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Física nuclear La  física nuclear  es una rama de la  física  física que  que estudia las propiedades y el comportamiento de los  núcleos atómicos.. En un contexto más amplio, se define la  física micos nuclear y de partículas  como la rama de la física que estudia la estructura fundamental de la materia y las interacciones entre las partículas las  partículas subatómicas. subatómicas. Asimismo, la física nuclear es conocida mayoritariamente mayoritariamente por la sociedad, por el aprovechamiento de la energía la  energía nuclear en nuclear  en centrales nucleares y nucleares  y en el desarrollo de armas de armas nucleares, nucleares , tanto de fisión de fisión nuclear como nuclear  como de fusión de fusión nuclear. nuclear.

perimentos descartaron esta idea llegando a la conclusión de que era una nueva partícula procedente del núcleo a la que se llamó neutrones llamó  neutrones.. Los científicos alemanes  Otto Hahn y Hahn  y  Fritz Strassmann descubrieron la fisión la  fisión nuclear en nuclear  en 1938  1938.. Cuando se irradia uranio con neutrones, algunos núcleos se dividen en dos núcleos con números atómicos. La fisión libera una cantidad enorme de energía y se utiliza en armas en  armas y  y reactores  reactores de fisión nuclear. nuclear .

2 Reacci Reaccion ones es nucle nuclear ares es

1 Primer Primeros os experi experimen mentos tos

Colisión n inelásti inelástica ca La radiactividad fue desc descub ubie ierta rta en las sales sales de uranio por 2.1 Colisió el físico francés Henri francés  Henri Becquerel en Becquerel  en 1896  1896.. En 1898 En 1898,, los científicos Marie científicos  Marie y  y Pierre  Pierre Curie descubrieCurie  descubrie- La física nuclear incluye también el estudio de las reaccioness nuc nucle leare ares: s: el uso de proye proyecti ctile less nuc nucle leare aress para para conconron dos elementos elementos radiactivos existentes existentes en la naturaleza, cione vertir un tipo de núcleo en otro. Si, por ejemplo, ejemplo, se bomel polonio el polonio (  (84Po) y el radio el radio (  (88Ra). bardea el sodio el  sodio con  con  neutrones  neutrones,, parte de los núcleos esEn 1913 En  1913 Niels Bohr publicó Bohr  publicó su modelo de  átomo  átomo,, con- tables  Na  capturan estos neutrones para formar núcleos sistente en un núcleo un  núcleo central  central compuesto por partículas radiactivos  ²Na: que concentran la práctica mayoría mayoría de la masa del átomo (neutrones y protones), rodeado por varias capas de parNa + 2n0 → A+2 Na + γ  tículas cargadas casi sin masa (electrones ( electrones). ). Mientras que el tamaño del átomo resulta ser del orden del  angstrom (10−10 m), el núcleo puede medirse en fermis en  fermis (10  (10−15 m), Estas reacciones se estudian colocando muestras dentro o sea, el núcleo es 100 000 veces menor que el átomo. de los reactores nucleares para producir un flujo alto de Ernest Rutherford en Rutherford en el año 1918 año 1918 definió  definió la existencia de neutrones (número elevado de neutrones por unidad de los núcleos de hidrógeno de  hidrógeno.. Rutherford sugirió que el nú- área). cleo de hidrógeno, cuyo número cuyo  número atómico se atómico se sabía que era Los núcleos también pueden reaccionar entre ellos pe1, debía debía ser una partíc partícula ula fund fundame amenta ntal. l. Se adopt adoptóó para para es- ro, si están cargados positivamente, se repelen entre sí ta nueva partícula el nombre de protón de  protón sugerido  sugerido en 1886 en  1886 con gran fuerza. Los núcleos proyectiles proyectiles deben tener una por Goldstein para definir definir ciertas ciertas partículas partículas que aparecía aparecíann energía lo bastante alta como para superar la repulsión en los tubos los tubos catódicos. catódicos. y reaccionar con los núcleos blanco. Los núcleos de alta los  ciclotrones,, en los generadores los generadores Durante la década de 1930 de  1930,, Irène  Irène y  y Jean  Jean Frédéric Joliot- energía se obtienen en los ciclotrones Graaff y en otros aceleradores otros aceleradores de partículas. partículas . Curie obtuvieron Curie  obtuvieron los primeros nucleidos radiactivos ar- de Van de Graaff y tificiales bombardeando boro bombardeando  boro (  (5B) y aluminio y  aluminio (  (13Al) con Una reacción nuclear típica es la que se utilizó para partículas partíc ulas α para formar formar isótopos isótopos radiacti radiactivos vos de nitrógeno producir artificialmente el elemento siguiente al  uranio (7 N) y fósforo y  fósforo (  ( 15 P). Algunos isótopos de estos elemen- (238U), que es el elemento más pesado existente en la natos presentes en la naturaleza son estables. Los isótopos turaleza. El neptunio El neptunio (Np)  (Np) se obtuvo bombardeando bombardeando urainestables se encuentran en proporciones muy bajas. nio con deuterones (núcleos del isótopo hidrógeno pesa 2 En 1932 Jame Jamess Chad Chadwic wickk realizó realizó una serie serie de experim experimenen- do, H) según la reacción: tos con con una radia radiacti ctivid vidad ad espec especia iall que que defini definióó en términ términos os 238  2 239 de corpúsculos, o partículas o  partículas que  que formaban esa radiación. 92 U  + 1 H → 93 Np  +  n Esta nueva radiación no tenía carga eléctrica y poseía una masa casi idéntica a la del protón. Inicialmente se postuló que fuera resultado de la unión de un protón y un electrón un  electrón 2.2 Colisió Colisión n elástic elásticaa formando una especie de dipolo de dipolo eléctrico.  eléctrico. Posteriores ex1

