Fenómenos nucleares

ÍndiceTema:

ObjetivosMarco teóricoEmisiones radiactivasDesintegración

radiactivaFusión nuclearFisión nuclearEjemplos uso bélico y

pacífico e. nuclearConclusiónBibliografía

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Objetivos1)Explique qué son las emisiones

radioactivas.2)Explique qué es la desintegración

radiactiva.3)Explique qué es la fusión nuclear.4)Explique qué es la fisión nuclear.5)Indique y explique a lo menos tres

ejemplos de uso bélico y tres de uso pacífico de la energía nuclear.

Marco teórico:Hoy, en la química nuclear se estudian las reacciones que implican modificaciones en el numero de protones y neutrones de los átomos. Esta rama de la química es posible gracias al descubrimiento del fenómeno de la radiactividad por el científico francés Antoine Henry Becquerel en 1896 y posteriormente por los estudios realizados por los esposos Curie.La radiactividad es una de las emisiones de energía atómica mas sorprendentes y de mayor utilidad en nuestros días. Fue descubierta accidentalmente cuando, estudiando un mineral de Uranio, Becquerel observó fosforescencia (propiedad de ciertos materiales que les permite absorber energía y emitirla luego en forma de radiación) en el mineral sin que éste fuera expuesto previamente a la luz. Así se comprobó que el mineral emitía radiación capaz de marcar una placa fotográfica, pero que a diferencia de los rayos X , estas emisiones eran espontáneas del material Uranio.

Fue así como luego, la física polaca Marie Curie y su esposo, comenzaron a estudiar el fenómeno y descubrieron que otros minerales tenían la misma propiedad que el Uranio (tales como el Polonio y el Radio), por lo que determinaron que el fenómeno era exclusivo del núcleo de los átomos.

Finalmente M. Curie propuso el termino radiactividad para todas las radiaciones espontáneas de partículas de energía.

Luego, en 1902 se demostró que la radioactividad genera transformaciones espontáneas, por lo que un elemento puede transformarse en otro; fue tan solo un tiempo después de eso cuando los Curie (al aislar el Radio y obtener su masa atómica) identificaron los distintos tipos de emisiones, su intensidad, naturaleza y desintegraciones.

A través de este informe, explicaremos las emisiones atómicas, desintegraciones, los fenómenos radiactivos y los efectos de la radiactividad en nuestros días.

Para que exista radiación, es necesario contar con un átomo que presente un núcleo inestable (inestabilidad de masa o energía).

Si éste puede emitir radiación de forma espontánea, estamos en presencia de una radiación del tipo natural. Estas radiaciones ocurren con liberación de energía y muchas veces acompañada de partículas con masa (neutrones por ejemplo).

En cambio, hablamos de radiaciones artificiales cuando se desestabiliza un núcleo artificialmente por impacto de partículas subatómicas o por colisiones con otros núcleos (por ejemplo los reactores nucleares). Así, es posible generar emisiones desde el núcleo de átomos no radiactivos. En este caso también se libera energía y los núcleos hijos generados (o masa remanente) son siempre mas estables que su predecesor.

Emisiones radiactivas

En la primera reacción observamos como un átomo de Polonio inestable emite de manera espontánea y natural partículas alfa en forma de helio, resultando así la creación de un átomo de Plomo.

En la segunda reacción observamos como un átomo de Aluminio (estable) es intervenido o manipulado artificialmente al ser bombardeado por una partícula alfa, de esta manera se obtiene un átomo de Fosforo y se libera un neutrón.

EMISION DE PARTICULAS ALFA:

Corresponde a partículas con carga eléctrica positiva +2 y con 4 unidades de masa atómica ( 2 neutrones y 2 protones). Corresponde a núcleos de Helio, los cuales presentan poco poder de penetración y gran capacidad ionizante. Se emite o da liberación a grandes cantidades de energía por medio de partículas de gran tamaño o por núcleos con gran masa. Esta radiación es dañina para el cuerpo humano cuando se inhala o se ingiere.

