ENERGIA NUCLEAR Y SUS APLICACIONES

En el interior del ncleo existe una gran cantidad de partculas de igual carga elctrica, muy prxima entre s, por lo que debe existir una gran repulsin entre ellas.

Adems de esta repulsin, existen atracciones intensas de corto alcance capaces de vencer la repulsin entre protones, entre neutrones y entre protones y neutrones, y mantener unido el ncleo, esta fuerza es llamada interaccin nuclear fuerte y existe solo en el ncleo atmico.FUERZA NUCLEAR

EMISIONES RADIACTIVASA) EMISIN DE PARTCULA ALFA

EMISIONES RADIACTIVASB) EMISIN DE BETA NEGATIVO (NEGATRN)

EMISIONES RADIACTIVASB) EMISIN DE BETA POSITIVO (POSITRN)

La relacin de equivalencia entre masa y energa que permite calcular la cantidad de energa liberada, se expresa : E = (m) c2 E = energa de los productos energa de los reactantesm = masa de los productos masa de los reactantesC = velocidad de la luz, que es igual a 3,00*108 m/s

TEORA DE LA RELATIVIDAD

Los ncleos radiactivos, es decir, los ncleos inestables que se encuentran fuera de la franja de estabilidad, sufren desintegraciones en etapas sucesivas. A este conjunto de etapas se le llama serie de desintegraciones radiactivas, que son secuencias de reacciones nucleares que culminan en la formacin de un istopo estable.

SERIE RADIACTIVA

SERIE DE DESINTEGRACION DEL URANIO -238Responde:Qu pierde el Uranio a medida que se desintegra?

Hay alguna relacin entre tomo (ncleo) inestable y la cantidad de istopos?

Cmo podemos convertir el Uranio en Plutonio?

ECUACIN RADIACTIVA

VIDA MEDIA ( t1/2 ) Este concepto se utiliza para referirse a la velocidad con que ocurren las desintegraciones nucleares y se define como el tiempo que se necesita para que la concentracin de un reactivo disminuya a la mitad de su concentracin inicial.CINETICA DE DESINTEGRACIONES RADIACTIVAS

GRFICO DE VIDA MEDIA

Como todos los procesos de desintegracin siguen cinticas de primer orden. La ley de velocidad para el decaimiento radiactivo en un tiempo t ser: v = k N k = constante de velocidadN = nmero de ncleos radiactivos existentes en un tiempo t VELOCIDAD DE DESINTEGRACION RADIACTIVA

As para una reaccin de primer orden se establece que: ln * N / N0 = -ktDonde:N0 = nmero de ncleos radiactivos existentes al inicioSiendo la ecuacin de vida media para la reaccin: t1/2 = 0,693/ kECUACIONES DE VIDA MEDIA

El decaimiento radiactivo sigue una cintica de primer orden, siendo la ecuacin ; ln * N/N0 = -ktComo no se tiene el valor de k , se calcula de t1/2 = 0,693/ kEntonces : k = 0,693 / t1/2 k= 0,693 / 5,2 = 0,13 aos-1 , reemplazando en la ecuacin:ln N - ln1.000 = -0,13 aos-1 * 15 aos ln N - ln1.000 = -0,13 aos-1 * 15 aos ln N 6,90 = -1,95lnN = -1,95 + 6,90lnN = 4,96N = e4,96 (shift ln4,96)N = 142,23 g

Ejemplo: La vida media del radioistopo de cobalto 60 , es de 5,2 aos. Si en un hospital se tiene 1.000g de este radioistopo, qu masa del istopo quedar despus de 15 aos?.

Proceso en el cual se divide un ncleo pesado 8( A > 200 ) para formar ncleos ms livianos y uno o ms neutrones. Los ncleos formados son ms estables y tienen mayor energa de enlace, por lo que se libera gran cantidad de energa.Una de las caractersticas ms importantes de la fisin nuclear es que produce ms neutrones que los capturados al inicio del proceso, por lo que se produce una reaccin en cadena , es decir, una secuencias de reacciones nucleares de fisin. Sin embargo, para que ocurra una reaccin en cadena, debe existir una mnima cantidad de ncleos fisionables, conocida como masa crtica.FISIN NUCLEAR

