Diferencia entre revisiones de «Física nuclear»
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'''Química nuclear''' es la que se ocupa del estudio de las transmutaciones y transformaciones de los núcleos atómicos, |
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La '''física nuclear''' es una rama de la [[física]] que estudia las propiedades y el comportamiento de los [[Núcleo atómico|núcleos atómicos]]. La física nuclear es conocida mayoritariamente por la sociedad por el aprovechamiento de la [[energía nuclear]] en [[central nuclear|centrales nucleares]] y en el desarrollo de [[bomba atómica|armas nucleares]], tanto de [[Fisión nuclear|fisión]] como de [[fusión nuclear]]. En un contexto más amplio, se define la '''física nuclear y de partículas''' como la rama de la física que estudia la estructura fundamental de la materia y las interacciones entre las [[partículas subatómicas]]. |
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del mismo modo que la Química molecular atiende al estudio de las moléculas. |
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== Transformaciones nucleares == |
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== Primeros experimentos == |
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Las transformaciones nucleares se pueden producir de una manera espontánea, mediante emisión de radiaciones a o /3, verificándose un desplazamiento de dos lugares hacia la izquierda en el sistema periódico en el primer caso (emisión a), y de uno a la derecha en el segundo (emisión a), según la ley de corrimiento de [[Frederick Soddy]]. |
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La [[radiactividad]] fue descubierta en las sales de [[uranio]] por el físico francés [[Henri Becquerel]] en [[1896]]. |
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La captura por el núcleo de un electrón de las capas electrónicas K, L, M..., da lugar a la conversión de un protón en neutrón, lo que significa también un desplazamiento hacia la izquierda en el sistema periódico. |
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La más frecuente es la captura K, proceso inverso a la creación K o incorporación de una partícula /3 a la K inmediata al núcleo. |
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En un sentido amplio, a la Química nuclear le corresponde el estudio de las transformaciones radiactivas espontáneas, radioelementos naturales, elementos transuránidos, y efectos y separaciones isotópicos. También incluye el estudio de una serie de notables aplicaciones geoquímicas, geológicas y astrofísicas, acciones químicas de las radiaciones ionizantes, efectos biológicos de las radiaciones, fenómenos de fluorescencia y coloración inducidos, indicadores radiactivos, cambios isotópicos, así como aplicaciones analíticas, electroquímicas, bioquímicas y fisiológicas, técnicas e industriales, etc. |
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Es de gran interés un aspecto de la Química nuclear que se refiere al estudio de las reacciones en que se producen elementos nuevos. Así, de la colisión de una partícula alfa (a) con un núcleo de nitrógeno, hay la posibilidad de dos procesos que dejan libre un protón:follar |
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(1) ZN+ZHe -~ 13C+ZH+iH |
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(2) ZN +Z He 180 + 111-1 |
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En (1) la desintegración se realiza sin que la partícula alma quede ligada definitivamente; en (2) se efectúa la captura de la partícula alfa y queda suelto un protón. En estas ecuaciones, los índices superiores representan las masas nucleares; y los inferiores, las cargas nucleares de las distintas partículas; además, la suma de los índices superiores y la de los índices inferiores de cada miembro de estas ecuaciones han de ser iguales. |
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En [[1898]], los científicos [[Marie Curie|Marie]] y [[Pierre Curie]] descubrieron dos elementos radiactivos existentes en la naturaleza, el [[polonio]] (<sub>84</sub>Po) y el [[radio (elemento)|radio]] (<sub>88</sub>Ra). |
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La desintegración del aluminio también se verifica con producción de protones:I7A1+ZHe _> 30Si+lHEl neutrón se produce bombardeando con partículas a el berilio: 49Be+ZHe --> I2C+In |
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En [[1913]] [[Niels Bohr]] publica su modelo de [[átomo]], consistente en un [[Núcleo atómico|núcleo]] central compuesto por partículas que concentran la práctica mayoría de la masa del átomo (neutrones y protones), rodeado por varias capas de partículas cargadas casi sin masa ([[electrón|electrones]]). Mientras que el tamaño del átomo resulta ser del orden del [[angstrom]] (10<sup>-10</sup> [[metro|m]]), el núcleo puede medirse en [[fermi]]s (10<sup>-15</sup> [[metro|m]]), o sea, el núcleo es 100.000 veces menor que el átomo. |
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Estas transmutaciones, originadas por partículas a, producen núcleos estables; sin embargo, la mayoría de los elementos dan isótopos inestables al ser bombardeados por neutrones que han sido retardados, mediante su paso a través de agua o de parafina. La Química nuclear está estrechamente relacionada con la Física nuclear, pero con métodos y problemas propios. |
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== Referencias == |
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[[Ernest Rutherford]] en el año [[1918]] definió la existencia de los núcleos de [[hidrógeno]]. Rutherford sugirió que el núcleo de hidrógeno, cuyo [[número atómico]] se sabía que era 1, debía ser una partícula fundamental. Se adoptó para esta nueva partícula el nombre de [[protón]] sugerido en [[1886]] por [[Goldstein]] para definir ciertas partículas que aparecían en los [[tubo catódico|tubos catódicos]]. |
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*{{Enciclopedia GER}} |
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Durante la década de [[1930]], [[Marie Curie|Irène]] y [[Jean Frédéric Joliot-Curie]] obtuvieron los primeros nucleidos radiactivos artificiales bombardeando [[boro]] (<sub>5</sub>B) y [[aluminio]] (<sub>13</sub>Al) con [[partícula subatómica|partículas]] [[Partícula alfa|α]] para formar isótopos radiactivos de [[nitrógeno]] (<sub>7</sub>N) y [[fósforo]] (<sub>15</sub>P). Algunos isótopos de estos elementos presentes en la naturaleza son estables. Los isótopos inestables se encuentran en proporciones muy bajas. |
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{{ORDENAR:Quimica nuclear}} |
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[[Categoría:Química]] |
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En [[1932]] [[James Chadwick]] realizó una serie de experimentos con una radiactividad especial que definió en términos de corpúsculos, o [[partícula subatómica|partículas]] que formaban esa radiación. Esta nueva radiación no tenía carga eléctrica y poseía una masa casi idéntica a la del protón. Inicialmente se postuló que fuera resultado de la unión de un protón y un [[electrón]] formando una especie de [[dipolo]] eléctrico. Posteriores experimentos descartaron esta idea llegando a la conclusión de que era una nueva partícula procedente del núcleo a la que se llamó [[neutrón|neutrones]]. |
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[[ar:كيمياء نووية]] |
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Los científicos alemanes [[Otto Hahn]] y [[Fritz Strassmann]] descubrieron la [[fisión nuclear]] en [[1938]]. Cuando se irradia uranio con neutrones, algunos núcleos se dividen en dos núcleos con números atómicos. La fisión libera una cantidad enorme de energía y se utiliza en [[arma nuclear|armas]] y [[reactor nuclear|reactores de fisión nuclear]]. |
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[[bg:Ядрена химия]] |
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[[ca:Química nuclear]] |
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== Reacciones nucleares == |
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[[cs:Jaderná chemie]] |
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{{AP|Procesos nucleares}} |
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[[de:Kernchemie]] |
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=== Colisión inelástica === |
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[[el:Πυρηνική χημεία]] |
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La física nuclear incluye también el estudio de las reacciones nucleares: el uso de proyectiles nucleares para convertir un tipo de núcleo en otro. Si, por ejemplo, se bombardea el [[sodio]] con [[neutrón|neutrones]], parte de los núcleos estables '''Na''' capturan estos neutrones para formar núcleos radiactivos '''²Na''': |
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[[en:Nuclear chemistry]] |
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{{ecuación| |
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[[fr:Chimie nucléaire]] |
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<math> |
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[[he:כימיה גרעינית]] |
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\hbox{Na}\;+\;2\hbox{n}^{0}\;\to\;^{A+2}\hbox{Na}\;+\;\gamma</math> |
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[[id:Kimia nuklir]] |
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||left}} |
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[[it:Chimica nucleare]] |
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Estas reacciones se estudian colocando muestras dentro de los reactores nucleares para producir un flujo alto de neutrones (número elevado de neutrones por unidad de área). |
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[[ja:核化学]] |
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[[pl:Chemia jądrowa]] |
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Los núcleos también pueden reaccionar entre ellos pero, si están cargados positivamente, se repelen entre sí con gran fuerza. Los núcleos proyectiles deben tener una energía lo bastante alta como para superar la repulsión y reaccionar con los núcleos blanco. Los núcleos de alta energía se obtienen en los [[Ciclotrón|ciclotrones]], en los [[generador de Van de Graaff|generadores de Van de Graaff]] y en otros [[acelerador de partículas|aceleradores de partículas]]. |
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[[pt:Química nuclear]] |
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[[sk:Jadrová chémia]] |
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Una reacción nuclear típica es la que se utilizó para producir artificialmente el elemento siguiente al [[uranio]] (<sup>238</sup>U), que es el elemento más pesado existente en la naturaleza. El [[neptunio]] (Np) se obtuvo bombardeando uranio con deuterones (núcleos del isótopo hidrógeno pesado, <sup>2</sup>H) según la reacción: |
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[[sv:Kärnkemi]] |
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{{ecuación| |
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[[th:เคมีนิวเคลียร์]] |
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<math>{}_{92}^{238}\text{U} + {}_1^2\text{H} \to\; {}_{93}^{239}\text{Np} + \hbox{n}</math> |
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[[tr:Çekirdek kimyası]] |
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||left}} |
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[[zh:放射化学]] |
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=== Colisión elástica === |
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=== Desintegración nuclear === |
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{{AP|Desintegración alfa|AP2=desintegración beta|AP3=radiación gamma}} |
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{{VT|Partículas elementales}} |
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Los núcleos atómicos consisten en protones, cargados positivamente y neutrones sin carga. El número de protones de un núcleo es su [[número atómico]], que define al elemento químico. Todos los núcleos con 11 protones, por ejemplo, son núcleos de átomos de [[sodio]] (Na). Un elemento puede tener varios [[isótopo]]s, cuyos núcleos tienen un número distinto de neutrones. Por ejemplo, el núcleo de sodio estable contiene 12 neutrones, mientras que los que contienen 13 neutrones son radiactivos. Esos isótopos se anotan como <math>{}_{11}^{23}Na</math> y <math>{}_{11}^{24}Na</math>, donde el subíndice indica el número atómico, y el superíndice representa el número total de nucleones, es decir, de neutrones y protones. A cualquier especie de núcleo designada por un cierto número atómico y de neutrones se le llama [[nucleido]]. |
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Los nucleidos radiactivos son inestables y sufren una transformación espontánea en nucleidos de otros elementos, liberando energía en el proceso (véase [[Radiactividad]]). |
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Esas transformaciones incluyen la [[desintegración alfa]], que supone la emisión de un núcleo de [[helio]] (<math>{}_{2}^{4}He^{+2}</math>), y la [[desintegración beta]] (que puede ser β<sup>-</sup> o β<sup>+</sup>). En la desintegración β<sup>-</sup> un [[neutrón]] se transforma en un [[protón]] con la emisión simultánea de un [[electrón]] de alta energía y un [[antineutrino]] electrónico. En la desintegración β<sup>+</sup> un protón se convierte en un neutrón emitiendo un [[positrón]]. |
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Por ejemplo, el <sup>24</sup>Na sufre una desintegración β<sup>-</sup> formando el elemento superior, el magnesio: |
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{{ecuación| |
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<math>{}_{11}^{24}Na \to\; {}_{12}^{24}Np + \beta + \bar{\nu}_e</math> |
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||left}} |
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La [[Rayos gamma|radiación gamma]] es radiación electromagnética de alta [[frecuencia]] (y por tanto [[energía]]). Cuando se produce la desintegración α o β, el núcleo resultante permanece a menudo en un estado excitado (de mayor energía), por lo que posteriormente se produce la desexcitación emitiendo rayos gamma. |
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Al representar la desintegración de un nucleido radiactivo se debe determinar también el [[periodo de semidesintegración]] del nucleido. El periodo de semidesintegración del <math>{}_{11}^{24}Na</math>, es de 15 horas. Es importante determinar el tipo y energía de la radiación emitida por el nucleido. |
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=== Fisión === |
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{{VT|Fisión nuclear}} |
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Los conceptos de fisión y fusión nuclear difieren en las características de formación de cada uno. De esta forma se encuentra que la fisión (utilizada en las bombas y reactores nucleares) consiste en el "bombardeo" de partículas subatómicas al uranio (o a cualquier elemento transuránico, siempre y cuando sus características lo permitan), trayendo como consecuencia la fisión (de allí su nombre) del átomo y con esto la de los demás átomos adyacentes al bombardeado en reacción en cadena. Mientras que, la fusión es la unión bajo ciertas condiciones (altas presiones, altas temperaturas, altas cargas, etc.) de dos o más átomos y genera mucha más energía que la fisión. |
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=== