CLASE 7CLASE 7

FENÓMENOS NUCLEARES II

HABILIDADESHABILIDADES

Reconocimiento.

Comprensión.Aplicación.

CONTENIDOSCONTENIDOS

Vida media.Fisión nuclear. Fusión nuclear.

OBJETIVOSOBJETIVOS

Conocer y aplicar el concepto de vida media.

Conocer el concepto de fusión nuclear.

Conocer el concepto de fisión nuclear.

Vida Vida media(media(λλ))

Radioisótopo Vida media

86Rn220 55,6 segundos

84Po218 3,08 minutos

43Tc95 20,0 horas

90Th234 24,1 días

38Sr90 29,1 años

6C14 5715 años

92U238 4,46 billones de años

Es el tiempo necesario para desintegrar la mitad de los átomos radioactivos existentes en una muestra dada.

ELEMENTO SEMIVIDA TIPO DE DESINTEGRACIÓN

Uranio 238 4´51x109 años Alfa Uranio 234 2´48x105 años Alfa Torio 234 24´1 días Beta y Gamma Radio 226 1620 años Alfa y Gamma Radón 222 3´82 días Alfa Polonio 218 3´05 minutos Alfa Polonio 214 1´64x10-4 segundos Alfa

Vida mediaVida mediaTiempo (min)

Cantidad de átomos radiactivos presentes

0 100

10 50

20 25

30 12,5

Vida Vida media(media(λλ)) Se dispone de 16 g de un isótopo radioactivo, cuya vida media es de 15 dias. Después de 60 días, la cantidad residual del mismo será:

16,0 g iniciales

15 días 8,0 g 15 días

(30 días) 4,0 g

15 días

(45 días)2,0 g

1,0 g

60 días15 días

Después de 4 vidas medias (60 días) queda 1,0 g de isótopo radioactivo.

Vida Vida media(media(λλ)) Veinte gramos de un isótopo radioactivo se degradan a cinco, transcurridos 16 años. La vida media del isótopo es:

20,0 g iniciales

1 λ 10,0 g 2 λ 5,0 g

La vidas medias del isótopo radioactivo es de 8 años.

16 años

Fusión nuclear Fusión nuclear Ocurre cuando se unen núcleos más ligeros para formar núcleos más pesados y más estables, generándose grandes cantidades de energía.

Una reacción típica de fusión nuclear ocurre en el sol.

En el sol, se unen dos núcleos de Hidrógeno para formar un núcleo de Helio.

Fusión nuclear Fusión nuclear La fusión de los átomos de Hidrógeno libera cuatro veces más energía por gramo que lo emitido en la fisión nuclear.

El proceso requiere de elevadas temperaturas (10.000.000º K), para vencer las fuerzas de repulsión entre núcleos y lograr que éstos se fusionen.

1H2 + 1H3 2He4 + 0n1 + Energía

Fusión nuclear Fusión nuclear

Fisión Fisión nuclear nuclear

Es la división de un núcleo pesado en dos núcleos más livianos. Éstos son más estables, tienen mayores energías de enlace y en el proceso se libera energía.

92U235 + 0n1 → 56Ba142 + 36Kr91 + 3 0n1

+ 1,9 x 1010 kj.

Fisión Fisión nuclear nuclear

La reacción de fisión produce más neutrones de los que se necesitan al inicio. En este hecho se basa la sustentabilidad de la reacción.

El bombardeo con un solo neutrón produce 3 neutrones capaces de inducir otras reacciones de fisión, generando una reacción en cadena.

Los procesos de fisión nuclear se llevan a cabo en reactores nucleares.

Fisión Fisión nuclear nuclear

Reactores nuclearesReactores nucleares

Un reactor nuclear es una instalación física donde se produce, mantiene y controla una reacción nuclear en cadena

Partes de un Reactor nuclearPartes 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 del hormigón

Tipos de reactores nuclearesTipos de reactores nuclearesReactores de investigación:

utilizan los neutrones generados en la fisión para producir radioisótopos o bien para realizar diversos estudios de materiales.

