Leyes del Desplazamiento Radiactivo, Fisión y Fusión Nuclear: Energía y Reacciones
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Leyes del Desplazamiento Radiactivo
Cuando un radionúclido emite radiación, el número de partículas en su núcleo puede variar. A continuación, se describen las variaciones en las características del núcleo al emitir los tres tipos de radiaciones principales.
Emisión Alfa
Cuando un núcleo emite una partícula alfa, su número atómico (Z) disminuye en dos unidades y su número másico (A) en cuatro. Esto se expresa así:
ZAX → Z-2A-4Y + 24He
El núcleo resultante corresponde a un elemento situado dos posiciones a la izquierda en la tabla periódica.
Emisión Beta
Cuando un núcleo emite una partícula beta (β-), su número atómico (Z) aumenta en una unidad, mientras que su número másico (A) permanece constante. La ecuación es la siguiente:
ZAX → Z+1AY + -10e + ν̄e
Para una emisión beta positiva (β+), la ecuación sería:
ZAX → Z-1AY + 10e + νe
Emisión Gamma
Un emisor gamma no modifica su número másico (A) ni su número atómico (Z).
ZAX* → ZAX + γ
La emisión gamma suele acompañar a las emisiones alfa y beta. Cuando un núcleo se desintegra emitiendo radiación alfa o beta, el núcleo resultante no siempre se encuentra en su estado fundamental. Este núcleo en estado metaestable emite fotones (radiación gamma) hasta alcanzar su estado fundamental.
Fisión Nuclear
La fisión nuclear es la ruptura de un núcleo pesado en núcleos más pequeños, generalmente inducida por el bombardeo con neutrones. Este proceso suele ir acompañado de la liberación de varios neutrones y una gran cantidad de energía. La fisión es característica de núcleos pesados (más pesados que el hierro). Los núcleos de 235U y 239Pu son los más utilizados.
Las energías liberadas son del orden de 200 MeV por cada núcleo de uranio fisionado. Cada reacción libera más neutrones de los que absorbe, lo que puede provocar una reacción en cadena. En las centrales nucleares, esta reacción se controla mediante barras de control, hechas de materiales que absorben el exceso de neutrones (como el cadmio). Si no se controla, la energía liberada puede causar una explosión nuclear. Otro inconveniente es que los productos de la fisión son radiactivos, con vidas medias elevadas.
Centrales Nucleares de Fisión
En una central nuclear, la energía liberada en la fisión de 235U o 239Pu se utiliza para calentar agua, generar vapor y mover una turbina conectada a un generador eléctrico. En el núcleo del reactor, las barras de combustible (que contienen óxido de uranio o plutonio) sufren la fisión. Los productos de la fisión, que se mueven a gran velocidad, son frenados por las moléculas del moderador (generalmente agua pesada, D2O), lo que calienta el agua. Esta energía térmica se transfiere a través de intercambiadores de calor para generar vapor. Las barras de control de cadmio regulan la reacción, absorbiendo neutrones y controlando la velocidad de la fisión.
Fusión Nuclear
La fusión nuclear es la unión de dos núcleos ligeros (menos pesados que el hierro) para formar un núcleo más pesado. Este proceso libera una gran cantidad de energía y, a veces, otras partículas. Algunas reacciones comunes son: