NucleosíntesisLa nucleosíntesis es el proceso de creación de nuevos núcleos atómicos a partir de los nucleones preexistentes (protones y neutrones) para llegar a generar el resto de los elementos de la tabla periódica. Los nucleones primigenios preexistentes se formaron a partir del plasma de quarks-gluones del Big Bang cuando se enfrió por debajo de los diez millones de grados, este proceso se puede llamar nucleogénesis, la generación de nucleones en el Universo. La consecuente nucleosíntesis de los elementos (incluyendo, por ejemplo, todo el carbono y todo el oxígeno) ocurre principalmente en el interior de las estrellas por fusión o fisión nuclear.

Tipos de nucleosíntesis

Nucleosíntesis del Big Bang

La nucleosíntesis del Big Bang ocurrió en los primeros tres minutos del Universo y es

responsable de las relaciones de abundancia del H-1 (protio), H-2 (deuterio), He-3 y He-4, en

el Universo [1]. Aunque el He-4 continúa siendo producido por otros mecanismos (como la

fusión estelar y la descomposición alfa) y ciertas cantidades de H-1 se siguen produciendo por

escamado y ciertos tipos de descomposición radiactiva (emisión de protones y neutrones).

Gran parte de la masa de estos isótopos en el Universo y todas las cantidades insignificantes

de He-3 y deuterio producidas por procesos raros (como la descomposición de racimos), se

piensa que fueron producidas en el Big Bang. Los núcleos de estos elementos, junto con

algunos de Li-7 se cree que se formaron cuando el Universo tenía entre 100 y 300 segundos,

después de que el plasma quark-gluón primigenio se congelara para

formar protones y neutrones. Debido al periodo tan corto en que ocurrió la nucleosíntesis del

Big Bang antes de ser parada por la expansión y el enfriamiento, no se pudo formar ningún

elemento más pesado que el litio. Los elementos formados durante este periodo estaban en

estado de plasma y no se pudieron enfriar al estado de átomos neutros hasta mucho después.

Nucleosíntesis estelar

La nucleosíntesis estelar ocurre en las estrellas durante el proceso de evolución estelar. Es

responsable de la generación de la mayor parte de los elementos ligeros y medianos y de una

minoría de los elementos pesados por procesos de fusión nuclear a partir del H y del He. De

particular importancia es el carbono, porque su formación a partir del He es un cuello de

botella en el proceso completo.

Nucleosíntesis explosiva

Incluye la nucleosíntesis de supernovas y produce los elementos más pesados que el hierro

mediante una intensa ráfaga de reacciones nucleares que típicamente duraron apenas unos

segundos durante la explosión del corazón de la supernova. En entornos explosivos de

supernovas, los elementos entre el silicio y el níquel se sintetizan por fusión rápida.

Central nuclear

Central nuclear con un reactor de agua a presión. (RAP, PWR en inglés)

1- Edificio de contención. 2- Torre de refrigeración. 3- Reactor. 4- Barras de control. 5- Acumulador de

presión. 6- Generador de vapor. 7-Combustible nuclear. 8- Turbina. 9- Generador eléctrico. 10-

Transformador. 11-Condensador. 12-Vapor. 13-Líquido saturado. 14-Aire ambiente. 15-Aire húmedo.

16-Río. 17-Circuito de refrigeración. 18-Circuito primario. 19-Circuito secundario. 20-Emisión de aire

húmedo (con vapor de agua). 21-Bomba de vapor de agua.

Una central o planta nuclear es una instalación industrial empleada para la generación de

energía eléctrica a partir de energía nuclear. Se caracteriza por el empleo de combustible

nuclear fisionable que mediante reacciones nucleares proporciona calor que a su vez es

empleado, a través de un ciclo termodinámico convencional, para producir el movimiento

dealternadores que transforman el trabajo mecánico en energía eléctrica. Estas centrales

constan de uno o más reactores.

