REACCIONES NUCLEARES*Clara TurriateCompetencia especifica

Adquirir una visin global de las propiedades nucleares y la influencia de los procesos nucleares sobre el entorno.

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* Los elementos (o los istopos de los mismos elementos) se convierten entre s.

Pueden participar protones, neutrones, electrones y otras partculas elementales.

Las reacciones van acompaadas por la absorcin o liberacin de cantidades enormes de energa

Las velocidades de reaccin, por lo general, no se ven afectadas por la temperatura, la presin o los catalizadores. Caractersticas de las reacciones nucleares Clara Turriate

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*La propiedad que poseen ciertas sustancias de desintegrarse a travs de emisiones de partculas invisibles llamadas alfa y beta, adems de radiaciones gamma se llaman RADIACTVAS. Por consiguiente algunas sustancias radiactivas emiten 1,2 o 3 tipos de radiaciones en diferentes cantidades REACCIONES NUCLEARESClara Turriate

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Nmero atmico (Z)=nmero de protones en el ncleoNmero de masa (A)=nmero de protones + nmero de neutrones AZ11100-10+142*Clara Turriate

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TIPOS COMUNES DE EMISIONES RADIOACTIVAS*Clara Turriate

TIPOIDENTIDADMASA (uma)CARGAVELOCIDADPENETRACINBeta(-)

Positrn(+)

Alfa (,)

Protn (p)

Neutrn (n)

Rayo gamma () Electrn

Electrn con carga Positiva

Ncleo de helio

Protn, ncleo de hidrgeno

Neutrn

Radiacin electromagntica de alta energa similar a los rayos x 0.00055

0.00055

4.0026

1.0073

1.0087

01-

1+

2+

1+

0

0 90% velocidad de la luz

90% velocidad de la luz

10% velocidad de la luz

10% velocidad de la luz

10% velocidad de la luz

= velocidad de la luz De baja a moderada dependiendo de la energa

De baja a moderada, dependiendo de la energa

Baja

De baja a moderada dependiendo de la energa

muy alta

alta

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Estabilidad nuclearCiertos nmeros de neutrones y protones son extra estables: n o p = 2, 8, 20, 50, 82 y 126Los ncleos con nmeros pares de protones y neutrones son ms estable que aquellos con nmeros impares de neutrones y protones Ncleo con nmero atmico superiores a 83 tienden a emitir partculas alfa. Si la relacin neutrn protn es muy pequea puede ocurrir desintegracin de positrn o captura de electrn.Captura de electrn ocurre siempre que el defecto de masa no exceda a 0,0011uma y va acompaada de la produccin de rayos XClara Turriate

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n/p demasiado grandeDesintegracin betan/p demasiado pequeoDesintegracin de positrno captura de elctrnNmero de protonesNmero de neutronesCinturn de estabilidadEstabilidad Nuclear*Desintegracin Clara Turriate

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Balanceo de las ecuaciones nuclearesConservar el nmero de masa (A). La suma de protones ms los neutrones en los productos debe igualar la suma de protones ms neutrones en los reactivos. 235 + 1 = 138 + 96 + 2x1Conservar el nmero atmico(Z) o carga nuclear.La suma de cargas nucleares en los productos debe igualar la suma de cargas nucleares en los reactivos. 92 + 0 = 55 + 37 + 2x0*Clara Turriate

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Emisin de partculas alfaEmisin de partculas betaEmisin de positronesEmisin de rayos gammaCaptura de electronesOtros menos frecuentes:Fisin espontnea y emisin de neutronesReacciones naturales

NaturalesInducidas o artificialesReacciones nucleares*Clara Turriate

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*Desintegracin radioactiva natural

Desintegracin alfa 212Po 4He + 208 Pb + Energa

Disminuye # de neutrones por 2

Disminuye # de protones por 228284Se llaman nucleones a los protones y neutrones. Los ncleos que son radiactivos se llaman radionclidos y los tomos que contienen estos ncleos se llaman radioistopos.Clara Turriate

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Desintegracin radioactiva natural Desintegracin beta Disminuye # de neutrones por 1Aumenta # de protones por 1Desintegracin del positrn Aumenta # de neutrones por 1Disminuye # de protones por 1 n tienen A = 0 y Z = 0*Clara Turriate