Por ejemplo:

Existen tres tipos de emisiones radiactivas:

• Aquí el átomo de Uranio emite una partícula alfa (en forma de Helio), por lo que disminuye su número atómico y el Uranio se transforma en Torio.

EMISIONES DE PARTICULAS BETA: • Son partículas con carga negativa( electrones) que viajan a gran

velocidad y que son poco ionizantes. Se desvían frente a un campo electromagnético y son mucho más penetrantes que las radiaciones alfa (incluso pueden producir quemaduras graves en la piel). Las emisiones beta provienen del núcleo producto de la desintegración de un neutrón (también se pueden emitir antineutrinos, partículas sin carga que poseen una masa inferior a 4x10^-5 de la masa del electrón). El átomo que queda finalmente aumenta su número atómico en 1, pero mantiene su masa (protón y neutrón tienen masas muy similares, 1 uma). Se deduce que cada vez que un átomo radiactivo emita una partícula beta, el núcleo hijo será isóbaro del átomo que lo genero.

Por ejemplo:

• Aquí el átomo de Torio, producto de la desintegración de uno de sus neutrones, emite un electrón, formándose así el átomo Protactinio, isóbaro del átomo Torio que lo generó.

EMISIÓN DE RAYOS GAMMA: Corresponde a la radiación electromagnética de alta energía y

de onda corta. Posee una alta tasa de penetración. El núcleo emite un fotón el cual no posee masa ni carga eléctrica. Si bien se conocen algunos isótopos que emiten rayos gamma de forma pura, esta emisión tiene lugar cuando un radioelemento existe en dos formas diferentes, los llamados isómeros nucleares, que tienen el mismo número atómico y número másico pero con distintas energías. La emisión de rayos gamma acompaña a la transición del isómero de mayor energía a la forma de menor energía. En la emisión de rayos gamma no hay cambios en el número de protones y neutrones en el núcleo, por lo tanto, no hay transmutación ( cambio en la identidad de un átomo o en el número Z del elemento). Estas partículas pueden causar graves daños al núcleo de las células, es por eso que se ocupan para esterilizar equipos médicos y alimentos.

• Un ejemplo de isomería nuclear es el isótopo Protactinio 234, el cual existe en 2 estados de energía diferentes, en este ejemplo el Protactinio al emitir un fotón en forma de rayos gamma indica la transición de un isótopo al otro:

Radioprotección

Dependiendo de el tipo de emisión existen diferentes materiales que se usan como medio de blindaje. Por ejemplo:

Las partículas alfa interaccionan con el medio absorbiéndose completamente. Su alcance es de unos pocos centímetros en el aire. Cualquier partícula alfa es detenida por una hoja de papel o por la capa basal de la piel.

Las partículas beta tienen mayor alcance que las alfa y pueden ser absorbidas por materiales poco densos como el aluminio. Una característica particular es que, cuando se absorben por elementos de alto número atómico, como el Plomo, producen radiación X de frenado.

La radiación gamma es de alta energía, la que se detiene con bloques de Plomo, hormigón, o materiales densos.

Los neutrones pueden ser detenidos (absorbidos) tanto por bloques de agua como de hormigón.

DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA La desintegración radiactiva es la liberación de los

excesos de energía de los átomos inestables con el fin de lograr una configuración estable. Son otras formas anexas de emisión atómica; estas son, la captura electrónica y la emisión de positrones.

1) LA EMISIÓN DE POSITRONES:

La emisión de positrones se produce cuando un protón del núcleo se transforma en un neutrón emitiendo una partícula denominada positrón.

En este caso, el átomo de boro, que originalmente tenia 5 protones, emite un Positrón , convirtiéndose en un átomo de Boro de 4 protones.

Cuando un positrón choca con un electrón, ambos desaparecen y se emiten dos fotones de radiación gamma en un proceso llamado aniquilación.

Los positrones se consideran antimateria debido a que al encontrarse con su contraparte (electrones) se destruyen.

