Física nuclear


Física nuclear


1. Introducción histórica.
2. Características de los núcleos atómicos.
3. Fuerzas nucleares.
4. Estabilidad nuclear.
5. Análisis energético de la formación del núcleo.
5.1. De masa a energía.
5.2. El mega-electrón-voltio.
6. La radiactividad.
6.1. La radiactividad natural.
6.2. Límites anuales de dosis de radiactividad.
6.3. Fuentes artificiales de radiación.6.4. Tipos de radiactividad.
6.4.1. Radiación alfa.
6.4.2. Radiación beta.
6.4.3. Radiación gamma.
6.5. Series radiactivas.
7. Ley de desintegración radiactiva.
8. Actividad radiactiva.
8.1. Fechado radiactivo.

1. Introducción histórica.
El primer indicio que llevaría al establecimiento de la existencia del núcleo atómico fue el descubrimiento de la radiactividad por Antoine HenriBecquerel en 1896. Éste observó que las sales de Uranio emitían unas radiaciones que eran capaces de velar placas fotográficas en la oscuridad e incluso atravesar placas de Aluminio y Cobre. Los esposos Curie descubren otros elementos que también son emisores radiactivos, aún más activos que el Uranio, como son el Polonio y el Radio.
Más tarde, en 1900, Ernest Rutherford y Paul U. Villard identificanen las radiaciones emitidas tres componentes distintos: unas partículas positivas a, unas negativas b o electrones, ya descubiertos anteriormente por J. J. Thomson y una radiación electromagnética sin carga eléctrica, con una corta longitud de onda.
Todos estos hechos llevan a Marie Curie a escribir en 1903: " El átomo, indivisible desde el punto de vista químico, es divisible en este caso(refiriéndose a los procesos radiactivos), y los subátomos se encuentran en movimiento. La materia radiactiva experimenta, pues, una transformación química que es fuente de la energía radiada; pero no es una transformación química ordinaria, porque las transformaciones químicas dejan al átomo invariable”. Empieza por lo tanto a tomar cuerpo la idea de un átomo divisible, y por lo tanto compuesto dedistintos " subátomos ", distintas partes dentro del átomo.
Rutherford, que con la ayuda de Frederick Soddy esboza las familias radiactivas, y tras recibir el premio Nobel de Química en 1908, es quien establece la existencia del núcleo del átomo. Sus dos colaboradores, Hans Geiger y Ernst Marsden, bombardean en 1911 una fina lámina de oro con partículas a, observando que algunas partículas sufríangrandes desviaciones angulares, mientras que la mayoría de ellas atravesaban la lámina sin desviarse. Estas desviaciones se atribuyen a campos repulsivos muy intensos existentes en el átomo. La existencia de estos campos tan intensos desacredita el modelo de átomo propuesto por el descubridor del electrón, J. J. Thomson, que proponía un átomo donde la carga positiva estuviera expandida por todo elátomo y sobre ella estaría situada la carga negativa, en forma de electrones. Una carga extendida por todo el átomo en una nube difusa produciría un campo repulsivo más débil, no capaz de dar los resultados experimentales ya citados. Veamos en una animación un ejemplo de este experimento. Comprobad como la mayoría de las partículas alfa no se desvían.
Ernest Rutherford propone un átomo quetenga un núcleo, donde esté concentrada la mayor parte de la masa del átomo y se encuentre la carga positiva, rodeado de electrones. El tamaño de este núcleo sería el de una diezmilésima parte del tamaño del átomo. Henry Moseley, ayudante de Rutherford, demostró experimentalmente en 1913 que el número de electrones atómicos y el número de cargas positivas que existen en el núcleo son iguales al númeroatómico (Z) del elemento en la tabla periódica.
Niels Bohr en ese mismo año ya sitúa la radiactividad en el núcleo del átomo mientras que responsabiliza a los electrones de las reacciones químicas.
Fue de nuevo Rutherford quien, en 1919, propuso que en los núcleos había protones (o lo que él llamaba partículas primeras) identificándolos con núcleos de Hidrógeno. Llegó a esta conclusión tras...