Relatividad

MODELO DE LA MECÁNICA CUANTICA

En 1920, Edwin Schrödinger, físico alemán que desarrollo un conjunto de ecuaciones por medio de las cuales intento explicar el movimiento del electrón en términos de probabilidades.

La solución de este modelo sobre el comportamiento del electrón fueron las propuestas de la existencia de tres números cuenticos y uno independiente como esta en la siguiente tabla

RADIACIÓN

La intensa fuerza nuclear mantiene unidos a protones y neutrones en el núcleo atómico, superando la fuerza de repulsión de Coulomb, llamada así en honor a Charles Augustin Coulomb. La radiación se define coma la propiedad de algunos materiales de emitir rayos muy penetrantes. Está integrada por las partículas alfa, partículas beta y rayos gamma.

Las partículas alfa son núcleos de átomos de helio, constan de dos protones y dos neutrones, tienen una carga de + 2 y una masa que se emiten de 4.001506 uma.

Las partículas beta tienen carga negativa. Son electrones que se emiten a velocidades cercanas a 0.9 la velocidad de la luz. Dañan los tejidos superficiales de la piel y ojos, debido a que su poder de ionización es moderado. Los rayos gamma son ondas electromagnéticas de alta energía, análoga a la luz pero de una frecuencia mucho mayor.

Estos rayos no tienen carga y provocan la menor ionización de la materia.

ISOTOPOS

La masa atómica de un átomo se obtiene al sumar el número de protones y el número de neutrones. El número atómico de un átomo representa el número de protones que tiene.

Los isotopos de un elemento son átomos del mismo elemento con igual número de protones pero diferente número de neutrones. La palabra isotopo significa “en el mismo lugar”. Se conoce como isótopo a las variedades de átomos que tienen el mismo número atómico y que, por lo tanto, constituyen el mismo elemento aunque tengan número de masa diferente. Los átomos que son isótopos entre sí tienen idéntica cantidad de protones en el núcleo y se encuentran en el mismo lugar dentro de la tabla periódica.

Los átomos con masa atómica mayor a 82, son naturalmente radiactivos. Cuando son de menor masa y emiten radiación, se trata de artefactos sintetizados. Estos átomos expulsan espontáneamente una o más partículas o rayos para transformarse en un núcleo diferente.

A los isotopos radiactivos de un elemento se les denomina radioisótopos.

DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA

La desintegración radiactiva consta de etapas sucesivas por las que pasa un isotopo radiactivo.

Hay tres formas de desintegración: decaimiento alfa, decaimiento beta y decaimiento gamma. El decaimiento alfa se presenta cuando hay emisión de partículas alfa. Su núcleo radiactivo pierde 2 protones y 2 neutrones.

Radiación o decaimiento beta (β):

Hay dos tipos de radiación o decaimiento beta (β), el de la partícula negativa y el de la partícula positiva. Estos procesos radiactivos consisten en:

Partícula beta negativa (β-): La partícula que se emite es un electrón, con su correspondiente carga y masa, indistinguible de los electrones de las capas atómicas. Como los núcleos no tienen electrones, la explicación de este proceso es que un neutrón del núcleo se convierte en un protón y un electrón. El protón resultante permanece en el núcleo y el electrón escapa como partícula beta. El número másico del núcleo resultante se mantiene, pero el número atómico aumenta en una unidad.

Partícula beta positiva (β+): Algunos núcleos emiten partículas beta positivas, denominadas positrones, que tienen la misma masa que los electrones y carga electrónica positiva (+e). Los positrones se crean cuando en el núcleo un protón se convierte en un neutrón, que permanece en el núcleo emitiéndose el positrón formado. El número atómico del núcleo disminuye en una unidad, manteniéndose el mismo número másico.

En ambos procesos, es decir, en cualquier radiación o decaimiento beta se emite también una nueva partícula denominada neutrino. Esta partícula no tiene ni carga ni masa, por lo que no afecta a las ecuaciones expuestas. Sin embargo, se lleva parte de la energía total disponible en el proceso, quedando la partícula beta con sólo una parte de esta.

Radiación o decaimiento gamma (γ):

Los rayos gamma son fotones de muy alta energía. No tienen ni masa ni carga, y solamente constituyen energía emitida por el isótopo en forma de onda. Por este motivo, el núcleo se mantiene exactamente igual pero en un estado de menor energía.

