.000.

Pero transcurrido otro ao an quedarn 250.000, y en otro ms quedarn

125.000. Cada vez se desintegran menos tomos en un mismo tiempo.


40/104


No tomos iniciales tardan T 1/2 en ser No/2

Debido a la forma exponencial de desintegracin, la muestra tarda mucho en

convertirse en inactiva. Esto, unido a que no se pueden acelerar los procesos

de desintegracin, es uno de los peligros de la radiactividad.

Clculos matemticos del periodo de semidesintegracin.

Partimos de la frmula de la desintegracin radiactiva:

Llamamos periodo de semidesintegracin al tiempo que tardan una poblacin detomos en reducirse a la mitad.

Sustituimos el nmero de tomos N en un momneto dado, por el valor de los iniciales

dividido por 2 (se reducen a la mitad):

Tenemos:

Haciendo operaciones (eliminando y tomando logaritmos) queda:

Como el tiempo t que ha transcurrido para que los tomos iniciales se redujeran a la

mitad porla transmutacin del resto, tenemos:

Cada elemento radiactivo tiene un periodo de semidesintegracin distinto que depende

de la constante radiactiva segn la relacin anterior.


41/104


Magnitudes: Vida media

La vida media representa el promedio de vida de un ncleo atmico de una

muestra radiactiva.

Es el tiempo, calculado estadsticamente, que un ncleo radiactivo de una

muestra puede permanecer sin transformarse en otro.

Grfica

Ejercicio: Pulsa sobre el punto rojo y desplzalo.

Observa que el valor de Vida Media de un tomo de un istopo radiactivo tieneun valor inverso al de la constante radiactiva.

Cada istopo radiactivo tiene una constante radiactiva a la que correspondeuna Vida Media propia de ese istopo. El uranio tiene la suya lo mismo que elradio etc., pero como el radio puede transformarse en otros elementos de dosmaneras diferentes-por dos caminos-, cada una de ellas tiene su propia

constante radiactiva.


42/104


La vida media es inversamente proporcional a la constante radiactiva y es una

caracterstica invariable para una determinada desintegracin de cada tipo de

ncleo radiactivo.

Los aos que "puede vivir" un individuo de un grupo (regin, pas, etc) es la

vida media de ese colectivo.

Si sumamos las edades de las persona fallecidas en un ao (o en otro periodo)

y la dividimos entre el nmero total de individuos hemos hallado la media

aritmtica de sus vidas.

Podemos hacer lo mismo para calcular cuanto puede durar un tomo

cualquiera de una poblacin de tomos que experimenta un tipo de

desintegracin.

Clculos matemticos de la vida media

Si sumamos los aos vividos por las personas fallecidas en un determinado

ao y dividimos por el nmero de fallecidos tenemos la vida media de esa

poblacin:

media= 70 + 75 +82+ 23+12+ 56+ 72+ 74+..... / n total

Si la muestra es amplia, los aos vividos por varias personas coinciden, por lo

que, en lugar de repetirlos en la suma, se multiplica cada edad repetida por el

nmero de personas que la vivieron

Qmedia = n 1t1+ n2t2+ n3t3 +... / N

Siendo N = n1+ n2+n3+....


43/104


Unos calculos matmticos ms precisos nos conducen a las expresiones

siguientes:

La integral representa la suma de los infinitos trminos de la muestra cada uno

multiplicado por su tiempo de existencia antes de transmutarse..

Hemos sustituido dN por su valor hallado derivando a partir de la expresin:

La integral de la expresin conduce a:


44/104


Series radiactivas: naturales

Son las del Torio- 4n-, Actinio- 4n+3- y Uranio- 4n+2 (mostrada aqu).Todas acaban en un istopo estable del Plomo

Observa queal aumentar el nmero de niveles de desintegracin aparecendistintos elementos como consecuencia de las distintas emisiones (alfa o beta).

Los formados se descomponen para dar otros.

Puedes ver el nmero atmico (Z) y el nmero msico (A) de cada uno. Debesrecordar que cada etapa tiene una constante radiactiva diferente y diferentesperiodos de semidesintegracin.

Los nmeros msicos de todos los elementos de esta serie del Uranio seajustan a la frmula 4n+2 (comenzando por n=59 y siguiendo por: 58,57...; As

459+2=238).


45/104


Actividad: Estudia el tercer nivel de emisin, escribe la ecuacin de ladesintegracin y comprueba si se cumplen las leyes de la emisin beta encuanto a Z y a A-Let de Soddy-

Comprueba lo mismo en la emisin alfa del nivel cuatro.

Series naturales: Los aproximadamente 40 istpos naturales se agrupan entres series que termina en un istopo estable del plomo. Todas latransmutaciones ocurren por emisiones alfa y beta. Te mostramos aqu la delUranio. Todos los istopos formados tienen un nmero msico-A- dado por lafrmula 4n+2. donde n es un nmero natural del 59 al 51. Comprubalo.

En la serie del Torio la frmula para hallar el nmero msico A es 4n (nempieza por 58).

La serie del Actinio es 4n+3 y la -n- va de 57 a 51


46/104


Serie radiactiva artificial

El istopo estable en el que acaba la serie es el Bismuto.

Observa que: Los nmeros msicos de los istopos de la serie se pueden calcularpor la frmula A=4n+1. En la que n s un nmero natural que va del 60 al 52.

Actividad1: Escribe la ecuacin de la primera etapa y mira si se cumplen las leyesde Soddy.

