UNIDAD 3: FEN

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UNIDAD 3 FENÓMENOS NUCLEARES Y SUS
APLICACIONESENERGÍA NUCLEAR
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El átomo por dentro

• El átomo está formado de
• Protones (p) se ubican en el núcleo
• Neutrones (n) del átomo
• Electrones (e-) Se ubican girando alrededor del
  núcleo

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ÁTOMO
CORTEZA
NÚCLEO
MODELO MECANICO - CUÁNTICO
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Modelos atómicos
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• El átomo es eléctricamente neutro, es decir la
  cantidad de protones (p) es igual a la de
  electrones (e-).
• De la cantidad de protones y neutrones se derivan
  dos conceptos
• Z número atómico, representa la cantidad de
  protones que posee el átomo.
• A número másico, representa la cantidad de
  protones y neutrones que posee el átomo
• Recordar que la masa del e- es 1837 veces más
  pequeña de la del p o n y por esto se desprecia

A p n
A Z n
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• La identidad de un elemento está determinada
  siempre por el número de protones del núcleo, es
  decir, por su número atómico.

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El núcleo del átomo

• Descubrimiento del núcleo del átomo

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Ernest Rutherford (1871-1937)

• Disparó partículas alfa () contra finas láminas
  de oro para analizar sus átomos.
• La mayor parte atravesaron la barrera.
• Otras fueron levemente desviadas.
• Unas pocas rebotaron en algo sólido, compacto y
  denso.

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Según los resultados Rutherford postuló

• El átomo esta formado por una región central
  positiva la llamo núcleo.
• El núcleo reúne la mayor parte de la masa
  atómica.
• En el átomo existen grandes espacios donde se
  encuentran los electrones

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Isótopos

• Son átomos de un mismo elemento que poseen
  diferente número másico, es decir, diferente
  cantidad de neutrones

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Cálculo de la masa atómica promedio en los
isótopos

• Masa atómica A abund A abund
• promedio 100
• Ejercitemos

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Isóbaros

• Son átomos de diferentes elementos, diferente
  número atómico (Z), pero poseen igual número
  másico (A)
• Ej
• y

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Isotónos

• Átomos con igual número de neutrones

• Ej Boro-12 y Carbono-13 ambos tienen 7 neutrones

• 512B nº12-57
• 613C nº13-67

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RADIACTIVIDAD

• Corresponde al rompimiento de algunos núcleos
  atómicos que emiten radiaciones, transformándose
  en núcleos distintos

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Henri Becquerel (1852-1908)

• Descubre accidentalmente la radiactividad
• Con el mineral de uranio que puso en una placa
  fotográfica, esta se velo.
• Concluyó que emitía radiación en forma
  espontánea.

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Marie Sklodowska(1867-1934) y Pierre Curie
(1859-1906)

• Comenzaron a buscar otras sustancias radiactivas
• Comprobaron que todos los minerales de uranio las
  emitían.
• Descubren el polonio (Po) y el radio (Ra)
• Video vida de Marie Curie

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Emisiones radiactivas son de 3 tipos

• A) Rayos alfa (a)
• B) Rayos beta (ß)
• C) Rayos gamma (?)

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Rayos alfa (a)

• Partículas formadas por 2 protones y dos
  neutrones, carga igual a 2
• Es idéntica a un núcleo de helio
• Como tienen masa elevada viajan con poca
  velocidad.
• Tienen gran poder ionizante
• Menos poder de penetración

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Rayos beta (ß)

• También son haces de partículas y se representan
  como
• Son idénticas a los electrones, poseen carga -1
• Son 7000 veces más pequeñas que las alfa
• Viajan a una velocidad cercana a la luz
• Poseen poder de penetración medio

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Rayos gamma (?)

• Es una radiación electromagnética idéntica a la
  de la luz, pero con contenido energético muy
  superior.
• Son como sutiles agujas , desprovistos de masa.
• Atraviesan la materia con amplios recorridos sin
  ser detenidos fácilmente.
• No poseen carga (0)

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(No Transcript)
22
Cómo son detenidas las radiaciones?
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(No Transcript)
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Elementos Radiactivos

• Existen núcleos de átomos estables, es decir, la
  cantidad de p y n son iguales o mayor cantidad
  de neutrones lo que permite su estabilidad.
• Existen núcleos de átomos inestables, es decir la
  relación de p y n hace que se escapen
  partículas de su núcleo lo que se conoce como
  RADIACIONES

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ELEMENTO RADIACTIVO

• Son aquellos que poseen alguna proporción de
  átomos con núcleos inestables.
• Se van desintegrando en sucesivas etapas hasta
  formar núcleos estables.
• Todos los elementos cuyo Z gt83 son radiactivos.
• Actividad Revisa la tabla periódica Cuántos
  elementos radiactivos hay?