(Ejemplos cotidianos sobre donde se usan los positrones)

2) LA CAPTURA ELECTRONICA:

Se produce captura electrónica cuando un electrón proveniente de las capas más internas del átomo cae dentro del núcleo con lo cual un protón se transforma en neutrón. Esto provoca una disminución en el número atómico, pero se mantiene constante el número de masa.

Por ejemplo:

En este caso, un electrón del átomo Berilio, al caer dentro del núcleo transforma un protón en neutrón, por lo que el Berilio pierde un protón y adquiere el número atómico del Litio.

Nomenclatura estandarizada para las emisiones

Ahora bien, la desintegración de un cuerpo radiactivo también corresponde al periodo de tiempo en el que el núcleo de un átomo radiactivo se va a desintegrar. Esto es un proceso estadístico, pues no podemos conocer o predecir en que instante se desintegrará un núcleo concreto, ni qué núcleo se va a desintegrar en un determinado instante, pero si tomamos un número muy grande de átomos de un mismo nucleído ( lo que queda de un núcleo cuando este se desintegra) , gracias a la ley de la desintegración radiactiva, podemos obtener, al menos, como promedio, su periodo de desintegración.

Esta ley, nos demuestra que la probabilidad de que se desintegre un átomo radiactivo permanece constante a lo largo del tiempo. Esto significa que al desintegrarse una sustancia radiactiva, la cantidad de ella que no se ha desintegrado disminuye exponencialmente con el tiempo; está dada par la fórmula:

N   =   N0 ·   2−t/T

N .... número de núcleos sin desintegrarN0 ... número de núcleos que hay inicialmente t .... tiempoT .... tiempo de vida media

¿QUÉ ES LA VIDA MEDIA O PERIODO DE SEMIDESINTEGRACIÓN?

Es el tiempo que tarda un elemento radiactivo en reducirse a la mitad de su masa inicial, independiente de la cantidad de muestra (masa) radiactiva. Las vidas medias de los elementos alcanzan desde una fracción de segundo, hasta miles de millones de años.

Por ejemplo:

Al final de cada periodo, la radiactividad se reduce a la mitad de la radiactividad inicial.

Ahora bien, para medir la velocidad o rapidez de las emisiones se utiliza una constante denominada K , valor que cuantifica el tiempo que tarda cada elemento en desintegrarse a la mitad. Aquí presentamos el porcentaje de masa residual (que se va desintegrando) de cada elemento por cada vida media:

• Cada elemento posee su propio tipo de emisión y vida promedio de desintegración, aquí hay algunos ejemplos:

DECAIMIENTO RADIACTIVO Cuando un núcleo atómico inestable, emite radiaciones y/o

partículas, con ello, modifica su número atómico y se estabiliza; a la sucesión de reacciones que ocurren para lograr ese objetivo se les denomina decaimiento radiactivo.

Aquí se muestra que aquellos núcleos sobre el cinturón de

estabilidad, pueden estabilizarse emitiendo partículas beta,

pues así disminuyen la cantidad de neutrones.

En cambio, los núcleos que están bajo el cinturón, necesitan aumentar la cantidad de protones, emitiendo un positrón o bien realizando una captura electrónica.

Los núcleos con Z sobre 84 emitirán partículas alfa y así se acercaran a la estabilidad.

SERIES RADIACTIVAS Cuando un núcleo radiactivo emite

partículas y se transforma en otro, se estabiliza, pero no siempre, de modo que el nuevo núcleo sigue emitiendo partículas o energía.

Se denomina series radiactivas al proceso completo que se inicia con el núcleo radiactivo y que termina luego de sucesivas emisiones y transmutaciones en otro más estable.