Reactores de potencia: utilizan el calor generado en la fisión para producir energía eléctrica, desalinización de agua de mar, calefacción, o bien para sistemas de propulsión.

Seguridad en los reactores Seguridad en los reactores nuclearesnucleares

Toda central nuclear se diseña y construye bajo el concepto de seguridad a ultranza, es decir, se privilegia ante todo la seguridad de toda instalación.

El sistema de control está constituido por las barras de control y por diversa instrumentación de monitoreo.

El sistema de contención esta constituido por una serie de barreras múltiples que impiden el escape de la radiación y de los productos radiactivos.

Ciclo del combustible nuclearCiclo del combustible nuclearSon todos los procesos por los cuales se somete al Uranio desde que se extrae de la Tierra hasta su utilización en el reactor y su posterior reelaboración o de su almacenamiento como residuo.

Ciclo del combustible nuclearCiclo del combustible nuclearEtapas del ciclo:

1.Minería y concentración del uranio.

2. Conversión y enriquecimiento.

3. Fabricación de elementos combustible.

4. Uso de un combustible en un reactor.

5. Reelaboración.

6. Almacenamiento de residuos.

Usos pacíficos de la energía Usos pacíficos de la energía nuclearnuclear

La energía nuclear es utilizada en diversas áreas del quehacer científico y productivo del hombre.

Estas se pueden clasificar en:

• Agricultura y alimentación.

• Hidrología

• Medicina.

• Medio ambiente

• industria e investigación.

EN MEDICINA• el sodio-24, que inyectado al torrente sanguíneo como una

solución salina puede ser monitoreado para rastrear el flujo de sangre y detectar posibles constricciones u obstrucciones en el sistema circulatorio.

• El yodo-131 se ha utilizado para probar la actividad de la glándula tiroides;

• otro isótopo, el yodo-132, se usa para producir imágenes del cerebro;

• el cobalto-60, para la destrucción de tumores cancerosos; • el arsénico-74, para localizar tumores cerebrales; • el cobalto-58, para la determinación del nivel vitamínico B; • el cromo-51, para la estimación de volúmenes de líquidos del

cuerpo;• el fósforo-32, para la detección de cáncer en la piel; • el hierro-59, para calcular la rapidez de formación de glóbulos

rojos • y el oro-198, para el cáncer de próstata.

EFECTO DE LAS RADIACIONES EFECTO DE LAS RADIACIONES EN LOS SERES VIVOSEN LOS SERES VIVOS

Son a largo plazoExcitación: electrones Ionización:

UNIDADES DE RADIACIONUNIDADES DE RADIACION

GRAY(Gy): absorción de 1 J de E por Kgr de tejido

RAD: medicina nuclearRem o Sievert(Sv): daño biológico de

acuerdo ala cantidad de radiación absorbida

USOS PACIFICOS DE LA E. NUSOS PACIFICOS DE LA E. N

Reactores nuclearesMedicinaIrradiación de alimentosDatación arqueológica

USO BELICO DE LA E.NUSO BELICO DE LA E.N

BOMBAS NUCLEARES1 KILOTÓN = 1.000 TON DE TNT1 MEGATÓN = 1.000.000 TON DE TNT

1. Los isótopos son parejas de átomos que se caracterizan por

A) poseer igual número de neutrones. B) poseer igual número másico. C) poseer distinto número atómico, pero

igual número másico. D) poseer igual número atómico, pero

distinto número másico. E) poseer igual número atómico e igual

número másico.

