La física nuclear es el campo de la física que estudia los componentes básicos y las interacciones de los núcleos atómicos. Las aplicaciones más comúnmente conocidas de la física nuclear son la energía nuclear y armas nucleares, pero la investigación ha proporcionado una aplicación más amplia, incluidos los de medicina (medicina nuclear, resonancia magnética), ingeniería de materiales (implantación de iones) y arqueología (datación por radiocarbono).
El campo de la física de partículas se desarrolló fuera de la física nuclear y, por esta razón, se ha incluido en el mismo plazo en épocas anteriores.
La historia de la física nuclear como una disciplina distinta de la física atómica comienza con el descubrimiento de la radio-actividad por Henry Becquerel en 1896, mientras investigaba la fosforescencia de uranio en las sales. El descubrimiento del electrón por JJ Thomson , un año después fue una indicación de que el átomo tenía estructura interna.
ELEMENTOS BÁSICOS DE FÍSICA NUCLEAR
a) Radiaciones Ionizantes.
Son radiaciones con la energía necesaria para arrancar electrones de los átomos. Cuando un átomo queda con un exceso de carga eléctrica, ya sea positiva o negativa, se dice que se ha convertido en un ión (positivo o negativo).
Son radiaciones ionizantes los rayos X, las radiaciones alfa, beta, gamma y la emisión de neutrones.
La radiación cósmica (proveniente del Sol y del espacio interestelar ) también es un tipo de radiación ionizante, pues está compuesta por radiaciones electromagnéticas y por partículas con gran cantidad de energía. Es así como, los llamados rayos cósmicos blandos, se componen principalmente de rayos gamma, electrones o positrones, y la radiación cósmica primaria se compone fundamentalmente de protones. Cuando la radiación cósmica interactúa con la atmósfera de
Las radiaciones ionizantes pueden provocar reacciones y cambios químicos con el material con el cual interaccionan. Por ejemplo, son capaces de romper los enlaces químicos de las moléculas o generar cambios genéticos en células reproductoras.
b) Radiaciones No Ionizantes.
Son aquellas que no son capaces de producir iones al interactuar con los átomos de un material.
Las radiaciones no ionizantes se pueden clasificar en dos grandes grupos: los campos de origen electromagnético y las radiaciones ópticas.
Dentro de los campos electromagnéticos se pueden distinguir aquellos generados por las líneas de corriente eléctrica o por campos eléctricos estáticos. Otros ejemplos son las ondas de radiofrecuencia, utilizadas por las emisoras de radio en sus transmisiones, y las microondas utilizadas en electrodomésticos y en el área de las telecomunicaciones.
Entre las radiaciones ópticas se pueden mencionar los rayos infrarrojos, la luz visible y la radiación ultravioleta. Estas radiaciones pueden provocar calor y ciertos efectos fotoquímicos al actuar sobre el cuerpo humano.
La desintegración de un núcleo radiactivo es un proceso espontáneo y es imposible predecir cuando un átomo se transmutará. Ahora bien, cuando hay una gran cantidad de átomos radiactivos, se puede demostrar que la cantidad de núcleos iniciales disminuye con el tiempo.
El número de átomos que se desintegran en un tiempo dado es directamente proporcional al número de átomos presentes en la muestra. La constante de proporcionalidad es conocida como la constante de desintegración.
Fisión y Fusión Nuclear
El estudio de las reacciones nucleares y la búsqueda de nuevos isótopos radiactivos artificiales, sobre todo entre los elementos más pesados, llevó al descubrimiento de la fisión nuclear. Cuando se bombardea el uranio-235 con neutrones, se descompone en dos núcleos, produciéndose un gran desprendimiento de energía y la emisión de nuevos neutrones. Estos, a su vez, pueden colisionar con nuevos núcleos fisionables que emitirán nuevos neutrones y así sucesivamente. Este efecto multiplicador se conoce como reacción en cadena.
En la fusión nuclear, dos núcleos ligeros se unen para formar un núcleo más pesado y estable, con gran desprendimiento de energía. Para que tenga lugar la fusión, los núcleos cargados positivamente deben aproximarse venciendo las fuerzas electrostáticas de repulsión, por lo que han de alcanzar energías cinéticas muy altas, lo que se puede conseguir por un acelerador de partículas o con energía térmica.
El núcleo atómico
Todas las experiencias posteriores al descubrimiento de la radiactividad indicaron que las emisiones radiactivas era un fenómeno que afecta sólo al núcleo de los átomos de las sustancias radiactivas, independientes del estado físico o químico de la misma.
A partir del modelo atómico de Rutherford (1911) y del descubrimiento del neutrón (1932) sabemos que el núcleo de los átomos está compuesto por los protones (que aportan la carga positiva del átomo) y los neutrones, que reciben el nombre común de nucleones. En el núcleo se concentra más del 99% de la masa del átomo.
Los átomos y sus núcleos se caracterizan por el número atómico Z (el número de protones del núcleo) y el número másico A ( el número de nucleones del núcleo).
Por tanto, un núcleo atómico está formado por Z protones y (A – Z) neutrones, siendo la carga positiva del núcleo + Z·e , donde e es el valor de la carga del electrón.
Como la corteza de los átomos, los núcleos presentan distintos niveles cuánticos de energía.
El núcleo atómico contiene dos tipos de partículas, los protones (de carga positiva e igual en valor, cada uno a la carga elemental del electrón) y los neutrones, sin carga y de masa aproximadamente igual a la de los protones aunque un poco superior. Los neutrones no fueron descubiertos realmente hasta 1932 aunque su existencia se sospechaba con anterioridad.
Las características básicas de las tres partículas atómicas fundamentales son:
Partícula
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Masa (kg)
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Masa (u.m.a.)
|
Carga (C)
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Ubicación
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Protón
|
1’6726 · 10-27
|
1’0073
|
1’6 · 10-19
|
Núcleo
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Neutrón
|
1’675 · 10-27
|
1’0087
|
0
|
Núcleo
|
Electrón
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9’1 · 10-31
|
0’00055
|
1’6 · 10-19
|
Corteza
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