Usa las Z y la A que figuran en el grfico.

Serie artifi cial: Los elementos radiactivos logrados por el hombre (que ya habandesaparecido de la Tierra) caen en la serie del Plutonio de nmeros msicos- A -dados

por la frmula 4n+1. El istopo estable en el que acaba la serie es el Bismuto.


47/104


Peligro: El paso (nivel de la serie de desintegracin) de mayor periodo desemidesintegracin hace de cuello de botella y en l se acumulan muchos tomosaunque dan la misma actividad que en cualquier otro paso porque se constante espequea.

La actividad de toda la serie no cesa hasta que no se convierte todo en Bismuto.La actividad del conjunto es la actividad de un paso (de igual valor para cualquiera)

por el nmero de pasos de la serie.

Equilibrio radiactivo

Las actividades de los istopos formados en cada paso de la serie radiactiva

son iguales entre si despus de un tiempo. La actividad total de la serie

radiactiva es la actividad de un paso multiplicada por el nmero de pasos.

Clculo matemtico del equilibr io

La actividad depende del tipo de material ( ) y del nmero de tomos del

istopo radiactivo.

Imaginemos que X es el primer elemento de la serie. Al principio slo existen

tomos de l.

Los tomos de X se transmutan en Y acompandose de radiacin. Los Y a su

vez se transmutarn en Z.

Supongamos que Tde X es tres das ( muy alta, se transforman muchos

tomos por segundo) y que el periodo de Y es T' muy grande (pasan a Z

pocos tomos por segundo).

La actividad de X inicialmente es muy grande, pero decrece al disminuir el

nmero de tomos. La actividad de Y aumenta a medida que se forman cada

vez ms tomos.


48/104


Cuando slo quedan Nx tomos de X se alcanza el equilibrio radiactivo: el

nmero de tomos de Y que se transmutan por segundo es igual al nmero de

ellos que se forman (que son los que se transmutan de X). Las actividades de

los dos son iguales.

Como Y se transmuta en Z y la cadena contina y podemos aplicar el mismo

razonamiento:

Para alcanzarse el estado de equilibrio tiene que transcurrir un tiempo desdeque el primer elemento de la serie comenz a desintegrarse.

El valor de la actividad de la muestra y la actividad de cada paso disminuyen

con el tiempo.

Esta ley del equilibrio puede emplearse para hallar la cantidad de cualquier

istopo de la serie siempre que conozcamos su constante radiactiva y la

cantidad de un otro elemento de la serie y su constante radiactiva (tres datos

de los cuatro de una igualdad).

El smil de la cascada de aguaa travs de varios depsitos con orificios de

distinto dimetro aclara las ideas anteriores.

Cuando se alcanza el equilibrio la actividad de cada paso es la misma. El paso

en que es grande (periodo de semidesintegracin pequeo), el N es

pequeo. Si es pequeo N ser grande.

En el smil de la cascada de depsitos, cuando la abertura del orificio es

grande, la altura que alcanza el agua en ese depsito es pequea, y con un

orificio pequeo, la altura ser grande.

La actividad de los istopos que se forman en todas las etapas de la serie

suman sus efectos.

Las desintegraciones por segundo, una vez alcanzado el equilibrio, son iguales

en cada paso y la actividad total es:


49/104


La "cascada" de istopos que se

produce en las series radiactivas

muestra que la actividad de toda

la muestra queda condicionada

no slo por la radiacin de un

paso, sino por todos.

Se puede hacer un smil con

depsitos de agua, con distinto

orificio de salida y colocados en

serie.

El equilibrio de flujo se produce

cuando fluye el mismo caudal de

cada depsito.

El caudal de agua que fluye

equivale a la actividad de un

paso.

El dimetro de sus orificios es el

parmetro equivalente a la

constante radiactiva.

La altura del agua en los depsitos equivale al nmero de tomos de cada

istopo de las etapas.

La actividad de cada paso de la serie es:


50/104


Aequilibrio= N

La actividad total es la actividad de un paso multiplicada por el nmero de

pasos:

Las leyes del equilibrio radiactivo permitieron disear un reloj para datar restos

arqueolgicos. Busca en la RED "tcnicas de datacin" o "Carbono 14"

Radiactividad artificial

Es un tipo de radiactividad que surge de un istopo que producimos

previamente en el laboratorio mediante una reaccin nuclear. Este istopo

sigue todas las leyes radiactivas estudiadas para la radiactividad natural.E n 1919, Rutherford, al bombardear nitrgeno con partculas procedentes

de una sustancia radiactiva, provoc la primera reaccin nuclear conducente a

la produccin artificial de un istopo del oxgeno. El N se transmutaba en O y

emita un protn.


51/104


1 reaccin producida por el hombre


52/104


En 1934, los esposos Irene Curie y Frderic Joliot, estudiando la

produccin de neutrones al bombardear una lmina de aluminio con partculas

alfa, descubrieron que se formaba un istopo radiactivo del fsforo.

Comprobaron que adems de los neutrones aparecan positronesque no

esperaban (ni caba esperar) y que no cesaban de producirse al dejar de

bombardear, tal como suceda con los neutrones.

Produccin de istopos radiactivos


53/104


Los proyectiles utilizados para la produccin de istopos son los neutrones ya

que al no poseer carga elctrica no experimentan fuerzas de repulsinelectrosttica por parte de los protones de los ncleos en los que penetran para

desestabilizarlos.

La produccin de positroneses ms abundante en la radiactividad artificial ya

que en la natural se producen espontneamente partculas alfa y beta y

radiacin gamma.

