Fundamentos de la Física Nuclear: Partículas, Reacciones y Radiactividad

Conceptos Fundamentales de la Física Nuclear

Partículas Atómicas y sus Propiedades

• Protón: Carga +1, Masa 1.
• Neutrón: Carga 0, Masa 1.
• Electrón: Carga -1, Masa 1/1840.

Números Atómicos y Másicos

El Número Atómico (Z) es la cantidad de protones que posee un átomo. En un átomo neutro, la cantidad de protones es igual a la cantidad de electrones.

El Número Másico (A) es la suma de los protones y neutrones, y expresa la composición nuclear del átomo.

Tipos de Átomos Relacionados

• Isótopos

  Átomos de un mismo elemento que presentan igual número atómico (Z) pero distinto número másico (A). Esto significa que tienen el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones. (En la notación nuclear, los números de abajo son iguales y los de arriba son distintos).

• Isóbaros

  Átomos de elementos diferentes que presentan igual número másico (A) y distinto número atómico (Z). (Tienen el mismo número arriba y distinto número abajo).

• Isótonos

  Átomos que presentan distinto número másico (A) y distinto número atómico (Z), pero igual número de neutrones. (Al restar el número de arriba con el de abajo, se obtiene el mismo número de neutrones).

Reacciones Nucleares vs. Reacciones Químicas

Reacciones Nucleares

• Participan protones, neutrones y otras partículas elementales.
• Los isótopos se interconvierten entre sí.
• Liberan o absorben grandes cantidades de energía.
• La velocidad de reacción no es afectada por cambios de temperatura.

Reacciones Químicas

• Participan solo electrones en la ruptura y formación de enlaces.
• Los átomos se reordenan por la ruptura y formación de enlaces.
• Liberan y absorben pequeñas cantidades de energía.

Radiactividad: Desintegración Atómica

La radiactividad es la desintegración espontánea de núcleos atómicos inestables mediante la emisión de partículas subatómicas y radiaciones electromagnéticas. Fue descubierta por el físico francés Antoine Henri Becquerel en 1896.

Las principales emisiones radiactivas son:

• Partículas Alfa (α)

  Están formadas por 2 protones y 2 neutrones, actuando como una única partícula (similar al núcleo de helio). Tienen carga +2 y masa 4.

• Partículas Beta (β)

  Son uno de los tipos de emisión producidas por sustancias radiactivas. Fueron identificadas como electrones (β-) o sus antipartículas correspondientes, los positrones (β+).

• Radiaciones Gamma (γ) y Rayos X

  Son radiaciones electromagnéticas. Los rayos gamma son de la misma naturaleza que los rayos X, pero con una energía considerablemente mayor.

Transmutación Nuclear

La transmutación es el proceso por el cual un elemento químico se convierte en otro. Ocurre como consecuencia de procesos nucleares como la fisión o la desintegración radiactiva, donde el núcleo de un átomo se vuelve estable al cambiar su composición.

Transmutación por Radiación Alfa

Cuando un átomo emite una partícula alfa (que contiene 2 protones y 2 neutrones, similar al núcleo de helio), su número másico disminuye en 4 unidades y su número atómico disminuye en 2 unidades.

Transmutación por Radiación Beta

En la transmutación por emisión beta, un neutrón en el núcleo se convierte en un protón, emitiendo un electrón (partícula beta). La masa del átomo no cambia significativamente, pero su número atómico aumenta en 1 unidad.