He aquí una de las series radiactivas mas estudiadas, Uranio-238:

FUSIÓN NUCLEAR Es una reacción nuclear en la que dos núcleos

de átomos ligeros, en general el hidrógeno y sus isótopos (deuterio y tritio), se unen para formar otro núcleo más pesado. Generalmente esta unión va acompañada con la emisión de partículas (por ejemplo neutrones). Esta reacción libera o absorbe una gran cantidad de energía en forma de rayos gamma y energía cinética de las partículas emitidas. Esto permite a la materia entrar en estado de plasma (cuarto estado de la materia; se forma bajo temperaturas y presiones extremadamente altas, haciendo que los impactos entre los electrones sean muy violentos, separándose del núcleo y dejando sólo átomos dispersos que tienen la capacidad de conducir electricidad, por ejemplo el sol). Si los núcleos que se van a fusionar tienen menor masa que el hierro se libera energía. Por el contrario, si los núcleos atómicos que se fusionan son más pesados que el hierro la reacción nuclear absorbe energía.

EN LA NATURALEZA: Las estrellas, incluido el Sol,

experimentan constantemente reacciones de fusión nuclear. La luz y el calor que percibimos del Sol es el resultado de estas reacciones: núcleos de hidrógeno chocan entre sí, y se fusionan dando lugar a un núcleo más pesado de helio liberando una enorme cantidad de energía, que llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética (principalmente ultravioleta).

Las fuerzas de gravedad en el universo generan las condiciones perfectas para este fenómeno.

A las reacciones de fusión nuclear también se les llama reacciones termonucleares debido a las altas temperaturas que experimentan. En el interior del Sol, la temperatura es cercana a los 15 millones de grados Celsius. El Sol

supernova SN 2006gy

FUSIÓN ARTIFICIAL:Requisitos técnicos:

Conseguir una temperatura muy alta para separar los electrones del núcleo y que éste se aproxime a otro venciendo las fuerzas de repulsión electrostáticas.

Confinamiento para mantener el plasma a temperatura alta durante un mínimo de tiempo.

Densidad del plasma suficiente para que los núcleos estén cerca unos de otros.Confinamiento:

Inercial (FCI): Consiste en crear un medio tan denso que las partículas no tengan casi ninguna posibilidad de escapar sin chocar entre sí..

Magnético (FCM): Las partículas eléctricamente cargadas del plasma son atrapadas en un espacio reducido por la acción de un campo magnético. Dificultades: La mayor dificultad de construir un reactor (instalación física donde se produce, mantiene y controla una reacción nuclear en cadena) de fusión recae precisamente en la construcción del mismo, ningún material resiste temperaturas tan altas. Además es muy caro y se requiere gastar más energía de la que se libera.Ventajas: no deja desechos radiactivos, hay abundancia y buen precio de materias primas, principalmente del isótopo de hidrógeno deuterio (D), si una instalación dejara de funcionar se apagaría inmediatamente, sin peligro de fusión no nuclear.

PROYECTO ITER: El proyecto más avanzado en Fusión

nuclear por Confinamiento Magnético es el ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). En este proyecto participan desde 1990 la Unión Europea, Canadá, EEUU, Japón y Rusia.

Su objetivo es determinar la viabilidad técnica y económica de la fusión nuclear por confinamiento magnético para la generación de energía eléctrica, como fase previa a la construcción de una instalación de demostración comercial.

En la máquina ITER no se producirá energía eléctrica, se probarán las soluciones a los problemas que necesitan ser resueltos para hacer viables los futuros reactores de fusión nuclear. Este ambicioso proyecto de investigación dará sus primeros resultados a partir de 2050.

Las inversiones realizadas para su construcción se estiman en cerca de 5.000 millones de euros. Imagen futurista

del ITER

Fisión nuclear Corresponde a la división del núcleo de un átomo. El núcleo se convierte en diversos fragmentos con una masa casi igual a la mitad de la masa original más dos o tres neutrones. La suma de las masas de estos fragmentos es menor que la masa original. Esta 'falta' de masas (alrededor del 0,1%) se ha convertido en energía según la ecuación de Einstein (E=mc2). En esta ecuación E corresponde a la energía obtenida, m a la masa de la que hablamos y c es la constante de la velocidad de la luz: 299.792.458 m/s2.