Los istopos radiactivos artificiales tienen periodos de semidesintegracin

pequeos. Seguramente se formaron al mismo tiempo que los otroscomponentes de Tierra, pero han desaparecido. Actualmente slo quedan


54/104


radioistopos de periodo grande.

En Medicina se manejan diferentes tipos de istopos que son administrados a

los pacientes. Se usan istopos radiactivos en investigacin, para el

tratamiento de tumores malignos o como trazadores para visualizar rganos,

dando lugar a la Medicina Nuclear

Istopos en la Medicina

Se usan en

o investigacin mdica (marcando hormonas o sustancias que se

asimilan en distintas zonas del cuerpo para seguir su distribucin,evolucin y eliminacin por el organismo),

o para detectar tumores (usando sus radiaciones como trazadores

en las tcnicas del PETy GAMMAGRAFIA).

o radiar clulas cancerosas para destruirlas,

o en tcnicas analticas para determinar pequeas cantidades de

sustancia en algunos anlisis.

Se utilizan en

o estado slido(en forma de agujas que se introducen en el tumor y

radian una zona puntual),

o estado lquido (como disolucin inyectables),

o estado gaseoso (como el helio mezclado con aire),

Se obtienen bombardeando los tomos con partculas aceleradas para

hacerlos radiactivos.

Las partculas emitidas (radiaciones) dejan un rastro y de esta manera

los istopos se usan como trazadores.

Se fabrican en laboratorios internacionales y centros mdicos especiales

y se distribuyen a los hospitales. Debido a su corta vida media

(necesaria para que sus efecto colaterales no sean muy pronunciados)

todos los pacientes se citen para ser tratados el da siguiente de la

llegada de los istopos al hospital.

Istopos usados en Medicina Nuclear:60Co , 32P, 125I, 131I, 201 Tl, 99Tc , 89Sr , Fluoro-desoxi-glucosa-F18 (conjunto de


55/104


istopos) y otros.

Verradioistopos en medicina

Se requieren istopos para un TAC? . No, pero averigua en que consiste el

TAC mirando en la RED.

PET

(tomografa de emisin de positrones)

Sociedad Espaola de Medicina Nuclear(ver la pgina de la evolucin del

PET en Espaa)

En Espaa algunos centros hospitalarios albergan en edificios prximos un

ciclotrn (acelerador de partculas), cuya funcin es producir radiofrmacos

emisores de positrones, y laboratorios de sntesis de medicamentos con

molculas marcadas que controlan su calidad y los distribuyen para su

aplicacin clnica y para labores de investigacin.

Mediante el bombardeo de tomos no radiactivos con el ciclotrn se obtienen

radiofrmacos (sustancias con istopos radiactivos). Estos radiofrmacos se

administran a los pacientes y una vez absorbidos por los tejidos emiten

positronesque se usan como trazadores para detectar el lugar de los tumores

(incluso muy pequeos) que los emiten. Las imgenes se ven en una pantalla.

Los istopos radiactivos usados como trazadores son 11C-,15O-, 13N-, 19F. Son

los constituyentes del radiofrmaco Fluoro-desoxi-glucosa-F18 que se sintetiza

en el lugar en que se encuentra el ciclotrn y se distribuye a los hospitales que

no disponen de ciclotrn pero que si tienen tomocmaras. En stas se explora

al paciente que recibi el frmaco radiado para detectar la emisin de

positronesy en ellos se realizan los PET (tomografa de emisin de positrones).

Los radiofrmacos tienen una vida media muy corta, horas o das, lo que hace

de vital importancia contar con un centro productor cerca del hospital. Deben

llegar de forma rpida y ptima a todos los hospitales de la zona que tengancmaras PET.


56/104


GAMMAGRAFAS

Ver gammagrafaspara ampliar el tema

Un compuesto radiactivo que se absorba en una glndula y emita radiacin

gamma permite estudiar esa glndula obteniendo una placa, como la

fotogrfica. Esta placa se llama gammagrafa.

Un ordenador puede convertir las informaciones analgicas que transportan la

radiacin gamma en digitales.

60Co

Es un emisor de rayos gamma. Se se usa para destruir clulas cancergenas.

El haz de rayos gamma se dirige al centro del tumor para que no dae lostejidos sanos.

131I

Este istopo se usa para tratar el cncer de tiroides. El paciente ingiere el yodo

y la glndula tiroidea lo absorbe y emite radiaciones beta y gamma con un

periodo de semidesintegracin de 8 das.

99Tc

Es un emisor de rayos gamma y tiene un periodo de semidesintegracin de 6

horas. Ha sustituido al yodo en el tratamiento del tiroides

El tecnecio y el estroncio, se concentra en los huesos, de ah que se usen en

radiodiagnsticos de huesos.

Inicialmente los primeros investigadores que estudiaron la radiactividad

midieron solamente la actividad de la muestra. Las unidades definidas fueron el

Curie y Rutherford.


57/104


Medida de la radiactividad

Inicialmente los primeros investigadores que estudiaron la radiactividad

midieron solamente la actividad de la muestra. Las unidades definidas fueron el

Curie y Rutherford.

Unidades de actividad

La actividad de una muestra o porcin de materia se expresa endesintegraciones por segundo.

Se definen el Curie y el Rutherford como:

1 Curiees la actividad que corresponde a 1 gramo de radio y produce 3,710 10

desintegraciones / segundo.