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Desintegración nuclear

• Ocurre en núcleos inestables para corregir la
  relación cuantitativa entre p y n
• Se produce principalmente cuando
• Los núcleos son de gran masa
• Los núcleos poseen exceso de neutrones
• Los núcleos poseen exceso de protones

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a) Núcleos de gran masa

• Ocurre en núcleo con Z83
• La fuerza de repulsión entre los p tiende a
  superar la fuerza nuclear.
• Para estabilizarse liberan partículas alfa, es
  decir, 2 p y 2 n

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b) Núcleos con exceso de neutrones

• Debe aumentar su cantidad de p.
• Por lo que libera partículas negativas de su
  núcleo
• Estos son rayos beta negativos

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c) Núcleos con exceso de protones

• Debe aumentar su cantidad de n.
• Se liberan los positrones que corresponden a
  rayos beta positivos
• CONCLUSIÓN
• La desintegración radiactiva está determinada por
  la proporción de p y n de un núcleo

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• RADIACIONES A LAS QUE ESTA EXPUESTO EL SER HUMANO

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VIDA MEDIA

• Es el tiempo que necesita la mitad de los átomos
  de una determinada muestra en sufrir un
  decaimiento radiactivo.

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VIDA MEDIA
Tiempo después de iniciado el experimento (en años) Masa de la muestra de Ra-226 (g) Número de átomos de Ra-226 que permanece Fracción que permanece de la muestra original
Comienzo 226 6x1023 Completa
1600 113 3x1023 1/2
3200 56,6 1,5x1023 1/4
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VIDA MEDIA
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• Los valores de vida media varían
• Ejemplo
• Vida media del He-5 es de 2x10-21 seg.
• Vida media del U-235 es de 7,1x108 años
• Vida media del U-238 es de 4,5x109 años
• ACTIVIDAD Dada la siguiente carta responde las
  preguntas planteadas

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(No Transcript)
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ACTIVIDAD
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ENERGÍA NUCLEAR

• Es la energía obtenida a partir de las reacciones
  nucleares.

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REACCIONES NUCLEARES

• En el núcleo del átomo existen 2 tipos de fuerza
• La de repulsión eléctrica que tiende a separar
  los protones
• La fuerza nuclear que mantiene a los p y n
  unidos
• Para romper un núcleo se debe vencer la fuerza
  nuclear y para agregarle p y n se requiere
  superar la fuerza eléctrica
• AMBOS PROCESOS LIBERAN GRAN CANTIDAD DE ENEGÍA
  NUCLEAR

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(No Transcript)
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• Las reacciones nucleares son de 2 tipos
• Fisión nuclear
• Fusión nuclear

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FISIÓN NUCLEAR

• Cuando un núcleo pesado se somete a un bombardeo
  con neutrones este se divide, se forman núcleos
  más pequeños y estables

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(No Transcript)
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FUSIÓN NUCLEAR

• Es la unión de 2 núcleos pequeños para formar
  núcleos más pesados y estables.
• Para que se lleven a cabo es necesario altas
  temperaturas, 100 millones de grados Celsius.
• No son contaminantes

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(No Transcript)
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REACCIÓN EN CADENA

• En la fisión nuclear se liberan n y estos siguen
  reaccionando con más núcleos de U-235 o Pu-239 lo
  que hace que se libere mucho calor y la reacción
  continúa.
• La reacción solo es posible si hay una mínima
  cantidad de núcleos fisionables (MASA CRÍTICA)
• Video energía
• nuclear

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Aplicaciones de la energía nuclear

• Obtención de electricidad
• Producción de radioisótopos
• En la medicina
• En la industria
• En la agricultura
• ACTIVIDAD SEGÚN GUÍA DE ESTUDIO EXPLICA CADA UNA
  DE LAS ANTERIORES

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Obtención de electricidad

• Fisión de los núcleos de uranio o plutonio
• Se libera energía a la forma de calor
• Calienta el agua para hervirla
• El vapor de agua mueve las turbinas
• El movimiento se transforma a energía eléctrica.
• Se distribuye para su consumo