La fisión nuclear puede ocurrir cuando un núcleo de un átomo pesado captura un neutrón (fisión inducida), o puede ocurrir espontáneamente debido a la inestabilidad del isótopo (fisión espontánea).

Cuanto más pesado es un elemento más fácil es inducir su fisión, debido a que la energía de enlace entre núcleos es menor. La fisión en cualquier elemento más pesado que el hierro produce energía, y la fisión en cualquier elemento más liviano que el hierro requiere energía.

Fisión en el uranio

Reacciones nucleares en cadena:

Una reacción en cadena es un proceso mediante el cual los neutrones que se han liberado en una primera fisión nuclear producen una fisión adicional en al menos un núcleo más. Este núcleo, a su vez produce neutrones, y el proceso se repite.

Estas reacciones en cadena pueden ser controladas o incontroladas. Las reacciones controladas serian las reacciones nucleares producidas en centrales nucleares en que el objetivo es generar energía eléctrica de forma constante. Las reacciones nucleares incontroladas se dan en el caso de armas nucleares.

Si en cada fisión provocada por un neutrón se liberan dos neutrones más, entonces el número de fisiones se duplica en cada generación.

Se necesita una masa crítica, que es la cantidad mínima de material fisionable necesaria para que se mantenga una reacción nuclear en cadena.

Reacción en cadena del uranio

Fisión nuclear controlada y espontánea:

Controlada: Por cada 2 o 3 neutrones puestos en libertad, sólo a uno se le debe permitir colisionar a otro núcleo. Si esta relación es inferior a uno entonces la reacción va a morir, y si es más grande va a crecer sin control (una explosión atómica). Para controlar la cantidad de neutrones libres en el espacio de reacción debe estar presente un elemento de absorción de neutrones, como el boro o el cadmio.

Además los neutrones a menudo se mueven a gran velocidad. Estos neutrones rápidos se reducen a través del uso de un moderador, como el agua pesada y el agua corriente. Una vez que se han desacelerado, son más propensos a producir más fisiones nucleares o ser absorbidos por las barra de control.

Espontánea: No es necesaria la absorción de un neutrón exterior. En determinados isótopos del uranio, y sobretodo del plutonio, tienen una estructura atómica tan inestable que se fisiona espontáneamente.

Fisión nuclear controlada

Fisión nuclear espontánea

Combustibles nucleares:

Muchos núcleos pesados pueden ser inducidos a presentar fisión pero sólo el Uranio-235, Uranio-233 y Plutonio-239 tienen una real importancia práctica. El proceso de fisión del Uranio-235 es el más estudiado pues es el combustible de los reactores que producen electricidad. El rompimiento del núcleo de uranio puede producirse mediante el bombardeo con neutrones.

En cualquiera de estos procesos la energía promedio liberada es de 3,5·10-11 J por núcleo, esto es equivalente a la energía generada por la combustión de 250.000 toneladas de carbón.

Aunque la cantidad de energía liberada en la fisión del uranio-235 es extremadamente alta, la característica que hace que esta reacción sea usada tan ampliamente es que se liberan más neutrones de los que son capturados al inicio de ésta, produciendo una reacción en cadena.

Ejemplo de fisión del Uranio-235

• El Plutonio tiene 16 isótopos, todos ellos radiactivos y artificiales, aunque se pueden encontrar trazas de ellos en la naturaleza. Químicamente el plutonio es un material muy activo, y también tóxico. Puede formar compuestos con todos los elementos no metálicos, excepto los gases nobles

• El isótopo con mayor interés químico es el plutonio-239. Se forma en los reactores nucleares. Es fisionable pero puede capturar también neutrones para formar isótopos superiores de plutonio. Se emplea como combustible nuclear en la producción de isótopos radiactivos para la investigación y como agente fisionable en armas nucleares.