El núcleo de un reactor nuclear consta de un contenedor o vasija en cuyo interior se albergan

bloques de un material aislante de la radioactividad, comúnmente se trata de grafito o de

hormigón relleno de combustible nuclear formado por material fisible (uranio-235 o plutonio-

239). En el proceso se establece una reacción sostenida y moderada gracias al empleo de

elementos auxiliares que absorben el exceso de neutrones liberados manteniendo bajo control

la reacción en cadena del material radiactivo; a estos otros elementos se les

denominanmoderadores.

Rodeando al núcleo de un reactor nuclear está el reflector cuya función consiste en devolver

al núcleo parte de los neutrones que se fugan de la reacción.

Las barras de control que se sumergen facultativamente en el reactor, sirven para moderar o

acelerar el factor de multiplicación del proceso de reacción en cadena del circuito nuclear.

El blindaje especial que rodea al reactor, absorbe la radiactividad emitida en forma de

neutrones, radiación gamma, partículas alfa y partículas beta.

Un circuito de refrigeración externo ayuda a extraer el exceso de calor generado.

Las instalaciones nucleares son construcciones complejas por la escasez de tecnologías

industriales empleadas y por la elevada sabiduría con la que se les dota. Las características

de la reacción nuclear hacen que pueda resultar peligrosa si se pierde su control.

La energía nuclear se caracteriza por producir, además de una gran cantidad de energía

eléctrica, residuos nucleares que hay que albergar en depósitos especializados. Por otra parte

no produce contaminación atmosférica de gases derivados de la combustión que producen

el efecto invernadero, ya que no precisan del empleo de combustibles fósiles para su

operación.

RadiactividadLa radiactividad o radioactividad1 es un fenómeno físico por el cual los núcleos de algunos elementos químicos, llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas radiográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, entre otros. Debido a esa capacidad, se les suele denominar radiaciones ionizantes (en contraste con las no ionizantes). Las radiaciones emitidas pueden ser electromagnéticas, en forma de rayos X o rayos gamma, o bien corpusculares, como pueden ser núcleos de helio, electrones o positrones, protones u otras. En resumen, es un fenómeno que ocurre en los núcleos de ciertos elementos, inestables, que son capaces de transformarse, o decaer, espontáneamente, en núcleos atómicos de otros elementos más estables.

La radiactividad ioniza el medio que atraviesa. Una excepción la constituye el neutrón, que posee carga neutra (igual carga positiva como negativa), pero ioniza la materia en forma indirecta. En las desintegraciones radiactivas se tienen varios tipos de radiación: alfa, beta, gamma y neutrones libres.

La radiactividad es una propiedad de los isótopos que son "inestables", es decir, que se mantienen en unestado excitado en sus capas electrónicas o nucleares, con lo que, para alcanzar su estado fundamental, deben perder energía. Lo hacen en emisiones electromagnéticas o en emisiones de partículas con una determinada energía cinética. Esto se produce variando la energía de sus electrones (emitiendo rayos X) o de sus nucleones (rayo gamma) o variando el isótopo (al emitir desde el núcleo electrones, positrones, neutrones,protones o partículas más pesadas), y en varios pasos sucesivos, con lo que un

isótopo pesado puede terminar convirtiéndose en uno mucho más ligero, como el uranio que, con el transcurrir de los siglos, acaba convirtiéndose en plomo.

La radiactividad se aprovecha para la obtención de energía nuclear, se usa en medicina (radioterapia yradiodiagnóstico) y en aplicaciones industriales (medidas de espesores y densidades, entre otras).

La radiactividad puede ser:

Natural: manifestada por los isótopos que se encuentran en la naturaleza. Artificial o inducida: manifestada por los radioisótopos producidos en transformaciones

artificiales.

Partícula elemental.

Las partículas elementales son los constituyentes elementales de la materia, más precisamente son partículas que no están constituidas por partículas más pequeñas ni se conoce que tengan estructura interna.1

Originalmente el término partícula elemental se usó para toda partícula subatómica como los protones yneutrones, los electrones y otros tipos de partículas exóticas que sólo pueden encontrarse en los rayos cósmicos o en los grandes aceleradores de partículas, como los piones o los muones. Sin embargo, a partir de los años 1970 quedó claro que los protones y neutrones son partículas compuestas de otras partículas más simples. Actualmente el nombre partícula elemental se usa para las partículas que, hasta donde se sabe, no están formadas por partículas más simples.2

Partículas elementales.

