1. ¿En que unidades se mide (típicamente) la energía de la gráfica anterior? ¿Cuál es el factor de conversión de estas unidades con las más habituales?
La unidad para medir la energía en el sistema internacional es el julio (J). El julio se define como la cantidad de trabajo realizado por una fuerza constante de un newton durante un metro de longitud en la misma dirección de la fuerza. Es decir:
El julio también se puede definir como el trabajo necesario para mover una carga eléctrica de un culombio a través de una tensión (diferencia de potencial) de un voltio.
Sin embargo, la unidad típicamente utilizada para medir la energía procedente de las reacciones nucleares es el electronvoltio (eV). El electronvoltio es una unidad de energía que representa la variación de energía potencial que experimenta un electrón al moverse a través de diferencia de potencial de un voltio.
Se puede observar que la definición de electronvoltio es muy similar a la segunda definición de julio. La única diferencia es que la carga necesaria para obtener 1 julio es 1 culombio y para obtener 1 electronvoltio es la propia de un electrón; es decir 1,602176565·10-19
Entendiendo está similitud, es muy sencillo obtener la relación entre julio y electronvoltio:
Del mismo modo, se puede deducir la relación inversa:
2. ¿De qué orden son los valores de energía que intervienen en las reacciones nucleares? ¿Y en las reacciones químicas?
La energía producida en una reacción nuclear es muy superior a la producida en una reacción química. Para ver la diferencia de energía generada, a continuación se compara la energía producida por la fisión del 235U y la energía producida por la combustión de la Antracita.
La energía desprendida en la fisión de cada núcleo de 235U es, en promedio, de 200 MeV. Aplicando factores de conversión, se puede obtener la energía liberada por cada gramo de 235U:
En comparación con una reacción química, la combustión de 1 kg de carbón de la mejor calidad (Antracita) produce una energía de unos 35 MJ, por lo tanto, cada gramo de antracita producirá:
Comparando la energía producida, un gramo de 235U genera más de 2,2 millones de veces más energía que la combustión de un gramo de Antracita.
3. ¿Podéis hacer un esquema con todos los tipos de reacciones nucleares existentes?
Podemos dividir los distintos tipos de reacciones nucleares en dos grandes grupos atendiendo a su naturaleza:
- Reacciones naturales: Son las reacciones que se dan en la naturaleza sin necesidad de que el hombre intervenga. Dentro de este grupo se encuentran:
- Fisión nuclear: Un núcleo pesado se disgrega, dando lugar a uno o varios núcleos más ligeros.
- Desintegraciones nucleares: Los nucleidos radiactivos son inestables y sufren una transformación espontánea en nucleidos de otros elementos, liberando energía en el proceso.
- Reacciones no naturales: Son reacciones que necesitan la intervención del hombre para producirse. Podemos encontrar las siguientes:
- Fusión nuclear: Núcleos ligeros se combinan para formar núcleos más pesados. Cabe destacar que los procesos de fusión si que tienen lugar de forma natural en el interior de las estrellas, donde las temperaturas son de millones ºC.
- Reacciones de fisión en cadena: Reacciones nucleares que se sostienen en el tiempo al provocar un neutrón la fisión de un átomo, lo cual libera varios neutrones, que a su vez causan otras fisiones.
Las reacciones más importantes en nuestra asignatura son las desintegraciones nucleares. Las reacciones de desintegración pueden ser de varios tipos, pero antes de explicarlos, conviene recordar la notación utilizada y las distintas partículas involucradas.
Los elementos se representan mediante su símbolo (X), número atómico (Z) y número másico (A) de la forma:
En cuanto a las partículas, podemos hacer una extensión de esta notación y quedarían de la forma:
- Protones:
- Neutrones:
- Electrones:
- Positrones:
- Rayos Gamma:
Así pues, los esquemas para representar las distintas desintegraciones nucleares serán:
- Desintegración alfa:
- Desintegración beta positiva:
* - Desintegración beta negativa:
* - Desintegración gamma:
*En las radiaciones beta positivas/negativas también se generan neutrinos y antineutrinos respectivamente.
Existen otros tipos de reacciones por desintegración nuclear como, por ejemplo, la captura electrónica, pero no vamos a entrar en su detalle.
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