La actividad está relacionada con el defecto de masa, la estabilidad nuclear y las características de la interacción fuerte, así como con las reacciones de fusión nuclear y la energía que liberan.
Se han publicado en la página correspondiente dos nuevas actividades (D2 selectividad ord junio 2022 y D2 selectividad extra julio 2022) de la segunda parte, Interacción nuclear, de la unidad 5, Física del siglo XX, de la materia de Física de 2º de bachillerato. Estas actividades se puede ver en los siguientes archivos
Los ejercicios están relacionados con la estabilidad nuclear, las reacciones nucleares, la energía de reacción, la fusión nuclear y la fisión nuclear.
Defecto de masa: diferencia entre la suma de las masas de todos los nucleones y la masa del núcleo. También es la diferencia entre las masas de todos los constituyentes del átomo (protones, neutrones y electrones) y la masa del átomo.
Energía de enlace nuclear: es la energía que se libera en la formación del núcleo a partir de los nucleones (también se puede definir como la energía necesaria para descomponer el núcleo en los nucleones).
Concepto de reacción nuclear. Es el bombardeo de un núcleo (blanco) con un nucleón o grupo de ellos (proyectil).
Leyes de conservación.
Se conserva la energía total (masa–energía): no se conserva la masa sola.
Se conserva la cantidad de movimiento o momento lineal total.
Se conserva el momento cinético total.
Se conserva la carga eléctrica total. En el ejemplo: 7+2 = 8+1.
Se conserva el número total de nucleones. En el ejemplo: 14+4 = 17+1.
Energía de reacción (Q). Es la diferencia de energía de los reactivos y la energía de los productos de la reacción.
Se obtiene a partir de la diferencia de masas (defecto de masa) de los reactivos y los productos :
Δm=∑m_reactivos -∑m_productos
Q=Δm·c^2
Concepto de fisión nuclear. Reacción nuclear en la que un núcleo pesado se escinde (divide) en dos núcleos más ligeros y de masa parecidas (además de varios neutrones).
Se explica mediante la gráfica energía de enlace por nucleón frente al número másico, En-A: los núcleos ligeros tienen mayor energía de enlace por nucleón que el núcleo pesado.
Rasgos fundamentales.
Reacción muy energética (exoenergética, Q mayor que 0): Q aprox 200 MeV/reacción.
Importante fuente de energía (el consumo mundial de energía de 1995 se habría cubierto con 4000 toneladas de uranio).
Efecto multiplicador por la emisión de neutrones que pueden producir nuevas fisiones: reacción en cadena.
Los neutrones lentos (térmicos, Ec entre 1 y 40 eV) tiene mayor probabilidad de producir fisiones.
La reacción en cadena (autosostenida) se producirá si los neutrones no escapan sin producir fisiones: masa crítica: es la mínima masa necesaria para que se produzca la reacción en cadena. Si la masa es menor que la masa crítica no habrá reacción en cadena.
La reacción en cadena se puede controlar: reactores nucleares de fisión.
Los núclidos fisionables más importantes son: U-235 y Pu-239 (también lo son U-233(artificial) y el Pu-241). Este último, Pu-239, se pude obtener a partir del U-238.
Concepto de fusión nuclear. Reacción nuclear en la que dos núcleos ligeros se unen para dar un núcleo más pesado (además de partículas y/o radiación gamma).
Se explica con la gráfica de estabilidad nuclear (En-A): el núcleo más pesado tiene mayor En que los dos núcleos ligeros.
Se han publicado en la página correspondiente dos nuevas actividades (2 examen y 26) de la segunda parte, Interacción nuclear, de la unidad 5, Física del siglo XX, de la materia de Física de 2º de bachillerato. Tanto esta como otras actividades se puede ver en el manual correspondiente.
El ejercicio está relacionado con las reacciones nucleares, la energía de reacción y la fisión nuclear.
Concepto de reacción nuclear. Es el bombardeo de un núcleo (blanco) con un nucleón o grupo de ellos (proyectil).
Leyes de conservación.
Se conserva la energía total (masa–energía): no se conserva la masa sola.
Se conserva la cantidad de movimiento o momento lineal total.
Se conserva el momento cinético total.
Se conserva la carga eléctrica total. En el ejemplo: 7+2 = 8+1.
Se conserva el número total de nucleones. En el ejemplo: 14+4 = 17+1.
Energía de reacción (Q). Es la diferencia de energía de los reactivos y la energía de los productos de la reacción.
Se obtiene a partir de la diferencia de masas (defecto de masa) de los reactivos y los productos :
Δm=∑m_reactivos -∑m_productos
Q=Δm·c^2
Concepto de fisión nuclear. Reacción nuclear en la que un núcleo pesado se escinde (divide) en dos núcleos más ligeros y de masa parecidas (además de varios neutrones).
Se explica mediante la gráfica energía de enlace por nucleón frente al número másico, En-A: los núcleos ligeros tienen mayor energía de enlace por nucleón que el núcleo pesado.
Rasgos fundamentales.
Reacción muy energética (exoenergética, Q mayor que 0): Q aprox 200 MeV/reacción.
Importante fuente de energía (el consumo mundial de energía de 1995 se habría cubierto con 4000 toneladas de uranio).
Efecto multiplicador por la emisión de neutrones que pueden producir nuevas fisiones: reacción en cadena.
Los neutrones lentos (térmicos, Ec entre 1 y 40 eV) tiene mayor probabilidad de producir fisiones.
La reacción en cadena (autosostenida) se producirá si los neutrones no escapan sin producir fisiones: masa crítica: es la mínima masa necesaria para que se produzca la reacción en cadena. Si la masa es menor que la masa crítica no habrá reacción en cadena.
La reacción en cadena se puede controlar: reactores nucleares de fisión.
Los núclidos fisionables más importantes son: U-235 y Pu-239 (también lo son U-233(artificial) y el Pu-241). Este último, Pu-239, se pude obtener a partir del U-238
Reactores nucleares de fisión. Dispositivo en el que se producen reacciones de fisión de forma controlada (reacciones en cadena de forma autosostenida).
Constituyentes principales:
Combustible. Es el material fisionable: U-235 y Pu-239 (a partir del U-238).
El U-235 suele ser enriquecido al 1,5 , 2, 3 o 4% (en la naturaleza es del 0,7%): en forma UF6, UO2.
Moderador. Frena los neutrones “rápidos” procedentes de las fisiones. Suele ser un material ligero no absorbente de neutrones: hidrógeno (agua), deuterio (agua “pesada”), carbono (grafito).
Sistema de control. Se encarga de regular el número de reacciones y la producción de energía. Suelen ser barras de material absorbente de neutrones: cadmio, boro, gadolinio.
Refrigerante. Se encarga de extraer el calor del reactor. Suelen ser sustancias de alto calor específico: agua, dióxido de carbono, vapor de sodio.
El calor extraído convierte en vapor al agua que se encuentra en otro circuito: este vapor mueve una turbina conectada a un alternador en el que se produce la energía eléctrica.
Sistemas de protección, seguridad y blindaje. Se encargan de hacer que las reacciones de fisión de produzcan con la mayor seguridad posible para su entorno.
Se ha publicado en la página correspondiente una nueva actividad (25) de la segunda parte, Interacción nuclear, de la unidad 5, Física del siglo XX, de la materia de Física de 2º de bachillerato. Tanto esta como otras actividades se puede ver en el manual correspondiente.
El ejercicio está relacionado con las reacciones nucleares, el defecto de masa de una reacción y la energía de reacción.
Concepto de reacción nuclear. Es el bombardeo de un núcleo (blanco) con un nucleón o grupo de ellos (proyectil).
En 1919 Rutherford realiza la primera transformación nuclear (reacción nuclear) artificial: bombardea N-14 (blanco) con partículas alfa (proyectil) obteniendo O-17 y emitiéndose un protón.
Leyes de conservación.
Se conserva la energía total (masa–energía): no se conserva la masa sola.
Se conserva la cantidad de movimiento o momento lineal total.
Se conserva el momento cinético total.
Se conserva la carga eléctrica total. En el ejemplo: 7+2 = 8+1.
Se conserva el número total de nucleones. En el ejemplo: 14+4 = 17+1.
Energía de reacción (Q). Es la diferencia de energía de los reactivos y la energía de los productos de la reacción.
Se obtiene a partir de la diferencia de masas (defecto de masa) de los reactivos y los productos :
Δm=∑m_reactivos -∑m_productos
Q=Δm·c^2
Tipos de reacciones:
Exoenergéticas: son aquellas en las que la energía de reacción es positiva (también lo es, por tanto, el defecto de masa), es decir, la energía de los productos es inferior a la energía de los reactivos.
Endoenergéticas: son aquellas en las que la energía de reacción es negativa (Δm también), es decir, la energía de los productos es superior a la energía de los reactivos.
Esto quiere decir que requieren de una energía mínima (|Q|) para que se produzca.
Esta energía deberá proceder de la energía cinética del proyectil.