Captura electrónica:

El núcleo atrapa un electrón orbital y junto a un protón se convierten en un neutrón, disminuyendo así el número atómico del núcleo, pero manteniéndose el número másico. El electrón deja una vacante en el orbital correspondiente, que es llenada por un electrón de una capa superior. De esta forma se van emitiendo fotones de rayos X. El proceso total se identifica por los rayos X emitidos al final, que son característicos del nuevo átomo.

FISION NUCLEAR

El fenómeno de la fisión nuclear consiste en bombardear núcleos pesados con neutrones para hacerlos inestables y obtener núcleos ligeros, neutrones y gran cantidad de energía en forma de calor y radiación.

La masa crítica es la mínima cantidad de material fisionable que es necesario para efectuar una reacción en cadena. En las reacciones de fisión nuclear, aproximadamente 0.1 % de la masa se convierte en energía.

ANALISIS DE LA FISION DEL 235 U

REACTOR NUCLEAR

Una central nucleoeléctrica es una planta que utiliza la energía contenida dentro del átomo, a través de un dispositivo denominado reactor nuclear. El reactor nuclear controla el proceso de fisión, para que se aproveche el calor generado para producir vapor de agua, el cual mueve turbinas que accionan generadores de energía eléctrica.

Los componentes básicos de un reactor nuclear son: blindaje, combustible, moderador, refrigerante y varillas de control.

El blindaje o escudo es el material que recubre al reactor nuclear. Evita que se escape la radiación.

El combustible nuclear que se utiliza es principalmente el 239Pu y óxido de uranio U3 O8 que contiene alrededor del 0.7% de 235U.

El moderador tiene como función mantener bajo control la reacción en cadena. Frena a los neutrones para que se pueda funcionar con los núcleos pesados.

El refrigerante tiene como función extraer el calor del interior del reactor.

Las varillas de control son barras colocadas a distancias variables. Absorben neutrones para mantener bajo control su concentración.

VENTAJAS DE LA FISION NUCLEAR

Es una reacción exotérmica que libera enormes cantidades de energía; por ejemplo un gramo de uranio 235 puede proporcionar tanta energía como la que se obtendría de quemar 26000 toneladas de carbón.

RIESGOS DE LA FISION NUCLEAR

Un riesgo importante del uso de la fisión nuclear lo representan los productos que se generan.

Otro factor en contra de la fisión nuclear es la posibilidad de que produzca accidentes, como el que ocurrió con el reactor en Pensilvania, donde hubo emisión de radiación, o el de Chernóbil, cuyo reactor se salió de control y la explosión libero grandes cantidades de radiación y lluvia radiactiva.

Un riesgo más es el almacenaje de los desechos radiactivos generados, aunque para esto se construyen cementerios subterráneos o marinos.

FUSIÓN NUCLEAR

Consiste en unir núcleos ligeros para formar núcleos más pesados y generar calor, Luz y radiación. Los núcleos ligeros son 4 átomos de hidrogeno, que se trasforman en un átomo más pesado de helio.

VENTAJAS DE LA FUSIÓN NUCLEAR

Cuando se aprende a controlar las reacciones de fusión, se tendrá una fuente de energía casi ilimitada. Desde el punto de vista ambiental, la energía de la fusión es más limpia que la de la fisión, ya que sus reacciones no producen grandes cantidades de isotopos radiactivos peligrosos de la vida media larga.

Otra ventaja es que si un reactor de fusión dejara de funcionar, se apagaría instantáneamente sin peligro de que se fundiera. La mayor ventaja de la fusión nuclear es que se convertirá en la fuente principal de generación de energía eléctrica.

PROBLEMAS TÉCNICO POR RESOLVER

Para efectuar una reacción de fusión nuclear es necesario cumplir 2 condiciones: la primera, alcanzar temperaturas del orden de los 100,000,000 de °c, ya que solo así se puede vencer la repulsión electrostática de los núcleos ligeros.

La segunda es mantener juntos durante el tiempo suficiente a los núcleos ligeros para que puedan fusionarse, aunque en la actualidad no hay material en la tierra que resista estas temperaturas.

La energía nuclear, en forma de radiación o fenómenos nucleares como fisión o fusión, ha aportado grandes beneficios a la medicina y a la generación de energía eléctrica.

TEORÍA DE LA RELATIVIDAD

TEORIA DE LA RELATIVIDAD ESPECIAL

Se ocupa del estudio de los marcos de referencia que se mueven uniformemente, esto es que no se aceleran. Estudia el espacio y el tiempo y sustituye a la mecánica newtoniana cuando las velocidades son cercanas a la velocidad de la luz.

MARCO DE REFERENCIA

El

...