1 Rutherfordcorresponde a un milln de desintegraciones / segundo.

Pero es importante conocer no slo el nmero de partculas emitidas sino

tambin la energa total que tienen y la energa cedida en un recorrido a travs

de la materia.

Una unidad de este tipo se puede aplicar a la medida de todas las radiaciones:

radiacin csmica, partculas procedentes del espacio, ultravioleta, rayos X,

rayos gamma, radiacin natural de la Tierra, etc. Debes saber que las dos

terceras partes de la dosis de radiacin ionizante recibida por un hombre

europeo corresponde a la radiactividad de origen natural (del espacio y del Sol)

y una cuarta parte a las irradiaciones por servicios mdicos (rayos X).


58/104


Unidades de exposicin

Roentgen

El Roentgen se defini midiendo la ionizacin del aire atravesado por unaradiacin.

Una radiacin es de 1 Roentgen cuando el aire expuesto a ella se ioniza con un

carga elctrica total de 2,58 10 4 coulombios por kg de aire (medido en

condiciones normales).

Como la medida de los valores de exposicin slo puede hacerse en gases y

se deseaba tener una manera de medir los efectos biolgicos y fsicos de la

radiacin sobre la materia viva, se defini la dosis absorbida.

Dosis absorbida

rad y gray

Para matizar lo importante que era medir adems de la energa absorbida el

nmero de ionizaciones que produce a su paso la radiacin, se introdujo otra

unidad, el rad

Las partculas ms pesadas, a igual energa portadora que una ligera, ionizan

mucho ms.

Se definen el rad y el graycomo:

1 rad(radiation absorbed dose) equivalen a 10 5J absorbidos por cada gramo

de materia expuesta.

En el S.I la dosis de radiacin absorbida es el gray= J/kg.

Su equivalencia es1 gray = 100 rad.

Para matizar la "calidad" de la radiacin absorbida, la unidad definida a partir

de la energa se multiplica por una constante q. Los valores de q son: q =1

para las gamma y beta; q =3 para neutrones trmicos; q =10 para las alfa y

neutrones pesados; q =20 para iones pesados; etc. Por lo tanto la radiacin


59/104


absorbida (dosis absorbida) multiplicada por el factorq dar una dosis

equivalente en cualquier tipo de radiacin.

Dosis equivalente de cualquier radiacin

Rem ySv

Partimos de las unidades de dosis absorbida (rad y gray) y las multiplicamos

por un factor para hallar la equivalencia de energa absorbida de cualquier

radiacin.

Se define el rem como la radiacin de 1 rad exclusivamente de radiacingamma; o la radiacin de 0,1 rem de radiacin alfa.

rem = radq

En el S.I se define el Sievert (sv) = 100 rem (gamma)

Sievert (sv) = 1 gray de radiacin gamma.

Sievert (sv)= 1 gray q

Los valores de q son:

q = 1 para las gamma y beta

q = 3 para neutrones trmicos

q = 10 para las alfa y los neutrones pesados

q = 20 para iones pesados, etc

La dosis absorbida puede referirse a todo el cuerpo o a un rgano en concreto;

se pueden referir a una dosis puntual o expresar la suma de las dosis

acumuladas en un periodo de tiempo.

La dosis de radiacin ionizante en Francia (pas con numerosas centrales

nucleares) es de 3,5 miliSievert ao por habitante (2,4 mSv de la natural y 1,1mSv de la artificial).


60/104


Una exposicin prolongada de todo el cuerpo a 5 Gray es mortal para el 50%

de las personas.

En radioterapia se realizan sesiones de 2 a 3 Gray cuatro das a la semana

sobre una parte del organismo.

Energa Nuclear: Proceso de Fisin

En la fisin,el ncleo estable, al ser bombardeado por partculas, se rompe en

dos ncleos desiguales ms ligeros. En el proceso se libera energa (proceso

exotrmico) y se produce la emisin de varias partculas.

Fisin nuclear


61/104


Los neutrones son buenos proyectiles ya que al no tener carga son menos

rechazados por parte del ncleo. Los neutrones emitidos en la fisin son

neutrones rpidos y con energas altas del orden de 1 Mev. Pueden pasar a ser

neutrones lentos o trmicos, con energas del orden de 1 ev, si pierden parte

de su energa por choques con partculas de un moderador.

La energa de un neutrn lento es suficiente para fisionar el U-235 en dos

partes desiguales.

Los ncleos masivos al romperse producen dos nuevos elementos.

Estos ncleos suelen tener nmeros msicos entre los valores 50 y 82.

El proceso se puede escribir en dos etapas:

Captura delneutrn

Proceso de fisin


62/104


Fisin de Uranio 235


63/104


Este proceso es de gran utilidad porque:

1.- Se libera mucha energa2.- El proceso se automantiene. La liberacin de neutrones, dos o tres por cada

ncleo fisionado (unos 2,5 de media), hace que estos puedan provocar nuevas

fisiones al chocar con otros ncleos originndose as una reaccin en cadena.

Proceso de Fisin: n de neutrones, masa crtica y energa

Para que una reaccin se mantengaes muy importante que por lo menos uno

de los neutrones producidos impacte con otro ncleo frtil (fisionable) y lo

fisione.

En la reaccin se "quema" combustible nuclear.

Destino de los neutrones.

Los neutrones rpidos producidos en una fisin siguen diferentes caminos.

En el grfico puedes ver el destino probable que asigna la estadstica a una

poblacin inicial de 1000 neutrones rpidos en un reactor que contenga U

natural sin impurezas y un moderador.