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Producción de radioisótopos

• Se obtienen de los reactores nucleares
• Se utilizan como trazadores en los procesos
  químicos y biológicos
• Se introduce en el ser vivo para estudiar los
  procesos que en el ocurren

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En la medicina

• Para tratamiento y diagnóstico de las
  enfermedades
• Se da una pequeña dosis a los pacientes lo que
  permite estudiar la función de ciertos órganos.
• Ejemplo Na para el corazón y I para la tiriodes

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En la industria

• Los trazadores permiten localizar fugas de
  líquidos o gases en cañerías subterráneas
• Ejemplo en oleoductos

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En la agricultura

• Conservan los vegetales más frescos ya que matan
  las bacterias que causan la descomposición
• Para el estudio de los procesos que ocurren en
  las plantas

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CENTRAL NUCLEAR
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Reactor Nuclear
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Elementos de un Reactor Nuclear

• 1. Núcleo
• 2. Barras de control
• 3. Generador de vapor
• 4. Presionador
• 5. Vasija
• 6. Turbina

• 7. Alternador
• 8. Bomba
• 9. Condensador
• 10. Agua de refrigeración
• 11. Contención de hormigón

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Qué es un Reactor Nuclear?

• Es una instalación física donde se produce,
  mantiene y controla una reacción nuclear en
  cadena.
• En un reactor nuclear se utiliza un combustible
  adecuado que permita asegurar la normal
  producción de energía generada por las sucesivas
  fisiones.
• Algunos reactores pueden disipar el calor
  obtenido de las fisiones, otros sin embargo
  utilizan el calor para producir energía eléctrica.

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Partes de un reactor nuclear

• 1.- Barras de Combustible
• Son el lugar físico donde se confina el
  Combustible Nuclear. Algunas Barras de
  Combustible contienen el Uranio mezclado en
  Aluminio bajo la forma de láminas planas
  separadas por una cierta distancia que permite la
  circulación de fluido para disipar el calor
  generado. Las láminas se ubican en una especie de
  caja que les sirve de soporte.

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• 2.- Núcleo del Reactor
• Está constituido por las Barras de Combustible.
  El núcleo posee una forma geométrica que le es
  característica, refrigerado por un fluido,
  generalmente agua. En algunos reactores el núcleo
  se ubica en el interior de una piscina con agua,
  a unos 10 a 12 metros de profundidad, o bien al
  interior de una vasija de presión construida en
  acero.

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• 3.- Barras de Control
• Todo reactor posee un sistema que permite iniciar
  o detener las fisiones nucleares en cadena. Este
  sistema lo constituyen las Barras de Control,
  capaces de capturar los neutrones que se
  encuentran en el medio circundante. La captura
  neutrónica evita que se produzcan nuevas fisiones
  de núcleos atómicos del Uranio. Generalmente, las
  Barras de Control se fabrican de Cadmio o Boro.

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• 4.- Moderador
• Los neutrones obtenidos de la fisión nuclear
  emergen con velocidades muy altas (neutrones
  rápidos). Para asegurar continuidad de la
  reacción en cadena, es decir, procurar que los
  nuevos neutrones sigan colisionando con los
  núcleos atómicos del combustible, es necesario
  disminuir la velocidad de estas partículas
  (neutrones lentos). Se disminuye la energía
  cinética de los neutrones rápidos mediante
  choques con átomos de otro material adecuado,
  llamado Moderador.
• Se utiliza como Moderador el agua natural (agua
  ligera), el agua pesada (deuterada), el Carbono
  (grafito), etc.

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• 5.- Refrigerante
• El calor generado por las fisiones se debe
  extraer del núcleo del reactor. Para lograr este
  proceso se utilizan fluidos en los cuales se
  sumerge el núcleo. El fluido no debe ser
  corrosivo, debe poseer gran poder de absorción
  calorífico y tener pocas impurezas. Se puede
  utilizar de refrigerante el agua ligera, el agua
  pesada, el anhídrido carbónico, etc..

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• 6.- Blindaje
• En un reactor se produce gran cantidad de todo
  tipo de radiaciones, las cuales se distribuyen en
  todas direcciones. Para evitar que los operarios
  del reactor y el medio externo sean sometidos
  indebidamente a tales radiaciones, se utiliza un
  adecuado Blindaje Biológico que rodea al
  reactor. Los materiales más usados en la
  construcción de blindajes para un reactor son el
  agua, el plomo y el hormigón de alta densidad,
  con a los menos 1,5 metros de espesor.