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Desintegracin de captura del electrnAumenta # de neutrones por 1Disminuye # de protones por 1Desintegracin radiactiva naturalFisin espontneaDesintegracin gamma60Co* ----- 60Co + rayos gamma2727Emisin de neutrones8 Be --- 7Be + 1 n *440Clara Turriate

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REACCIONES NUCLEARES INDUCIDAS o TRANSMUTACIONEn enero de 1934, Irne Curie Y Frdric Joliot descubren la radiactividad artificial.Por este descubrimiento recibieron el Premio Nobel de Qumica en 1935*Clara Turriate

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Reacciones inducidas o Transmutacin nuclear Acelerador ciclotrnico de partculasVoltaje alternoBlancoCampo magntico*Clara Turriate

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ECUACIONES NUCLEARES

Notacin normal y abreviada de diversas reacciones.

N + H C + He N (p, ) C

Al + n Mg + H Al (n, p) Mg Clara Turriate*

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FUSINFISINFISIN NUCLEAR = obtencin de ncleos ms ligeros a partir de ncleos ms pesados. FUSIN NUCLEAR = unin de ncleos ligeros para obtener ncleos pesados, de mayor masa.*Clara Turriate

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EQUIVALENCIA MASA ENERGA

La energa y la masa son equivalentes y se relacionan por la ecuacin.*La masa del ncleo es ligeramente inferior a la suma de la masa de los nucleones que lo componen. La diferencia de masa se llama defecto de masa y se cumple:

DEFECTO DE MASA E = m C2E = mc2Clara Turriate

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ENERGA DE ENLACE DEL NCLEO (E=EE) es la energa requerida para romper un ncleo en sus protones y neutrones.EE = 9 x (p masa) + 10 x (n masa) 19F masa EE = mc2EE (uma) = 9 x 1.007825 + 10 x 1.008665 18.9984EE = 0.1587 uma1 uma = 1.49 x 10-10 JEE = 2.37 x 10-11Jenerga de enlace por nucleon = = 1.25 x 10-12 J*Clara Turriate

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*Las series radiactivas son aquellas que comienzan con un nucleo inestable y terminan con un nucleo estable.

Hay tres clases de series en la naturaleza:

U - 238 .> Pb-206 U - 238 .> Pb-207Th - 232..> Pb-208Clara Turriate

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*Los ncleos sufren desintegracin radioactiva a diferentes velocidadesA -------- B

SIGUEN CINETICAS DE PRIMER ORDENVELOCIDAD DE DESINTEGRACIN RADIOACTIVA Tiempo de vida media(t ) de una sustancia radiactiva es el tiempo necesario para que se desintegre la mitad de los ncleos presentes en una muestra de dicha sustancia. Clara Turriate

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Cintica de la desintegracin radiactivaN hijoA =Velocidad (Actividad) = kNN = N0e-ktlnN = lnN0 - ktN = el nmeros de tomos en tiempo t N0 = el nmeros de tomos en tiempo t = 0k es la constante de desintegracint=Tiempo de vida media*A = Velocidad de desintegracin de los ncleos de los tomos que constituyen la muestra de material radiactivo. Clara Turriate

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Desintegracin de carbono radiactivot = 5730 aosDesintegracin del Uranio-238t = 4.51 x 109 aos*Clara Turriate

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En el S.I.: Bequerel = desint / seg. Clara Turriate*

Medida de la RadiacinCurie(Ci)

Roentgen (R)

Rad

Rem

Gray (Gy) (S.I.)Unidad de radiactividad que indica el decaimiento de una sustancia radiactiva. Un curie (Ci) es la actividad de material radiactivo que decae con una rapidez de 3.7 x 1010 desintegraciones por segundo. Unidad de exposicin a radiacin gama o X basada en la cantidad de ionizacin producida en aire. I R = 2.1 x 109 iones/cm3Unidad de dosis absorbida de radicacin, que indica la energa absorbida de cualquier radiacin ionizante.