El U natural contiene dos istopos 235U, 238U

Observa el grfico y lee el texto que figura ms abajo.


64/104


Debido a los repetidos choques con el moderador algunos neutrones rpidos

se vuelven lentos (trmicos) pero no todos producen fisin (ver grfico).

En los procesos de fisin se producen una media 2,5 neutrones rpidos por

cada ncleo fisionado.

Producen fisiones tanto los neutrones rpidos como los lentos, pero un 38,2%

de los neutrones lentos produce fisin en el 235U y sta es la fisin ms

significativa.Haz un grfico que incluya los porcentajes ms significativos. Qu porcentaje

de neutrones lentos son absorbidos por los dos istopos de U sin producir

fisin? Ser el 20,8%?

La constante de reproduccin de este proceso es 1: se producen al final 1000

neutrones rpidos como consecuencia de todas las reacciones, partiendo de

1000 neutrones rpidos iniciales, por lo tanto la reaccin se automantiene.

Factor de reproduccin

El factor de reproduccin para un reactor, k, es el cociente entre el nmero de

neutrones que se crean por segundo en el reactor y los que desaparecen en

los diferentes procesos (fisin, absorcin, fugas, etc.).


65/104


Si k =1 la reaccin se automantiene, decrece si k>1

(explosin nuclear-bomba atmica-).

Seccin eficaz geomtrica

Que un neutrn choque con un ncleo depende de la superficie del ncleo que

obstruye su trayectoria ya que en en el ncleo est concentrada prcticamente

toda la materia. El ncleo se considera un conglomerado de esferas iguales

(nucleones). El radio de todo el ncleo depende de A (nmero de nucleones).

Se ha calculado su valor como: R = 1,210-15(A) 1/3. La seccin eficaz de

choque de todo el ncleo ser : 3,14 * R2.

Todos los ncleos atmicos se agrupan formando el combustible (la materia)

que es la fuente y el blanco que deben atravesar los neutrones.

Existe una probabilidad de impacto que depende no slo de la seccin eficaz

geomtrica de los ncleos, sino tambin de la velocidad del neutrn que los

atraviesa y de lo concentrados que estn los ncleos. Por todo esto se define

una seccin eficaz macroscpica( ).

Los tipos de impactos de los neutrones no siempre son procesos de fisin,

pueden ser dispersiones (cambios de direccin por choque) y absorciones

(capturas sin fisin).

Los neutrones rpidos pierden mucha energa en cada impacto, pero a medida

que decrece su velocidad la seccin eficaz del ncleo con el que impactan y la

fisin que producen se vuelve ms probable.

La distancia que recorre un neutrn entre dos eventos nucleares se llama

recorrido libre medioy es la inversa de la seccin eficaz microscpica.

Masa crtica

La masa necesaria para que la reaccin prosiga aceleradamente se le llama

masa crtica.


66/104


En el grfico se puede ver como en una

masa de 235U puro, tres ncleos de 235U, se

fisonan (se dividen en dos) y emiten tres

neutrones (lneas verdes). Algunos

escapan y otros impactan en un nuevo

ncleo al que fisionarn. En esa masa slo

hay tomos de 235U puro, ni moderadores,

ni impureza, ni 238U.

Para que la reaccin en una masa de 235U

puro sea explosiva, se requiere que el tiempo entre dos eventos (fisiones) sea

muy pequeo y que escapen muy pocos neutrones.

Para los neutrones de cada material combustible (U, Pu, etc) se establece un

recorrido medio libre de impactos de unos pocos centmetros (el que los

neutrones recorren sin producir fisin) y su correspondiente tiempo medio sin

impactos (unas diez millonsimas de segundo).

La muestra radiactiva debe tener un tamao mnimo para que los neutrones no

escapen sin impactar y la reaccin se dispare.

Suponiendo que la masa de U tiene forma esfrica, existir un dimetro mnimo

para que el neutrn choque antes de escapar para producir nuevas fisiones. A

ese dimetro mnimo le corresponde un tamao crtico de una masa que

llamamos masa crtica.

En una esfera de 235U purocon una distribucin de tomos que corresponde a

su densidad si se produce una fisin y salen tres neutrones,

estos pueden salir de la esfera sin impactar o impactar en otros

tomos. En el dibujo se ve que tres ncleosfueron alcanzados

por neutrones y de la fisin salieron tres neutrones (lneas

verdes) de cada uno, 9 en total, escapando sin impactar 7 (trayectorias verdes

salientes ). Esta reaccin decae porque slo impactaron dos neutrones.


67/104


En una esfera de 235U de mayor masa que la

esfera del ejemplo anterior, pero con la misma

densidad (reparto de tomos, manteniendo la

misma distancia), tres tomos fisionados

sueltan cada uno tres neutrones, 9 en total , de

los cuales solo escapan sin impactar tres

(trayectorias verdes).

Esta reaccin se dispara: los tres tomos

iniciales originan seis nuevas fisiones.

Para que la reaccin se mantenga existe por lo tanto una masa crtica entre las

dos mostradas en las esferas.

Para que la reaccin se dispare la masa de 235U debe ser superior a la masa

crtica -supercrtica-.

Para la primera bomba atmica explotada en Hiroshima se necesitaron

solamente unas pocas docenas de kilos de U.

En los reactores nucleares, centrales nucleares o pila atmicas, para que la

reaccin no se dispare, se frena y se controla con moderadores y barras

absorbentes el nmero de neutrones que pueden iniciar nuevas reacciones.

