Las reacciones nucleares cambian un tipo de núcleo por otro; los cambios químicos reorganizan los átomos. Las reacciones nucleares implican energías mucho mayores que las reacciones químicas y tienen cambios de masa medibles.
(a) El nucleón es cualquier partícula contenida en el núcleo del átomo, por lo que puede referirse a protones y neutrones. (b) La partícula α es el producto de la radiactividad natural y es el núcleo de un átomo de helio. (c) La partícula β es el producto de la radiactividad natural y es un electrón de alta velocidad. (d) El positrón es una partícula con la misma masa que un electrón, pero con carga positiva. (e) Los rayos gama componen una radiación electromagnética de alta energía y corta longitud de onda. (f) Nucleido es un término que se utiliza para referirse a un solo tipo de núcleo. (g) El número de masa es la suma del número de protones y el número de neutrones de un elemento. (h) El número atómico es el número de protones en el núcleo de un elemento.
Las partículas α (núcleos de helio), β (electrones), β+ (positrones) y η (neutrones) pueden emitirse a partir de un elemento radiactivo, todos los cuales son partículas; también pueden emitirse rayos γ.
(a) conversión de un neutrón en un protón: (b) conversión de un protón en un neutrón; el positrón tiene la misma masa que un electrón y la misma magnitud de carga positiva, igual a la carga negativa que tiene el electrón; cuando el cociente n:p de un núcleo es demasiado bajo, un protón se convierte en un neutrón con la emisión de un positrón: (c) En un núcleo rico en protones, puede absorberse un electrón atómico interno. En términos sencillos, esto cambia un protón en un neutrón:
El electrón atraído hacia el núcleo se encontraba muy probablemente en el orbital 1s. Cuando un electrón cae desde un nivel de energía superior para sustituirlo, la diferencia de energía del electrón sustituto en sus dos niveles de energía se emite como un rayo X.
El manganeso-51 es más probable que decaiga por emisión de positrones. El cociente n:p para el Cr-53 es = 1,21; para el Mn-51, es = 1,04; para el Fe-59, es = 1,27. El decaimiento de positrones tiene lugar cuando el cociente n:p es bajo. El Mn-51 tiene el cociente n:p más bajo; por ende, es más probable que decaiga por emisión de positrones. Además, es un isótopo estable, y decae por emisión beta.
(a) decaimiento β; (b) decaimiento α; (c) emisión de positrones; (d) decaimiento β; (e) decaimiento α
La semivida es el tiempo necesario para que la mitad de los átomos de una muestra decaigan. Ejemplo (las respuestas pueden variar): Para el C-14, la semivida es de 5770 años. Una muestra de 10 g de C-14 contendría 5 g de C-14 después de 5770 años; una muestra de 0,20 g de C-14 contendría 0,10 g después de 5770 años.
(a) 3.800 millones de años; (b) La roca sería más nueva que la edad calculada en la parte (a). Si el Sr estaba originalmente en la roca, la cantidad producida por el decaimiento radiactivo sería igual a la cantidad actual menos la cantidad inicial. Dado que esta cantidad sería menor que la utilizada para calcular la edad de la roca y la edad es proporcional a la cantidad de Sr, la roca sería más nueva.
c = 0. Esto revela que no pudo quedar Pu-239 desde la formación de la Tierra. En consecuencia, el plutonio ahora presente no pudo haberse formado con el uranio.
Dos núcleos deberán colisionar para que se produzca la fusión. Se necesitan altas temperaturas para que los núcleos tengan la suficiente energía cinética para superar la fuerte repulsión resultante de sus cargas positivas.
El reactor nuclear consta de los siguientes elementos:
- Un combustible nuclear. Un isótopo fisionable deberá estar presente en cantidades suficientes para mantener una reacción en cadena controlada. El isótopo radiactivo está contenido en tubos llamados varillas de combustible.
- Un moderador. El moderador ralentiza los neutrones que producen las reacciones nucleares para que los absorba el combustible y causar más reacciones nucleares.
- Un refrigerante. El refrigerante transporta el calor de la reacción de fisión a una caldera y una turbina externas, donde se transforma en electricidad
- Un sistema de control. El sistema de control consiste en varillas de control, colocadas entre las varillas de combustible para absorber neutrones, y se utiliza para ajustar el número de neutrones y mantener la velocidad de la reacción en cadena en un nivel seguro.
- Un sistema de blindaje y contención. La función de este componente es proteger a los operarios de las radiaciones que emiten las reacciones nucleares y soportar las fuertes presiones resultantes de estas reacciones a alta temperatura.
La fisión del uranio genera calor, que se transporta a un generador de vapor externo (caldera). El vapor resultante hace girar una turbina que acciona un generador eléctrico.
La introducción de Ag+ o Cl- radiactivo en la solución que contiene la reacción indicada, con el consiguiente tiempo de equilibrio, producirá un precipitado radiactivo, inicialmente desprovisto de radiación.
Las partículas alfa pueden detenerse con un blindaje muy fino, pero tienen un potencial ionizante mucho mayor que las partículas beta, los rayos X y los rayos γ. Cuando se inhala, no hay ninguna piel protectora que cubra las células de los pulmones, lo que posiblemente dañe el ADN de esas células y produzca cáncer.