Unidad de dosis equivalente; 1 rem es una dosis en rads multiplicada por un factor que depende del tipo de radiacin en particular. 1 rem = 1 rad x factor

Energa absorbida por los tejidos. 1 Gy = 1 J/kg de tejido (l Gy = 100 rad)

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*Contador GeigerClara Turriate

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*Fisin nuclear Clara Turriate

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Fisin nuclear Reaccin nuclear en cadena es una secuencia autosuficiente de reacciones de fisin nuclear. La masa mnima de material fisionable requerida para generar una reaccin nuclear en cadena autosuficiente es la masa crtica. *Clara Turriate

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Fisin nuclear E= [(m 90Sr + m 143Xe + 3 x m n) (m235U + m n)] x c2 E = - 3.3 x 10-11J por 235U=- 2.0 x 1013 J por mol 235UCombustion de1 ton de carbon = 5 x 107 J*E = mc2Clara Turriate

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La Bomba Atmica(Reaccin nuclear sin control).

Cuando el uranio se desintegra las fuerzas nucleares se liberan y aparece una enorme energa doce veces mayor que la radioactividad natural*Clara Turriate

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HIROSHIMA *BOMBA ATOMICA: Reaccin nuclear no controladaClara Turriate

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FUSION NUCLEAR Reaccin de fusinEnerga liberada 6.3 x 10-13 J2.8 x 10-12 JE = 3.6 x 10-12 J

Se llaman reacciones termonucleares.En los centros de la mayora de las estrellas la temperatura requerida para estas reacciones ( 107 K) es la misma, y en esta situacin, los tomos estn casi totalmente ionizados constituyendo un plasma.Bomba de hidrgeno*Clara Turriate

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EFECTOS DE LA RADIACION*La radiacin provoca excitacin o ionizacin de la materia.

Radiacin no ionizante Produce exitacin de la materia (los electrones que constituyen los tomos o molculas se mueven en estados de mayor energa).

Radiacin ionizante Produce ionizacin de la materia (se libera un electrn de un tomo o molcula para formar un in o un radical libre).Los tomos liberan radiacin ionizante en forma de ondas electromagnticas (rayos gamma o rayos X) o partculas (partculas alfa y beta o neutrones).

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Radiaciones ionizantes- los rayos X*- las radiaciones alfa - radiaciones beta- radiaciones gamma- la emisin de neutronesEnergas ionizantes son radiaciones con la energa necesaria para arrancar electrones de los tomos. As como:Clara Turriate

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Exposicin radiactivaClara Turriate*

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Los elementos radiactivos naturales se encuentran en las rocas y suelos de la corteza terrestre, la cual est constituida principalmente por basalto y granito.Principales Radionclidos *Clara Turriate

NcleoSmboloVida MediaUranio-235235U7.04 x 108 aosUranio-238238U4.47 x 109 aosTorio-232232Th1.41 x 1010 aos Radio-226226Ra1.60 x 103 aosRadn-222222Rn3.82 dasPotasio-4040K1.28 x 109 aos

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QUE EFECTOS BIOLOGICOS CAUSAN LAS RADIACIONES IONIZANTES ?*Las lesiones provocadas por las radiaciones ionizantes se pueden considerar bajo dos aspectos :

los efectos somticos (lesin en los tejidos del individuo ), y

los efectos genticos (alteraciones que se transmiten a generaciones futuras ).

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*1 rem = 1 rad x QRayo = 10Rayo = 1Rayo = 1 Factor de calidad Q1 rad = 1 x 10-2J/kg de materialDOSIS DE RADIACIONDsis de radiacin absorbida (rad)Dosis = energa absorbida/ masa de tejidoabgDentro del organismo, los rayos alfa son ms peligrosas que los rayos beta y gamma.Fuera del cuerpo los rayos gamma son mas peligrosas que los beta y alfa.Clara Turriate

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UNIDADES PARA EXPRESAR EL DAO BILOGICO*SIEVERT ( Sv) y rem se utilizan para expresar el dao biolgico. 1Sv = 100 remClara Turriate

DOSIS (rem)EFECTO BIOLOGICO0 25No hay efecto inmediato25 50Disminucin temporal de la cuenta de glbulos blancos.50 100Disminucin importante de la cuenta de glbulos blancos.100 - 200Nuseas. Cada del cabello200 500Hemorragias internas. Posible muerte> 50050% de probabilidad de muerte en el plazo de 30 das.