Adems en ellas no hay U puro, hay impurezas etc.

Recuerda que con una emisin de 3 neutrones, si todos fisionaran, se podran

iniciar tres reacciones paralelas empezando un aumento de reacciones en

progresin geomtrica.

La energa final de todos los ncleos y partculas menos la inicial constituye el

balance energtico de una reaccin. Esto se puede aplicar a la fisin (ver

problema 7).


68/104


La energa por nuclen de los ncleos masivos es del orden de los 7,5 MeV por

nuclen; la de los ncleos ligeros que se forman es de unos 8,4 MeV.

Conociendo estos valores podemos hallar el balance energtico de un proceso

de fisin.

Energa de fisin del235

U

E n el proceso de fisin de 235U se liberan unos 0,9 MeV por nuclen del

proceso.

Esto supone una liberacin de 235*0,9 Mev (unos 200 MeV) por tomo de U.

Esta energa est en forma de energa cintica de los tomos y neutrones

emitidos y en las desintegraciones, simultneas y subsiguientes, de partculas

alfa, beta y radiacin gamma.

En una pila nuclear (reaccin controlada) los neutrinos escapan y se llevan

parte de la radiacin pero an as se obtienen unos 190 MeV por tomo de U

(190 Mev = 3,0410 -11J) en la cuba en que se mantiene la reaccin .

Un mol de 235U (aprox 235 g) contiene 6,02310 23 tomos.

La fisin de un mol producir

1,8310 13julios = 1,8310 10kJ/mol = 4,310 9Kcaloras /mol

Compara esta cantidad con las 2878 kJ / mol obtenido es la combustin de 1

mol del butano (60 g).


69/104


Reactores nucleares (pilas atmicas) y centrales nucleares

Mueve la barra deslizable que introduce las varillas de cadmio hasta parar lareaccin. Pasa el puntero sobre los distintos componentes de sta central

nuclear. Observa que el vapor se descarga primero contra un primer cuerpo de

la turbina y despus, ya a baja presin, contra el segundo cuerpo. Los dos

cuerpos estn en serie y mueven el alternador.

Fermi: reactor automantenido

Investigacin bsica: Fermi

En la Universidad de Chicago, en 1942


70/104


El italiano Fermi, dirigi el equipo que demostr que un reactor nuclear podaconstruirse y tener un funcionamiento auto-mantenido y controlado.Los cientficos fabricaron con sus propias manosbloques de grafito (el mismo que elde la mina de un lpiz)para construir una pila de bloques de forma esferoidal deltamao de un aula.En estas fotos se ve a los cientficos perforando los bloques de grafito, serrndolos yapilndolos. En la ltima se ve a la derecha al propio Fermi controlando el proceso.

El grafito se utilizaba para disminuir la velocidad de los neutrones en loschoques y para retenerlos al sufrir mltiples rebotes en l. Con energas de0,12 eV (neutrones trmicos) y una velocidad media como la de las partculas

de un gas en c.n., al chocar con algn tomo de U eran capaces de fisionarlo ymantener la reaccin.

En el interior de los bloques de grafito colocaron tacos de U metlico puro(Uque contiene la proporcin de sus istopos naturales, pero sin impurezas) enuna cantidad de unas seis toneladas. El U qued distribudo de forma regularen la "pila" de grafito (apilamiento). Por motivos de seguridad perforaron en lapila unos canales en los que introdujeron seis barras de madera forrada decadmioya que el cadmio absorbe muy bien los neutrones y as impedan quese desencadenara una reaccin en cadena. Introdujeron tambin una sondapara detectar la radiacin.


71/104


La reaccin se iniciabapor la accin de un neutrn del ambiente procedente delos rayos csmicos que fisionaba el U-235 o por fisin espontnea de este. Losneutrones producidos chocaban con el grafito, perdan energa y podan:

fisionar un nuevo ncleo de U. escapar de la pila. transmutar el U-238 (que acompaa al U-235) en Pu- 239.

quedar absorbidos por los tomos productos de la fisin, por el propio U,el Pu o por los materiales del montaje.

Mientras desde una tribuna colocada en lo alto el grupo de cientficosobservaba, otro aumentaba las capas de grafito que formaban la pila. Alconstruir la capa 12 la intensidad de neutrones producidos fue tan alta que alretirar una de las barras de Cd la reaccin se mantuvo con una potencia de 0,5w elevndose hasta 200 W.

Midiendo la corriente elctrica con un galvanmetro, Fermi y su grupo comprobaronque la velocidad de la reaccin variaba al meter otra vez la barra de Cd dentro del"reactor" de grafito. La corriente que medan era la que se originaba al ionizarse ms o

menos un gas de la sonda de control.

La maana del 2 de diciembre de 1942 probaron que controlaban la reaccinintroduciendo y retirando las barras de Cd dentro del "reactor" de grafito.En plena Segunda Guerra Mundial (los alemanes acababan de invadir Rusia) enAlemania, en Leipzig (1941) y en Berln (1943), trataron de producir energa con unapila de U usando agua pesada como moderador de la velocidad de los neutrones.Quizs no lo lograron por el esfuerzo de la guerra y los bombardeos aliados.En la primavera de 1943 se desmont el laboratorio de Fermi y se construy otro cercade Chicago. ste sera el origen de ARGONNE.


