Efecto Fotoeléctrico, Radiactividad, Fisión y Fusión Nuclear: Conceptos Clave

Efecto Fotoeléctrico

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones cuando los metales son irradiados con determinada radiación electromagnética.

Trabajo de extracción o función de trabajo: Energía mínima necesaria para extraer un electrón de un determinado metal.

Frecuencia umbral: frecuencia mínima que debe tener una radiación electromagnética para arrancar un electrón de determinado metal mediante efecto fotoeléctrico.

Radiactividad

La radiactividad es el proceso por el cual los núcleos atómicos de ciertas sustancias emiten radiación de manera espontánea y se transforman en núcleos de elementos diferentes en un estado de menor energía.

Tipos de Radiación

• Partículas alfa: Son núcleos de helio, cargados positivamente. Tienen alto poder ionizante pero poco poder de penetración. Pueden ser detenidas por un papel o la piel humana.
• Partículas beta: Son partículas negativas idénticas a los electrones. Su poder de penetración es superior al de las partículas alfa, pero pueden ser detenidas por una lámina de aluminio. Su poder de ionización es inferior al de las partículas alfa.
• Rayos gamma: Son radiación electromagnética y, por ello, no se desvían al atravesar un campo eléctrico. Tienen el menor poder de ionización, pero el mayor poder de penetración. Para detenerlos son necesarios bloques de hormigón. Son muy peligrosos y sus consecuencias son devastadoras para los seres vivos, ya que pueden alterar el material genético.

Leyes de Soddy – Fajans

Primera ley

Cuando un núclido emite una partícula alfa, se transforma en otro núclido cuyo número atómico desciende en dos unidades y su número másico en cuatro.

Segunda ley

Cuando un núclido emite una partícula beta, se transforma en otro núclido cuyo número atómico aumenta en una unidad y su número másico no varía.

Tercera ley

Cuando un núclido emite radiación gamma, sigue siendo el mismo núclido, pero en un estado energético diferente.

Fisión Nuclear

La fisión nuclear es el proceso en el que un núcleo, generalmente pesado, se rompe en dos fracciones más ligeras. Para iniciar la fisión, se bombardea con neutrones la muestra que se quiere fisionar. Es necesaria una velocidad determinada para que el proceso sea eficaz. Si los neutrones son rápidos, se producen choques elásticos contra los núcleos, no son capturados por estos y no se produce la fisión. Para que haya fisión, los neutrones deben ser lentos.

Centrales Nucleares

Si en una reacción de fisión se controla el número de neutrones lentos, se produce una reacción de fisión nuclear controlada, que aún así libera una gran cantidad de energía que puede ser aprovechada para la generación de energía eléctrica.

Componentes de una Central Nuclear

• Combustible: El uranio natural es mayoritariamente ²³⁸U. El material fisionable es ²³⁵U. El combustible nuclear suele ser uranio enriquecido hasta un 3-5% en ²³⁵U.
• Moderador y barras de control: Se introducen en el reactor y sirven para controlar la producción de neutrones lentos.
• Circuitos de refrigeración: Circuitos cerrados de agua o CO₂ que eliminan el calor del núcleo del reactor.
• Blindaje: Pared exterior de hormigón que encierra al reactor.

Fusión Nuclear

La fusión nuclear es el proceso que tiene lugar cuando dos o más núcleos ligeros dan lugar a otro más pesado y una o más partículas o radiación gamma. La fusión requiere energía muy alta para que los núcleos superen la repulsión eléctrica y lleguen a unirse, al actuar la fuerza nuclear fuerte.