• El plutonio-238 se utiliza en fuentes de calor para aplicaciones espaciales, generadores de calor termoeléctricos y se ha empleado en marcapasos cardiacos.

• Una característica importante de muchos de los isótopos del plutonio es que presentan el fenómeno de la fisión espontánea, en el cual se puede dividir el núcleo de forma espontánea sin necesidad de ser bombardeado por ningún neutrón.

Usos bélicos de la energía nuclearARMAS NUCLEARES

BOMBA ATÓMICA:La primera bomba atómica se lanzó el 16 de Junio

de 1945 en el campo de pruebas de Trinity, cerca de Álamo Gordo (Nuevo México). Poseía una fuerza destructiva de 20 kilotones, equivalente a 20 toneladas de TNT. Contenía Uranio, igual la que se lanzaría poco después sobre Hiroshima. Con el nombre de “little Boy” (chico pequeño), sólo necesitó convertir un gramo de masa (aunque toda la bomba pesara cuatro toneladas) para producir una potencia de 12,5 kilotones. Produjo la muerte de 120.000 personas de una población de 450.000 habitantes, causando otros 70.000 heridos.

Tres días después cayó sobre Nagasaki “Fat Man” (hombre gordo), una bomba de Plutonio que duplicaba en potencia destructiva a la anterior, pero que causó 40.000 muertes y 25.000 heridos, además de varios miles que morirían después debido a heridas relacionadas, envenenamiento y radiación residual.

BUQUES MILITARES DE PROPULSIÓN NUCLEAR:Durante la segunda guerra mundial se comprobó que el submarino podía ser un arma decisiva, pero poseía un grave problema: su necesidad de emerger tras cortos períodos para obtener aire para la combustión del diesel en que se basaban sus motores. El Almirante Hyman G. Rickover fue el primero que pensó que la energía nuclear podría ayudar con este problema.

Los desarrollos de los reactores nucleares permitieron un nuevo tipo de motor con ventajas fundamentales:

No precisa aire para el funcionamiento del motor, ya que no se basa en la combustión.Una pequeña masa de combustible nuclear permite una autonomía de varios meses (años incluso) sin repostar.

Un empuje que ningún otro motor puede equiparar, con lo que pudieron construirse submarinos mucho más grandes que los existentes hasta el momento.

Estas ventajas condujeron a buques que alcanzan velocidades de más de 25 nudos, que pueden permanecer semanas en inmersión profunda y que además pueden almacenar enormes cantidades de munición (nuclear o convencional) en sus bodegas. De hecho las armadas de Estados Unidos, Francia y el Reino Unido sólo poseen submarinos que utilizan este sistema de propulsión.A la fecha se han construido una gran variedad de buques militares que usan motores nucleares y que, en algunos casos, portan a su vez misiles de medio o largo alcance con cabezas nucleares, algunos tipos son: los Cruceros, los Destructores, Portaaviones, Los Submarinos balísticos y los Submarinos de ataque.

AVIONES MILITARES DE PROPULSIÓN NUCLEAR:

Durante la época de guerra tanto Estados Unidos como la Unión Soviética se plantearon la creación de una flota de bombarderos de propulsión nuclear. De este modo se pretendía mantenerlos cargados con cabezas nucleares y volando de forma permanente cerca de los objetivos prefijados.

Finalmente con el desarrollo de los Misiles balísticos intercontinentales (ICBM) ya a finales de los 50’, se abandonaron todos los proyectos experimentales de estos aviones puesto que los misiles eran mucho más rápidos y baratos, sin necesidad de pilotos y prácticamente invulnerables.

Los ejemplos descritos anteriormente son tan solo algunos de los tantos usos bélicos que le han dado a la radiactividad, de más esta mencionar la cantidad de bombas que se han creado y la complejidad en el tratamiento de los desechos radiactivos, los que han movilizado por años a entidades ligadas al medio ambiente y gobiernos a replantearse el uso masivo de la energía nuclear.

Usos pacíficos de la energía nuclear

1) Datación: La datación usando isótopos radiactivos es muy conocida, en especial los experimentos realizados con Carbono-14 en arqueología. Este no es el único isótopo usado, también están el Uranio-238 y el Potasio-40.

El carbono-14 se forma en la atmósfera superior por reacción entre átomos de nitrógeno y neutrones, el cual se combina con oxígeno para producir 14CO2, el que es incorporado por las plantas durante la fotosíntesis y por todos los animales al ingerir alimentos. Mientras el animal o planta vive se establece un equilibrio entre la cantidad de 14C y de 12C, que es constante. Al morir el organismo, la cantidad de 14C disminuye, pues este radioisótopo emite radiaciones del tipo β-. La vida media del 14C es de 5730 años, por lo tanto, cada 5730 años la relación 14C / 12C disminuye a la mitad. Esta variación en la relación permite que con restos de cabello humano o animal, restos de madera, algodón, o todo lo que contenga Carbono, sea posible datar la cantidad de 14C remanente. El límite de datación es de 60 mil años.

El Uranio-238 y el Potasio-40 se utilizan en geología, puesto que tienen vidas medias superiores a 5 mil años, por lo que pueden usarse para determinar la edad de las rocas.

Reacción de formación del Carbono-14 Momia

2) Radioisótopos: Los fenómenos radiactivos se utilizan con propiedad en muchas ramas de la ciencia siendo la química, la física y la medicina, las con mayor potencial de aplicación.

En la medicina nuclear: principalmente en las imágenes médicas, para estudiar el modo de acción de los medicamentos, entender el funcionamiento del cerebro, detectar una anomalía cardiaca, descubrir las metástasis cancerosas, entre otras.

En la industria: radiografías de aleaciones para detectar fallas, control de producción midiendo espesor, control en el desgaste de los materiales, estudios de detergentes, detección de filtraciones o fugas, generación de corriente eléctrica, conservación de alimentos, esterilización de instrumentos quirúrgicos.

En química: análisis por activación neutrónica para determinar vestigios de impurezas (muy utilizado en ciencia espacial, geología, ecología, etc.).

En la agricultura: aumentar la conservación de los alimentos, obtener, por mutaciones, cereales más resistentes y productivos, estudiar mejor la alimentación de los animales, aumentando la producción de leche, huevos, etc.

Algunos radioisótopos usados en la medicina

3) Reactores nucleares: Son instalaciones físicas donde se produce, mantiene y controla una reacción nuclear en cadena. Funcionan ocasionando la fisión y utilizando el calor liberado para hacer hervir agua. Una turbina convierte este vapor en corriente eléctrica. Si bien el proceso es simple, la dificultad consiste en mantener controlada la reacción, para ello se utilizan varillas de carbono o boro (sistema de control), estas funcionan atrapando neutrones, con lo cual consiguen amortiguar la fisión cuando es necesario. Si algo falla el reactor puede explotar.

A pesar de su utilidad, el uso de reactores de energía genera contaminación, ya que se eliminan a la atmósfera grandes cantidades de material radiactivo proveniente de los desechos nucleares, (elementos hijos del Uranio-235), además, se necesitan grandes cantidades de agua para el funcionamiento del reactor, que se saca de lagos, ríos, incluso del mar. Además el aumento de la temperatura del agua en un reactor causa modificaciones en el ecosistema.

En Chile hay un reactor nuclear en La Reina perteneciente a la Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN), el cual está destinado a apoyar actividades de desarrollo científico y tecnológico, fue concebido con fines de investigación y docencia y su objetivo fundamental es producir radioisótopos o hacer estudios de materiales.

Reactor nuclear de La Reina

Funcionamiento de un reactor nuclear

1. Emisiones radiactivas: son la energía que libera o irradia un átomo con núcleo inestable. Esta energía puede ser del tipo natural o artificial, esto dependerá si emite radiación de manera espontánea o si fue manipulada o intervenida para que lo hiciera. Estas radiaciones se liberan en forma de partículas, las que pueden ser de tres tipos:

Partículas alfa: estas son positivas, corresponden a núcleos de Helio, presentan poco poder de penetración y tienen gran capacidad ionizante.

