Reacciones Nucleares

REACCIONES NUCLEARES

Los procesos nucleares son procesos de combinación y transformación de las partículas sub-atómicas y núcleos atómicos. Las reacciones nucleares pueden ser endotérmicas o exotérmicas, atendiendo a si precisan energía para producirse o a si la desprenden respectivamente.

FUERZAS

• Nuclear fuerte: Es la fuerza más fuerte de la naturaleza y tiene, en principio, muy corto alcance, 1 fm. Es la responsable de las ligaduras nucleares. Entre hadrones se manifiesta mediante el intercambio de mesones y piones sobre todo. Pero la verdadera expresión de la nuclear fuerte ocurre en las uniones entre quarks mediante una partícula mediadora de fuerza llamada gluón que viene de "glue" que significa pegamento. Los gluones unen con tal firmeza a los quarks que hasta ahora no se les ha podido observar libres en la naturaleza sino que siempre aparecen ligados a, por lo menos, otro quark. Aquí la fuerza actúa con alcance infinito y aumenta con la distancia es decir cuanto más alejamos dos quarks más fuertemente se atraen. Dado que es una fuerza derivada de las atracciones entre quarks aquellas partículas que no están constituidas por éstos como son los leptones no se ven afectados por ella.

• Nuclear débil: Es la fuerza de menor alcance, 1 am distancia ésta menor que el núcleo, es, además, cien mil veces más débil que la nuclear fuerte. Sus partículas mediadoras de fuerza son los bosones W y Z. Es la responsable de la mayoría de losprocesos radiactivos.

• Electromagnética: Esta es una fuerza de largo alcance, en realidad alcance infinito. Además es una fuerza muy fuerte tan solo cien veces más débil que la nuclear fuerte. Actúa entre cargas eléctricas pudiendo ser repulsiva o atractiva según el signo de estas. La partícula mediadora de fuerza es el fotón. Es responsable de las ligaduras interatómicas así como de los propios electrones al átomo.

• Gravitatoria: Débil y de largo alcance. Actúa sobre la masa y la energía. Siempre es atractiva. Totalmente despreciable en las reacciones nucleares ya que es 10^38 veces más débil que la nuclear fuerte. Se cree, aunque no se ha probado aún, que podría tener un mediador de fuerza, el gravitón. Es la única fuerza que aún se explica mediante un modelo continuo en vez de uno quantizado. Es la responsable de la atracción entre los objetos astronómicos.

TIPO DE PARTÍCULAS

Según su espín:

• Bosones: Partículas de espín entero (0, 1, 2...). Lo son los fotones y los mesones.

• Fermiones: Partículas de espín semientero (1/2, 3/2...). Lo son los bariones, los quarks y los leptones.

Según su estructura o interacciones en que pueden estar envueltas:

• Hadrones: Partículas formadas por quarks. Lo son los mesones y los bariones.

• Mesones: Hadrones formados por dos quarks.

• Bariones: Hadrones formados por tres quarks. Lo son los protones y los neutrones.

• Leptones: Partícula fundamental en principio indivisible que no experimenta interacción fuerte. Lo son los electrones, los muones, el tau y los neutrinos.

• Quark: Partícula fundamental en principio indivisible que necesariamente ha de aparecer ligada a otros quarks para formar hadrones. Los protones y los neutrones están compuestos de tres quarks. Tiene carga eléctrica fraccionaria y también interactúa débilmente (si el quark es izquierdo). Experimenta interacción fuerte.

• Antipartículas: Cada partícula tiene su propia antipartícula asociada. Estas tienen igual masa pero carga opuesta. O, cuando no tienen carga eléctrica, tienen otra propiedad característica opuesta como la helicidad en el caso del neutrino y el antineutrino, si no tuvieran masa. En cualquier caso, sería posible que el neutrino y el antineutrino fueran la misma partícula fermiónica de Majoranasi, finalmente, aunque pequeña, se mide que tienen masa no nula.

LEYES DE CONSERVACION

Todo proceso nuclear ha de cumplir un formalismo semejante al que siguen los químicos en las reacciones químicas. De hecho en cuanto a simbología ambos tipos de procesos se escriben de forma bastante parecida. Si en las reacciones químicas se conservaba la masa atómica en las nucleares ya no sucede lo mismo. Ya que hay transformaciones de masa a energía y viceversa. A pesar de ello, los procesos nucleares siguen sus propias leyes de conservación.

• Energía relativista: La energía relativista es la suma de las energías cinéticas de las partículas y sus energías en reposo. Ésta se conserva durante cualquier reacción nuclear.

• Carga eléctrica: El valor total de las cargas eléctricas a ambos lados de la ecuación ha de mantenerse. La unidad de carga es la del electrón y se representa por qe.

• Número bariónico: Se asigna el valor +1 a los bariones y -1 a los antibariones. El valor durante la reacción debe mantenerse constante.

• Número leptónico: Se asigna el valor +1 a los leptones y -1 a los antileptones. El valor durante la reacción debe mantenerse constante. Existe un número leptónico por cada generación de partículas así de hecho son tres, un número leptónico electrónico, otro muónico y otro tauónico y en realidad se han de conservar todos ellos por separado.

• Extrañez (strangeness): Se asigna el valor 0 a las partículas normales, fotones, leptones o piones y +1 o -1 a las partículas y antipartículas extrañas como los mesones k o kaones. Estos tienen una vida media por encima de lo normal y surgen por pares. Este valor se conserva durante la reacción solo en las interacciones electromagnéticas o nucleares fuertes, no así en las débiles.

Tipos de Reacciones Nucleares

* Fusión Nuclear:

La fusión nuclear es el proceso por el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen y forman un núcleo más pesado. Simultáneamente se libera o absorbe una cantidad enorme de energía, que permite a la materia entrar en un estado plasmático.

La fusión de dos núcleos de menor masa que el hierro libera energía en general.

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