3 DETECCIÓN 

2

2.3 Desintegración nuclear Los núcleos atómicos consisten en protones, cargados positivamente y neutrones sin carga. El número de protones de un núcleo es su  número atómico, que define al elemento químico. Todos los núcleos con 11 protones, por ejemplo, son núcleos de átomos de  sodio (Na). Un elemento puede tener varios isótopos, cuyos núcleos tienen un número distinto de neutrones. Por ejemplo, el núcleo de sodio estable contiene 12 neutrones, mientras que los que contienen 13 neutrones son radiactivos. Esos isótopos  24 se anotan como  23 11 N a y 11 N a , donde el subíndice indica el número atómico, y el superíndice representa el número total de nucleones, es decir, de neutrones y protones. A cualquier especie de núcleo designada por un cierto número atómico y de neutrones se le llama nucleido.

nes, altas temperaturas, altas cargas, etc.) de dos o más átomos y genera mucha más energía que la fisión.

2.5 Fusión

La fusión representa diversos problemas, ya que a nivel atómico las cargas de los átomos se repelen entre sí impidiendo la unión de estos, por esto se recurre generalmente a la utilización de isótopos ligeros, con menor carga eléctrica (como el hidrógeno y sus isótopos deuterio y tritio). En ciertas condiciones, definidas por los criterios de Lawson, se lograría la fusión de dichos átomos. Para ello primero se les debe convertir al estado de plasma, ionizándolos, favoreciendo a la unión. Esto se consigue mediante dos métodos básicos: el confinamiento magnético y el confinamiento inercial. Existen varias posibiliLos nucleidos radiactivos son inestables y sufren una dades para producir la fusión a partir de los isótopos del transformación espontánea en nucleidos de otros elemen- hidrógeno. tos, liberando energía en el proceso. La energía de la fusión aún no se ha podido aprovechar Esas transformaciones incluyen la  desintegración alfa, con fines prácticos. que supone la emisión de un núcleo de  helio ( 42 He +2 ), y la desintegración beta (que puede ser β - o β + ). En la Representa algunas ventajas en relación a la fisión nuclear: desintegración β- un neutrón se transforma en un protón 1. Produce menos residuos nucleares. con la emisión simultánea de un electrón de alta energía + y un antineutrino electrónico. En la desintegración β un 2. En los diseños actuales se necesita un aporte exteprotón se convierte en un neutrón emitiendo un positrón. rior de energía para que la reacción en cadena se Por ejemplo, el  24 Na sufre una desintegración β - formanmantenga. do el elemento superior, el magnesio: 3. Produce más energía por reacción. 24 11