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ENERGIA NUCLEAR*Es la energa que se libera de los ncleos de los tomos y puede generarse por fisin o por fusin.La generacin de electricidad es el uso ms importante de la energa liberada en una fisin nuclear. Enrico Fermi ( Premio nobel en 1938 por sus trabajos en radioactividad artificial) en 1942 logro la primera reaccin nuclear controlada. Esto es un reactor nuclear.

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Centro nuclear de Huarangal(PERU)Huarangal, Per, cerca de Lima. En este centro atmico del Instituto Nuclear del Per (INPE) la construccin ms notable es el reactor nuclear RP10. Clara Turriate*

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El corazn de una planta nuclear es el reactor.Las reacciones nucleares son controlables, esto se consigue pulverizando el uranio y mezclndole con materiales que pueden desacelerar los neutrones, como por ejemplo la parafina y el agua pesada.*Los Reactores NuclearesClara Turriate

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Central Nuclear

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Ventajas*No produce dixido de Carbono.Resulta til como sustituto de los combustibles fsiles.Produce un volumen mucho menor de residuos.Una mejor limpieza y cuidado.Ahorro de mano de obra. Posibles usos blicos (armas nucleares).Despus de Hiroshima y Nagashaki, no es necesario explicar sus posibles efectos). Riesgo de accidentes nucleares - Residuos radiactivos- Aumento de las enfermedades provocadas por la radiactividad- Contaminacin radiactiva del entorno - Recalentamiento de los ros Reactor NuclearDesventajasClara Turriate

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Produccin anual de residuos 35,000 tons SO24.5 x 106 tons CO2carbn encendido planta de potencia 1,000 MW 3.5 x 106 ft3 cenizaplanta nuclear de potencia1,000 MW70 ft3 residuos vitrificadosFisin nuclear *Clara Turriate

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OTRAS APLICACIONESMedicina (Radioterapia y quimioterapia)Agricultura (control de plagas)Investigacin IndustriaDatacin(fechado)Diagnstico medico (Eficiencia cardiaca, funcin tiroidea, etc.)

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Celdas de Produccin de Radioistopos Clara Turriate*En el siguiente cuadro se muestran algunos istopos utilizados para diagnstico mdico

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Radiostopos*Clara Turriate

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La datacin por carbono-14 se basa en la desintegracin de este istopo (periodo de semidesintegracin, 5730 aos). Permite conocer la edad de fsiles. *Clara Turriate

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Reaccin nuclear de Contador Geiger (deteccin indirecta de partculas a partir de neutrones) *Clara Turriate

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*Reaccin de ..Reaccin de ..Clara Turriate

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En que se diferencia una bomba atmica de un reactor nuclear?Bomba atmicaReactor nuclearControl de la reaccin en cadena*Clara Turriate

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Temas de investigacin. (TRIPTICO- EXPOSICIN)

Importancia de la energa nuclearVida y obra de Enrico Fermi

Ing. Clara Turriate

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En el supuesto de que la fusin nuclear fuese hoy industrialmente aprovechable y de que se disponga de una central nuclear que verifique la conversin de deuterio en helio: Calcular los gramos de deuterio que exigira el funcionamiento diario de esta central hipottica con una potencia de 50000 Kw y un rendimiento energtico del 30%. Masas isotpicas: = 2,01474 uma; = 4,00387 umaEn el accidente de Chernobil se dijo que la poblacin de la zona consumi leche contaminada con Sr-90 (t1/2 = 27,6 aos). Una persona que recibi 517ci (microcurios), qu actividad tendr en su cuerpo transcurridos 35 aos suponiendo que todo el Sr se fij en los huesos?

Una fuente radiactiva con una duracin de vida muy larga y actividad de 7,2x 107 Ci es inducida a un cuerpo de una persona. El material radiactivo se aloja en los pulmones, donde todas las partculas alfa de 4,0 MeV que son emitidas, son absorbidas por un tejido de 0,5 Kg de masa. Calcular la dosis absorbida por ao.Rta. 25 g/diaRta.7,94Bq Rta. 107,54 rad/aoAPLICACIONES2. 3. 1. Clara Turriate*

Clara Turriate

Clara Turriate*

Clara Turriate

Muchas gracias por su atencin.

*Clara Turriate

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