REACCIONES NUCLEARES FÍSICA NUCLEAR BACHILLERATO

FÍSICA SIGLO XX MODERNA

REACCIONES NUCLEARES. EJERCICIOS RESUELTOS. FÍSICA NUCLEAR PARA BACHILLERATO:

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ESTE MATERIAL SIGUE EL PROCESO DETERMINADO POR: FÍSICA DE 2º DE BACHILLERATO: DESARROLLO DE LA ASIGNATURA

REACCIONES NUCLEARES:

Son procesos en los que intervienen los núcleos atómicos directamente y como consecuencia se transforman en otros distintos.

En toda reacción nuclear, la suma de los números atómicos y la suma de los números másicos se mantienen constantes, si no debe ajustarse la reacción para que así sea.

FISIÓN NUCLEAR:

Reacción nuclear en la que un núcleo pesado se divide en otro dos más ligeros al ser bombardeado con neutrones. En el proceso se liberan más neutrones y gran cantidad de energía, que corresponde al defecto de masa de los productos. Se necesita una energía de activación que se obtiene de la captura de un neutrón por el núcleo.

División del núcleo de uranio 235, por Hahn y Strassmann (1938):

La masa de las sustancias que resultan de la fisión es ligeramente inferior a las masas de las sustancias que reaccionan. Este defecto de masa se libera en forma de energía.

Se observa que es una reacción en cadena, ya que los neutrones que se forman pueden activar de nuevo la reacción.

Esta reacción es más exotérmica que cualquier reacción química, con lo que se usa como fuente de energía en las centrales nucleares, en los submarinos nucleares, rompehielos o sondas espaciales. Desgraciadamente también tiene aplicaciones militares.

La primera aplicación de la fisión nuclear fue la bomba atómica que provocó miles de muertos en la Segunda Guerra Mundial.

FUSIÓN NUCLEAR:

Reacción nuclear en la que dos núcleos ligeros se unen para formar otro más pesado. En el proceso se libera gran cantidad de energía, que corresponde al defecto de masa de la reacción, que es la diferencia entre la masa total de los reactivos y la de los productos (Masa de reactivos – masa de productos).

Para que se lleve a cabo la fusión se necesitan energías muy altas, para que los núcleos superen la repulsión eléctrica y lleguen a fusionarse. Por ello, la fusión nuclear se produce en situaciones muy concretas en la naturaleza, en situaciones de temperatura muy elevada, del orden de 10⁸ K, en donde la materia se encuentra en estado de plasma.

Si se consiguiese realizar la fusión en situaciones controladas, tendríamos un método para obtener grandes cantidades de energía de una manera muy poco contaminante. Los reactivos se encuentran en la naturaleza en cantidad y el producto de la fusión, es un gas noble sin nigún efecto radiactivo.

Unión del deuterio y el tritio:

Del protio y el tritio:

EJERCICIO F2BE2755:

Sea la reacción nuclear:

_Y²⁷Al + ₁^XH → ₁₂²⁴Mg + ₂⁴He

a.- Identificar los valores de X e Y de la reacción.

b.- Calcular la energía liberada en la reacción en Julios y en MeV, indicando de donde proviene esa energía.

c.- Hallar la energía de enlace del isótopo de magnesio que interviene en la reacción, en J y MeV, indicando a qué es debida tal energía.

d.- Qué diferencia de potencial hay que comunicarle a un protón para que adquiera una velocidad igual a la décima parte de la velocidad de la luz.

DATOS: ₁₂²⁴Mg=23,9924 u; _Y²⁷Al=26,9899; ₂⁴He=4,0039 u; ₁^XH=1,00759 u; c=3·10⁸ m/s; 1 u=1.66·10^-27 kg; 1 eV= 1,602·10^-19 J; m_p+= 1,0073 u ; m_n = 1,0087 u

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EJERCICIO F2BE2739:

Dada la reacción nuclear: ₁¹H + ₁³H → ₂⁴ He , determinar:

A.- De qué tipo de reacción se trata.

B.- La energía liberada por átomo de ₁¹H, en eV y Julios.

DATOS: Equivalente energético de 1 uma: 931 MeV; 1 eV= 1,602·10^-19 J; M(₁¹H)=1,0078 u; M(₁³H)=3,0160 u; M(₂⁴He)=4,0026 u; c=3·10⁸ m/s

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EJERCICIO F2BE2740:

Calcular la energía liberada en el siguiente proceso: ₁¹H + ₁²H → ₁³H + ₁¹H . Expresar el resultado en J y en MeV. ¿De qué tipo de reacción se trata?

Todo ello, teniendo en cuenta que la reacción fuera posible y se superaran los problemas técnicos asociadas a la misma.

DATOS: 1 u=1.66·10^-27 kg; Q_e^– =- 1,6·10^-19C; c=3·10⁸ m/s ; M(₁¹H)=1,007825 u; M(₁²H)=2,014102 u; M(₁³H)=3,016049 u; M(₂⁴He)=4,0026 u

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EJERCICIO F2BE2741:

En la reacción nuclear de fisión del ₉₂²³⁵U , éste captura un neutrón y se produce un isótopo del Kr, de número másico 92, un isótopo del Ba, cuyo número atómico es 56 y 3 neutrones. Escriba la reacción nuclear y determine razonadamente el número atómico del Kr y el número másico del Ba.

IR A LA RESOLUCIÓN DEL EJERCICIO: EJERCICIO RESUELTO DE REACCIÓN NUCLEAR DE FISIÓN DEL URANIO. FÍSICA BACHILLERATO

EJERCICIO F2BE2742:

Cuando una bomba de hidrógeno explota, lo hace según la siguiente reacción nuclear:

₁²H + ₁³H → ₂⁴He + ₀¹n

a.- Ajustar la reacción, para trabajar con ella de forma adecuada

b.- ¿Qué tipo de reacción nuclear es?, ¿de dónde proviene la liberación de energía que se produce como consecuencia de esta reacción nuclear?

c.- Hallar la energía liberada al formarse un átomo de helio.

d.- Hallar la energía de enlace por nucleón para el ₂⁴He. Contrastar este resultado con el obtenido en el apartado anterior, aportando comentarios con rigor.

DATOS: m (₁²H)=2,01474 u; : m (₁³H)=3,01700 u; : m (₂⁴He)=4,002603 u; : m (₀¹n)=1,008665 u; m (₁¹p)=1,0073 u; 1 u=1,67·10^-27 kg; c=3·10⁸ m/s.

SOLUCIÓN: c: 3.077·10^-12 J; d: 1.102·10^-12 J

EJERCICIO F2BE2743 (EBAU CANARIAS 2013):

Explique en qué consisten la fisión y la fusión nuclear. Indique algunas ventajas e inconvenientes de estos procesos. Diga si las reacciones nucleares que se indican a continuación son de fisión o de fusión:

₁²H + ₁³H → ₂⁴He + ₀¹n

₁¹H + ₀¹n → ₁²H

₉₂²³⁵U + ₀¹n → ₅₆¹⁴¹Ba + ₃₆⁹²Kr + 3 ₀¹n

EJERCICIO F2BE2744:

Teniendo en cuenta la siguiente reacción nuclear:

₃⁶Li + ₀¹n → ₁³H + _Z^AX

a.- Obtener el isótopo resultante X, indicando sus números atómicos y másico.

b.- La masa atómica del isótopo X, considerando que en esta reacción se libera una energía de 4,84 MeV por átomo de litio.

DATOS: M_a(litio-6)=6,0151 u; M_a(tritio)=3,0160 u; M_a(neutrón)=1,0087 u; 1 u=931 MeV

SOLUCIÓN: 4,0026 U

EJERCICIO F2BE2745:

Indicar el isótopo* que falta en las siguientes reacciones nucleares:

a.- ₁₃²⁷Al + ₂⁴He → _Z^AX + ₀¹n

b.- ₇¹⁴N + ₁¹H → ₂⁴He + _Z^AX

*NOTA: Consulta la tabla periódica para indicar correctamente el isótopo

EJERCICIO F2BE2746:

Para la siguiente reacción nuclear, sabiendo que se liberan 2,71 MeV por cada átomo de carbono 12, determinar la masa del carbono 13:

₆¹²C + ₁²H → ₁¹H + ₆¹³C

DATOS: M_a(carbono-12)=12 u; M_a(protio)=1,0078 u; M_a(deuterio)=2,0141 u; 1 u=931 MeV

SOLUCIÓN: 13,0034 u

APUNTES DE FÍSICA NUCLEAR (ENERGÍA DE ENLACE, REACCIONES NUCLEARES, RADIACTIVIDAD E INTERACCIONES FUNDAMENTALES):

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