FISIN NUCLEAR

Proceso en el cual ncleos livianos se fusionan para formar un ncleo ms pesado y estable. En el proceso se libera gran cantidad de energa.Las reacciones de fusin tambin son llamadas reacciones termonucleares , porque solo se llevan a cabo a temperaturas muy elevadas. Esta es la razn por la que el sol mantiene su temperatura.El sol genera la mayor parte de su energa de la fusin de los ncleos de H y He, istopos que lo componen , o de la combinacin de estos. A travs de las siguientes reacciones:1H1 + 2H1 3He2 3He2 + 3He2 4He2 + 2 1H11H1 + 1H1 2H1 + 0e-1

FUSION NUCLEAR

FUSION NUCLEAR

Reacciones NuclearesUnas de las reacciones pacificas de la fisin nuclear son los reactores nucleares, sistema construido para generar energa elctrica aprovechando el calor desprendido de una reaccin en cadena controlada.Los reactores nucleares estn formados por:Combustible, que es un material fisionable, como mineral de uranio natural (0,79% de 235U92 ) o enriquecido (3 o 4% de 235U92 ) Moderador , que es un material que disminuye la velocidad de los neutrones producidos en la fisin. Puede ser agua para el U enriquecido agua pesada o grafito, para el U natural.APLICACIONES DE LA ENERGIA NUCLEAR

Reflector ,como agua o grafito, que disminuye la prdida de neutrones provenientes de la zona del combustible, los que son necesarios para la reaccin en cadena.Barras de control , barras de Cd o B que regulan el flujo de neutrones.Refrigerante, que extrae el calor generado por el combustible transfirindolo fuera del corazn del reactor. Este calor es transportado hacia un sistema donde se produce suficiente vapor de agua para hacer funcionar el generador elctrico.

REACTORES DE INVESTIGACIONUtilizan los neutrones producidos en la fisin nuclear para generar radioistopos o para el estudio de diversos materiales . (Reactor de submarino nuclear argentino)

Una central nuclear esta formada por una o ms reactores nucleares conectados a un sistema de generacin elctrica.CENTRAL NUCLEAR

Las aplicaciones ms destructivas de la fisin nuclear son las bombas atmicas.Una bomba atmica se forma con un explosivo comn como el TNT, el cual ,al estallar, obliga a que se unan las secciones de material fisionable y se forme una cantidad de masa crtica considerablemente mayor producindose la reaccin en cadena.La relacin de masa y energa entre una bomba de TNT y una bomba atmica se puede ver en el siguiente ejemplo.

APLICACIONES BELICAS: BOMBAS ATMICAS

BOMBA DE TNTBOMBA ATOMICA PEQ.20.000 TONELADAS940 g8*1013 J8*1013 J

Es una bomba basada en la fisin nuclear, la cual usa como combustible U, Pu o la mezcla de ellos. Generalmente se instalan en los misiles. Este tipo de bomba fue utilizada en la segunda guerra mundial, en Hiroshima el material fisionable era U-235 , y en Nagasaki , Pu 239.La bomba A lanzada sobre Hiroshima y Nagasaki tena un poder destructivo equivalente a 12 kt equivalente a mil toneladas de TNT.BOMBA ATOMICA A

BOMBA ATOMICA A

Tambin conocida como termonuclear , es un abomba basada en la fusin nuclear. Se compone de deuterio de litio.Para que una bomba termonuclear detone debe producir primero una fisin nuclear que genere la temperatura necesaria para provocar la fusin. Esto solo se logra haciendo explotar previamente una bomba A.BOMBA ATOMICA DE H

BOMBA ATOMICA DE H

Caso modificado de la bomba de H . En esta se reduce al mximo el proceso de fisin, obteniendo menor onda expansiva o pulso trmico, pero unas 7 veces ms radiacin ionizantes (rayos X y ) que una bomba A o de H, que liberan 50% de energa mecnica, 35% de radiacin trmica y solo el 15% de radiacin ionizante.La bomba de neutrones tiene un corto perodo de radiacin y bajo poder de destruccin en las construcciones; sin embargo, las emisiones encuentran dentro de edificios o automviles.La bomba de H y las de neutrones solo han sido utilizadas en pruebas experimentales.BOMBA DE NEUTRONES

BOMBA DE NEUTRONES

La radiacin provoca excitacin o ionizacin de la materia.Excitacin , producida por la radiacin no ionizante, es decir, cuando los electrones que constituyen los tomos o molculas se mueven en estados de mayor energa.Ionizacin , producida por la radiacin ionizante, es decir, cuando se saca un electrn de un tomo o molcula para formar un in o un radical libre.Par los seres vivos las radiaciones ionizante es ms peligrosa, esto se debe a que tiene una mayor frecuencia y menor longitud de onda. Ejs: rayos gamma, los rayos X y la lux UVEFECTOS DE LA RADIACION

EFECTOS DE LA RADIACION

Cientficamente se ha establecido normas que regulan la exposicin a la radiacin. Estas normas establecen las relaciones que existen entre la dosis y la duracin de la exposicin a la radiacin, indicando los efectos biolgicos que producen. Para medir la energa de una cantidad determinada de radiacin se han establecido las siguientes unidades:Unidades SI de dosis absorbidagray (Gy) esta unidad corresponde a la absorcin de 1 J de energa por Kg de tejido.rad (radiation absorbida dose) unidad ms utilizada en medicina.Equivalencia entre 1Gy = 100 radDOSIS DE RADIACION

SIEVERT ( Sv) y rem se utilizan para expresar el dao biolgico en trminos de las cantidades reales de radiacin absorbida.La equivalencia entre 1Sv = 100 remLa radiacin de fondo recomendable en un ao, para una persona, no debe superar los 0,005 Sv, siendo la radiacin recibida proveniente de fuentes naturales igual a unos 0,003 Sv.

UNIDADES PARA EXPRESAR EL DAO BILOGICO

EFECTOS DE LA RADIACIN

Son producidos en los reactores nucleares de investigacin. El comportamiento qumico es idntico aun istopo estable del mismo elemento, pero son detectados ubicando la radiacin que emite. Estos istopos son una herramienta muy til, ya que se pueden utilizar como trazadores en reacciones qumicas biolgicas y no biolgicas. Por ejemplo, en medicina, industria y agricultura.

ISOTOPOS RADIACTIVOS

Son una herramienta fundamental para detectar y tratar algunas enfermedades. As por ejemplo, utilizando radiofrmacos de vida media discreta, se pueden estudiar rganos y tejidos sin alterarlos. Una pequea dosis de radiofrmacos se da al paciente, ya sea por va intravenosa o por va oral, y a travs de un dispositivo de deteccin se sigue el recorrido hasta que se concentra en un rgano o tejido. La radiacin emitida por este permite crear una imagen del rgano la cual es reproducida para examinar.

TRAZADORES EN MEDICINA

ISTOPOS EN MEDICINA

Se introducen en determinados procesos e investigan las diversas partes que lo componen.Ej.: para detectar fugas de gases o lquidos que son transportados a travs de caeras por diversos circuitos, como los conductores subterrneos de un oleoducto.Para imgenes de piezas internas de diferentes estructuras, utilizando radiografas en base a rayos gamma, conocidas como gammagrafas, usadas para comprobar la calidad de soldaduras en piezas metlicas y cermicas.

TRAZADORES EN LA INDUSTRIA

Para llevar a cabo estudios sobre la efectividad de determinados nutrientes para as poder utilizarlos adecuadamente en diversos cultivos.Se logra introduciendo un istopo como el P 32, en un fertilizante para marcarlo, luego se incorpora el fertilizante en el suelo en tiempos y cultivos diferentes; as ser posible determinar qu cantidad y en que poca del ao aplicar el fertilizante par obtener mayor productividad.Con ste mtodo es posible lograr cultivos ms resistentes a las plagas o controlar altas plagas suministrando altas emisiones de radiacin ionizante en la poblacin de insectos machos, ya que as no dejan descendencia.TRAZADORES EN LA AGRICULTURA

Para detectar y analizar diversos contaminantes. Para realizar se irradia una muestra de agua o suelo obteniendo los espectros gamma que emite, para finalmente procesar la informacin.Este mtodo es utilizado para investigar los daos causados por derrames de petrleo, contaminacin por dixido de carbono, contaminacin o liberacin de gases a nivel del suelo.TRAZADORES EN LOS ESTUDIOS AMBIENTALES