72/104


La nueva pila contena 17.700 varillas de U encerradas en Al de un peso de 52toneladas, metidas en grafito y con una carcasa de grafito, madera, plomo yhormign. El tamao del reactor era de unos 10x10x6 m3. Su potencia era de 2kw y consuma 2mg de uranio/ da, produciendo 2 mg de Pu-239 (utilizado parabombas atmicas).

En septiembre de 1944 empezaron a funcionar tres plantas nucleares de unapotencia de 1 milln de kw, capaces de producir 1 kg de Pu/ da. Seconstruyeron en Hanford (zona desrtica del estado de Washington) y eranrefrigeradas por el ro Columbia que se calentaba por la gran cantidad de

energa producida. Este Pu se us para la produccin de bombas atmicas.

La bomba atmica.

A principio de 1943, bajo la direccin de J.R. Oppenheimer de la Universidadde California, empez a prepararse en Los lamos (Nuevo Mjico) una bombaatmica a base deU puro y enriquecido en su istopo 235 . Colocado demanera conveniente y en la cantidad necesaria los neutrones rpidos soncapaces de chocar con un tomo de U antes de escapar de la masa de U,desencadenar una reaccin en cadena y generar cantidades ingentes deenerga.

La bomba fue lanzada sobre Japn el 6 de agosto de 1945. La explosin deprueba se haba efectuado tres semanas antes en el desierto de Nuevo Mjicoa unos 50 km al sur de Santa Fe.


73/104


Las siguientes bombas se fabricaron con U y con el Pu obtenido en losreactores de prueba o de las centrales nucleares.El uranio usado en las bombas debe estar mucho ms enriquecido en U- 235que el usado en los reactores nucleares.Los pases que dispongan de centrales nucleares pueden obtener Pu y fabricar

bombas atmicas

Reactor nuclear.

Es el corazn de la central nuclear. El lugar donde se produce la fisin y selibera la energa.

Este es el edificio que alberga al reactor (7) de la Central de Cofrentes.

El tipo de reactor ms conocido es el reactor trmico (la fisin se produce porneutrones lentos). El combustible es U natural ( U-235 en la proporcin en quese encuentra en la naturaleza) o enriquecido en el componente 235. Lasustancia fisionable est dispuesta en barras distribuidas regularmente en elmoderador. Como moderador se emplea grafito (rebaja la velocidad de losneutrones rpidos que salen) y como refrigerante agua a presin. Paraabsorber los neutrones y frenar o detener la reaccin, se emplean barras deCd.El agua de refrigeracin del reactor est sometida a presin de 150 at yalcanza temperaturas superiores a 300C. Se hace circular a travs de un

cambiador de calor donde cede calor al agua de otro circuito secundario que secalienta, y se expande a travs de una turbina que al girar mueve un generadorde energa elctrica. Esta es la energa que se extrae de la central nuclear.

Tipos de reactores.

Se puede hacer la divisin atendiendo a diferentes criterios.

Segn el tipo de neutronesusados en la fisin se dividen en:1.- Reactor trmico. Como el 1 construido. Funciona con neutrones lentos


74/104


(trmicos) y usa como combustible el U natural (con la proporcin de istoposque se encuentran en la naturaleza, pero sin impurezas). El combustible secoloca en varillas distribuidas entre el moderador y las barras controladoras(forman un sistema heterogneo).

2.- Reactor rpido. Funciona con neutrones rpidos o de mucha energa. Elcombustible debe ser U enriquecido en su componente 235 o incluso U- 235puro. Si el combustible se halla en suspensin o en disolucin en el moderadorforma un sistema homogneo (reactores homogneos).

Segn el tipo de refrigerante1.- Refrigerados por agua (que en algunos casos puede actuar de moderador-agua pesada-).2.- Refrigerados por gas (aire -as era se refrigeraba la pila fe Fermi-, dixidode carbono, etc).3.- Refrigerados por un metal lquido (sodio, etc)

Tipos de reactores refrigerados por aguaEl fluido que retira la energa calorfica que se produce en el reactor es agua.

1.-En el tipo BWR(Boling water reactor) existe un slo circuito, el agua sevaporiza en el reactor y el vapor producido se expande contra la turbina a laque pone en movimiento. El agua enfriada en las torres de refrigeracin sehace retornar al reactor por medio de bombas.El vapor de agua de este tipo de reactores es siempre radiactivo, porque elagua contiene gases radiactivos debido a las radiaciones del reactor. Losprincipales son el 13N, 16N,17N, 18O,19O. El ms activo de todos es el 17N.Una central de este tipo es la de Cofrentes (Valencia, Espaa).

2.- El el reactor de tipo PWR (Presin water reactor) o RAP como la delesquema de la pgina existen dos circuitos de agua independientes.El agua del circuito primario, que es la que est en contacto con la radiacin,retira el calor del reactor. El agua en l se mantiene a gran presin para que nohierva y est circulando continuamente en ese circuito impulsada por bombas .El circuito primario cede calor, en un intercambiador de calor, al secundario. Enel secundario se forma el vapor que al expandirse contra la turbina produce elmovimiento. El agua de este circuito se enfra en las torres de evaporacin y se

hace recircular con bombas por el circuito secundario para volver a expandirsecontra la turbina.El agua del circuito secundario est aislada del circuito primario y no secontamina.Los efluentes que vuelven al ro estn descontaminados y enfriados para queno lo calienten..En Espaa son de este tipo las centrales de Almaraz1 y 2 y la de Trillo 1.


75/104


Central Nuclear Elctrica

Una central nuclear elctrica es un sistema de generacin de electricidad queutiliza un reactor nuclear para obtener la energa.