2. Señale la alternativa correcta con respecto a las partículas gamma.

I. Destruyen el papel, quemándolo. II. No son capaces de atravesar una

superficie plástica. III. Producen efectos genotóxicos en los

organismos vivos. A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) Sólo I y III

3. El proceso de fusión nuclear implica A) la unión de dos átomos pequeños. B) la desintegración de un átomo pequeño. C) la ruptura de un átomo de elevado peso

atómico. D) la unión de dos átomos de elevado peso

atómico. E) la desintegración espontánea de un

núcleo

4. La vida media del isótopo radioactivo 25 Na 11 es de 1 minuto. ¿En cuántos minutos 12 gramos de ese isótopo se reducen a 3 gramos? A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5

5. Una estrella es una fuente impresionante de energía, la cual se origina mediante un proceso conocido como

A) fisión nuclear. B) transmutación. C) fusión nuclear. D) emisión radioactiva. E) reacción en cadena.

6. Las partículas alfa se pueden reconocer porque

I. corresponden a núcleos de helio (He). II. tienen carga positiva. III. tienen bajo poder de penetración en las

células. A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) I, II y III

7. El concepto de “vida media” se refiere al tiempo necesario para que

A) la mitad de la masa de una sustancia determinada se desintegre.

B) la cuarta parte de la masa de una sustancia determinada se desintegre.

C) la totalidad de la masa de una sustancia determinada se desintegre.

D) un elemento no radioactivo se transforme en uno radioactivo.

E) Ninguna de las alternativas es correcta.

8. ¿Cuál de las siguientes alternativas corresponden a una serie radioactiva?

A) Ga, In, Tl B) Ni, Pd, Pt C) U, Th, Pa D) Se, Te, Po E) Sr, Ba, Ra

9. Determine la partícula (X) que falta en la siguiente reacción nuclear:

15 7 N + 11H X + 12 6C

A) partícula beta. B) partícula alfa. C) rayo gamma. D) neutrón. E) positrón.

10. ¿Cuáles son las características de una reacción de fisión nuclear?

I. Estas reacciones sólo se pueden realizar en el sol. II. Es la ruptura de un núcleo de elevado peso atómico

en dos núcleos de menor masa. III. Estas reacciones se pueden realizar en un reactor

nuclear de manera controlada. A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) Sólo II y III

11. El isótopo del carbono, es decir, el carbono – 14 se puede utilizar para determinar la data de

I. una punta de flecha de piedra. II. una vasija de barro zoomorfa de la cultura diaguita. III. una momia maya encontrada en la península de Yucatán. IV. una vid centenaria que aún produce frutos. A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo IV E) I, II y III

12. La bomba atómica, caracterizada por su insuperable peligrosidad, se basa en el principio nuclear de

A) ionización. B) fusión nuclear. C) fisión nuclear. D) transmutación. E) inestabilidad.

13. Señale la alternativa correcta con respecto a las partículas alfa:

A) Se desvían hacia la placa negativa del campo magnético.

B) Se desvían hacia la placa positiva del campo magnético.

C) No sufren desviación en un campo magnético.

D) Tienen un gran poder de penetración. E) Están formadas por haces de electrones.

14. Los núcleos de átomos que presentan carácter radioactivo tienen un número atómico:

A) Entre 20 y 35. B) Entre 30 y 45. C) Entre 40 y 55. D) Entre 60 y 80. E) Mayores que 83.

15. Con respecto a una serie radioactiva, señale la alternativa falsa.

A) Corresponde a una serie de reacciones nucleares de decaimiento.

B) Son procesos exergónicos. C) Dan lugar a la obtención de un núcleo

estable. D) Liberan partículas alfa, beta y gamma. E) Son procesos endergónicos.

Solucionario Guía QQE - 103Solucionario Guía QQE - 103Pregunta Alternativa Habilidad

1 D Análisis

2 E Conocimiento

3 A Comprensión

4 B Aplicación

5 C Conocimiento

6 E Conocimiento

7 A Comprensión

8 C Análisis

9 B Aplicación

10 E Conocimiento

11 C Comprensión

12

13

14

15

CAEE

ConocimientoConocimientoConocimiento

Usted aprendióUsted aprendió

Acerca del concepto y la aplicación de “vida media”.

El concepto de fusión nuclear.

El concepto de fisión nuclear.

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REACCIONES DE OXIDO REDUCCION.