Na

24 → 12

M g  +  β  + ν¯e 

La radiación gamma es radiación electromagnética de alta frecuencia (y por tanto energía). Cuando se produce la desintegración α o β, el núcleo resultante permanece a menudo en un estado excitado (de mayor energía), por lo queposteriormente se produce la desexcitación emitiendo rayos gamma.

También posee desventajas: 1. La reacción más energética es deuterio+tritio, y el tritio es un isótopo muy escaso en la Tierra. 2. Las condiciones necesarias son tan extremas que solo se dan en el centro de las  estrellas, por lo que son muy difíciles de alcanzar y controlar.

Al representar la desintegración de un nucleido radiactiLas técnicas conocidas de alcanzar las condiciones imvo se debe determinar también el  periodo de semidesinpuestas por los criterios de Lawson son dos: tegración del nucleido. El periodo de semidesintegración del 24 11 N a  , es de 15 horas. Es importante determinar el • El   confinamiento magnético, principalmente en tipo y energía de la radiación emitida por el nucleido. tokamaks como el ITER.

2.4 Fisión

•

El confinamiento inercial, mediante el uso de láseres o aceleradores de partículas, como por ejemplo en el National Ignition Facility.

Los conceptos de fisión y fusión nuclear difieren en las características de formación de cada uno. De esta forma se encuentra que la fisión (utilizada en las bombas y reac- 3 Detección tores nucleares) consiste en el “bombardeo” de partículas subatómicas al uranio (o a cualquier elemento transuránico, siempre y cuando sus características lo permitan), 3.1 Análisis radioquímico como apoyo a la trayendo como consecuencia la fisión (de allí su nombre) detección del átomo y con esto la de los demás átomos adyacentes al bombardeado en reacción en cadena. Mientras que, la Las partículas alfa, que son emitidas normalmente por fusión es la unión bajo ciertas condiciones (altas presio- elementos con números atómicos superiores a 83, tienen

3 la energía discreta característica de los nucleidos emisores. Así, los emisores α pueden ser identificados midiendo la energía de las partículas α. Las muestras a medir deben ser muy delgadas porque estas partículas pierden rápidamente energía al atravesar el material. Los rayos gamma también tienen la energía discreta característica del nucleido que se desintegra, por lo que la energía de estos rayos también puede usarse para identificar nucleidos. Puesto que los rayos gamma pueden atravesar una cantidad considerable de material sin perder energía, la muestra no tiene que ser delgada. Los espectros de energía de las partículas beta (y los positrones) no son útiles para identificar nucleidos porque se extienden sobre todas las energías hasta un máximo para cada emisor β.