Partículas beta: estas son negativas, viajan a gran velocidad, son más penetrantes que las alfa, provienen de la desintegración de un neutrón y son poco ionizantes.

Partículas gamma: emite un fotón (sin carga ni masa), corresponde a una radiación de alta energía y tasa de penetración, tiene lugar con isómeros nucleares y no hay transmutación en los elementos.

Conclusión

2) Desintegración radiactiva: es la liberación de los excesos de energía de los átomos inestables con el fin de lograr una configuración estable. Existen 2 tipos:

La emisión de positrones: se produce cuando un protón del núcleo se transforma en un neutrón emitiendo una partícula denominada positrón.

La captura electrónica: se produce captura electrónica cuando un electrón proveniente de las capas más internas del átomo cae dentro del núcleo con lo cual un protón se transforma en neutrón.

La desintegración radiactiva también va de la mano con el concepto “vida media”, el cual es el tiempo que tarda un elemento radiactivo en reducirse a la mitad de su masa inicial, independiente de la cantidad de muestra (masa) radiactiva. Este periodo varia de elemento en elemento pues cada uno posee su propio tipo de emisión y vida promedio de desintegración.

3)Fusión nuclear: Es una reacción nuclear en la que dos átomos se unen para formar otro núcleo más pesado. En general esta unión va acompañada con la emisión de partículas y se libera o absorbe una gran cantidad de energía, lo que permite a la materia entrar en estado de plasma . Ocurre naturalmente en las estrellas, sin embargo a pesar de que produce energía más limpia y menos peligrosa que la fisión; no existen reactores de fusión en la Tierra, debido a las altísimas temperaturas (millones de grados Celsius) que es necesario alcanzar antes de poder producir energía. Actualmente el proyecto más avanzado en fusión nuclear es el ITER, que busca solucionar los problemas que se necesitan resolver para hacer viable la generación de energía eléctrica por fusión. Se espera que de los primeros resultados el 2050.

4) Fisión nuclear: es la división del núcleo de un átomo, donde en general se liberan electrones y grandes cantidades de energía. Puede ocurrir cuando un núcleo de un átomo pesado captura un neutrón (fisión inducida), o puede ocurrir espontáneamente debido a la inestabilidad del isótopo (fisión espontánea). También pueden producirse reacciones nucleares en cadena, donde por lo menos un neutrón liberado debe colisionar con otro átomo y así sucesivamente. Los principales combustibles de fisión son el uranio y el polonio, los que debido a su gran tiempo de vida media dejan libres desechos radiactivos durante miles de años en la Tierra, contaminando los ecosistemas donde se encuentren.

5) Ejemplos de uso bélico y pacífico de la energía nuclear:

Pacífico: En la arqueología, se usa el Carbono-14 para datar diversos objetos.

Los radioisótopos son ampliamente utilizados en diversas áreas tales como medicina, agricultura, física y química.

Finalmente, los reactores de fisión nuclear son muy útiles para generar energía eléctrica, pero son altamente contaminantes. Hay un gran riesgo en torno a los reactores de fisión nuclear, ya que por alguna falla podrían explotar; matando a miles de personas y dejando el terreno inutilizable durante miles de años.

Bélico:

Hoy en día la radiactividad es una ciencia controversial ya que si bien ha sido muy útil para la humanidad, también ha provocado grandes daños, ejemplo de eso son todas las armas nucleares que se han creado con el objetivo de atacar y defenderse; dentro de estas armas encontramos aquellas que utilizan la energía nuclear de forma directa para el ataque o la defensa (como las bombas , etc.) y aquellas que utilizan la energía nuclear para su propulsión, pudiendo a su vez utilizar o no munición que utilice la energía nuclear para su detonación (submarinos y aviones militares, etc.).

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