La animacin que figura en la pgina anterior corresponde a una central PWR.El reactor funciona tal como se relata en el apartado Reactor nuclear. Puedesmover las barras de control (de Cd) para que absorban ms o menosneutrones. Si la absorcin es muy grande no quedan neutrones libres para quecontinue la reaccin y el reactor se para.El agua del circuito primario que est sometida a gran presin cede su calor alagua del circuito secundario que se convierte en vapor. Este vapor se expandea travs de las turbinas y las hace girar. En la figura se aprovecha la cada dela temperatura del vapor en dos etapas y as mueve dos turbinas (o dos

cuerpos de la misma turbina). Las turbinas mueven un alternador y es ahdonde se produce la energa elctrica.El combustible se vuelve altamente radiactivo en el reactor. Este combustibleirradiado se almacena en piscinas y se deja "enfriar" durante 2 aos antes deenviarlo a plantas de tratamiento qumico. En estas plantas se recupera eluranio remanente y el plutonio formado y no quemado. El resto de losmateriales contaminados se procesa y almacena en forma compacta para queno entre en contacto con la biosfera. La empresa Nacional de Residuos

Radiactivos se encarga del proceso ENRESA

Estos son algunos datos de la central de Trillo1

(Foto facilitada por el Foro Nuclear). En su pginapuedes ver informacin sobre distintas centrales yhacer algn trabajo sobre ellas.

Potencia trmica del reactor 3010 MWPotencia elctrica 1066 MW . Esto supone unrendimiento de aproximadamente un 30%.

Datos de reactorDimetro = 3,45 mAltura = 3,4 m

CombustiblePeso de la carga inicial de uranio = 93,9 kgNumero de elementos de combustible 177Nmero de barras de combustible = 236Peso de un elemento de combustible 730 kg en forma de xido de uranio.Barras de controlNmero de conjuntos de control 52Nmero de barras de control por conjunto 20Sistema de generacin de vaporNmero de circuitos de refrigeracin 3Caudal total medio del refrigerante 15,8 kg/sTemperatura de entrad al reactor 293 CTemperatura de salida del reactor 352 C


76/104


Presin del sistema 158 barSuperficie de transmisin de calor 5400 m2 /GVTurbinaDe condensacin de vapor con un cuerpo de alta presin y tres cuerpos debaja presin de doble flujo

Velocidad de rotacin 3000 rpmPresin del vapor principal a la entrada 68 barCaudal total 1650 kg/sTemperatura entrada a la turbina 284CAlternadorPotencia efectiva 1066 MWFactor de potencia 0,9Frecuencia 50 HzTensin entre bornes 27000 V

Sistema de refrigeracin

Dos torres de refrigeracin naturalCaudal de refrigeracin 44.600 kg/sCaudal de extraccin del ro Tajo 1,2 m3 /s aprox.1200 kg/sCaudal devuelto al Tajo 0,6 m3/s = 600 kg/sTemperatura de entrada del condensado en la torre 37CTemperatura de salida a las balsas 26C

Primera central elctrica.

USALas centrales para el estudio de la energa atmica aplicada a usos pacficos(tomos para la Paz), se desarrollaron por el Laboratorio Nacional para lageneracin de electricidad ARGONNE (ver) .

A lo largo de 40 aos (hasta 1993) se construyeron 52 modelos de reactores enIDAHO. El primero est abierto al pblico y se considera Monumento Nacional.


77/104


.

Walter Zinn (en la foto se ve a la derecha de Enrico Fermi) fue el primer directordel proyecto que consista en calentar agua y producir vapor que, aldescargarlo sobre una turbina produca el movimiento de una bobina en uncampo magntico para generar corriente elctrica. Tena la idea, que habacompartido con Fermi, de lograr un reactor reproductorque, al mismo tiempoque produca energa, produjera tambin Pu para usar a su vez comocombustible.

W. Zinn construy el primer generador que entr en funcionamiento en 1945 ydaba energa al pequeo pueblo de Arco (situado a 32 km de la central). Queddemostrado que era posible y con ello se ponan en marcha el estudio terico y

la ingeniera necesaria para fabricar centrales nucleares.

URSSEl primer reactor empleado en la produccin de energa elctrica en la antiguaUnin Sovitica (Mosc 1954)utiliz como combustible 550 kg de Uenriquecido al 5% en U-235. Tena 60 barras de U y 18 barras de Cd.Era del tipo PWR. Utilizaba grafito como moderador y el agua, a una presin de100 at en el circuito de refrigeracin del reactor, alcanzaba los 265C.La central tena una potencia til de 5.000 KW con un rendimiento de un 17%ya que la masa desaparecida en la reaccin equivale a unos tericos 30.000KW.


78/104


Una alternativa o la alternativa?

La energa atmica, que tiene muchos detractores, es una solucin para

obtener la energa necesaria para el desarrollo de la sociedad ya que un mayorbienestar va acompaado de gran consumo de energa.El petrleo va a escasear en pocos aos y las energas alternativas (elica,solar, fotovoltaica, etc) no pueden suministrar las enormes cantidades deenerga que necesitan la industria y el transporte.La gran solucin es la energa de fusin que desgraciadamente an no estdisponible. Mientras esto no se consiga, mucha gente empieza a pensar que esmejor una contaminacin conocida, localizada y controlable, como la nuclear,que otra que estamos lanzando al medio de manera incontrolada sin saber bienlos terrible

radioactividad unfv

Documents