3.2 Análisis mediante activación neutrónica Con frecuencia, las técnicas de física nuclear se emplean para analizar materiales rastreando elementos presentes en cantidades muy pequeñas. La técnica utilizada se llama análisis de activación. Se irradia una muestra con proyectiles nucleares (normalmente neutrones) para convertir nucleidos estables en nucleidos radiactivos, que luego se miden con detectores de radiación nuclear. Por ejemplo, el sodio de una muestra puede ser detectado irradiando la muestra con neutrones, y convirtiendo así parte de los núcleos estables ®Na en núcleos radiactivos ²Na; a continuación se mide la cantidad de estos últimos contando las partículas β y los rayos g emitidos. El análisis de activación puede medir (sin separación química) cantidades tan pequeñas como 1 nanogramo (109 g) de unos 35 elementos en materiales como el suelo, las rocas, los meteoritos y las muestras lunares. También puede utilizarse para analizar muestras biológicas, como la sangre y el tejido humano; sin embargo, en los materiales biológicos se pueden observar pocos elementos sin separaciones químicas. Otras aplicaciones importantes de la física nuclear son el desarrollo de métodos para producir especies radiactivas utilizadas para la diagnosis y los tratamientos médicos. También ha desarrollado los isótopos trazadores que se usan para estudiar el comportamiento químico de los elementos, para medir el desgaste de los motores de automóviles y en otros estudios que emplean cantidades mínimas de material.

4 Científicos relevantes en la física nuclear 5 Véase también •

 Física de partículas

•

 Reactor nuclear

•

  Energía nuclear

•

 Radioisótopos

•

 Contador Geiger

6 Enlaces externos •

•

Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Física nuclear. Commons  Proyecto Consolider 2010 CPAN (Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear)

7 ORIGEN DEL TEXTO Y LAS IMÁGENES, COLABORADORES Y LICENCIAS 

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7 Origen del texto y las imágenes, colaboradores y licencias 7.1 Texto •

  Física nuclear   Fuente:  https://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica_nuclear?oldid=98684393 Colaboradores:   Maveric149, Agremon,

Moriel, Scott MacLean, Ejmeza, Gmagno, Ascánder, Sms, Cookie, Tano4595, Wricardoh, Xenoforme, Yhr, Fmariluis, Benjavalero, Petronas, Airunp, Rembiapo pohyiete (bot), RobotQuistnix, Valadrem, Chobot, Yrbot, Vitamine, BOTijo, Huds, Euratom, Kabri, Dramey, Maldoror, Er Komandante, BOTpolicia, CEM-bot, Laura Fiorucci, Pello~eswiki, Retama, Davius, Rastrojo, Julian Mendez, Rata blanca, Escarbot, RoyFocker, Gusgus, JAnDbot, Rigadoun, Kved, BetBot~eswiki, Franxo, Gsrdzl, TXiKiBoT, Netito777, Nioger, Alefisico, Pólux, Dhidalgo, Zeroth, Bucephala, AlnoktaBOT, VolkovBot, Snakeyes, Technopat, ERPN, Queninosta, Matdrodes, AlleborgoBot, 3coma14, Muro Bot, Educacion13, M sanchez ordonez~eswiki, Bucho, Srbanana, BotMultichill, Gerakibot, SieBot, Mushii, PaintBot, Loveless, Pedro004, BOTarate, Manwë, Belb, Arquen, Tirithel, Mutari, Kikobot, DragonBot, Estirabot, Eduardosalg, Argenz, Homero Simpson, Alexbot, Sergio 0258, Arhendt, Camilo, UA31, AVBOT, Adam080, LucienBOT, Peti610bot, Diegusjaimes, Arjuno3, Luckas-bot, Wikisilki, Jotterbot, Vic Fede, Alonsy, Nixón, ArthurBot, Wednesday~eswiki, SuperBraulio13, Xqbot, Jkbw, Botarel, Hprmedina, Cidel, Gabokun, PatruBOT, TjBot, Ripchip Bot, EmausBot, Allforrous, Africanus, CPAN, Emiduronte, Cordwainer, GM83, Wamba.medinabeitia.uem, Davidlainez, MerlIwBot, KLBot2, Alberto5000, Creosota, Furious Corpse, Josejcrpepe, Langtoolbot, Carles james tercero, Addbot, Balles2601, Melodygar, Yuritzi ortega, Orbitantes, Franchuti97, Fer48, Jesusrafaello, Melissa.mirandac, Jarould, Lectorina, Labashi-Marduk y Anónimos: 177

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