Los físicos de partículas se han esforzado desde un principio por clasificar las partículas

conocidas y por describir toda la materia y sus interacciones. A lo largo de la historia de la

física han existido muchas partículas que en su momento se han definido como indivisibles,

tales como los protones y neutrones, que más adelante se ha demostrado que si lo son.

Después de diferentes teorías atómicas y nucleares, en la actualidad se usa el

llamado modelo estándar para describir la materia que constituye el universo y sus

interacciones.

De acuerdo con el modelo estándar, existen seis tipos de quarks, seis tipos de leptones y

cuatro tipos de bosones. Estas partículas están divididas en dos grandes categorías por

el principio de exclusión de Pauli: las que no están sujetas a este principio son los bosones y a

las que sí lo están se las llama fermiones.4

Bosones

Los bosones son partículas que no cumplen el principio de exclusión de Pauli, por lo que dos

partículas pueden ocupar el mismo estado cuántico. A temperaturas muy bajas tienden a

ocupar el nivel energético más bajo, ocupando todas las partículas el mismo estado

cuántico.5 En 1924, Satyendra Nath Bose y Albert Einstein postularon un modelo de

estadística, conocida ahora como estadística de Bose-Einstein, para moléculas a

temperaturas muy cercanas al cero absoluto; esta misma estadística resulta que puede

aplicarse también a este tipo de partículas.6

Según el modelo estándar, los bosones son cuatro:7

Las teorías matemáticas que estudian los fenómenos de estas partículas son, en el caso de la

interacción fuerte, de los gluones, la cromodinámica cuántica; y en el caso de la interacción

electrodébil, de fotones y bosones W y Z, la electrodinámica cuántica.

Fermiones

Los fermiones son partículas con espín, o momento angular intrínseco, fraccionario y que sí

están sujetos al principio de exclusión de Pauli. O sea que dos partículas no pueden estar en

un mismo estado cuántico en el mismo momento. Su distribución está regida por la estadística

de Fermi-Dirac; de ahí su nombre.8

Los fermiones son básicamente partículas de materia, pero a diferencia de los bosones, no

todos los fermiones son partículas elementales. El caso más claro es el de

los protones y neutrones; estas partículas son fermiones pero están compuestos de quarks,

que, en nuestro nivel actual de conocimientos, sí se consideran como elementales.

Los fermiones se dividen en dos grupos: los quarks y los leptones. Esta diferencia se aplica

debido a que los leptones pueden existir aislados, a diferencia de los quarks que se

encuentran siempre en presencia de otros quarks.9 Los grupos de quarks no pueden

tener carga de color debido a que los gluones que los unen poseen carga de color. Las

propiedades básicas de estas partículas se las encuentra aquí:7

Las partículas se agrupan en generaciones. Existen tres generaciones: ·la primera está

compuesta por el electrón, su neutrino y los quarks up y down. ·La materia ordinaria está

compuesta por partículas de esta primera generación. ·Las partículas de otras generaciones

se desintegran en partículas de las generaciones inferiores.

Mesones

Los mesones son partículas formadas por un quark, un antiquark y la partícula que las une, el

gluon. Todos los mesones son inestables; pese a ello pueden encontrarse aislados debido a

que las cargas de color del quark y del antiquark son opuestas, obteniendo un mesón con

carga de color neutra. Los mesones son además bosones, ya que la suma de los espines, de

sus quark-antiquark más la contribución del movimiento de estas partículas es un número

entero.15 Se conoce también que el mesón posee interacciones fuertes, débiles y

electromagnéticas.13

En este grupo se incluyen el pion, el kaón, la J/ψ, y muchas otras. Puede que existan

también mesones exóticos, aunque no existe evidencia experimental de ellos.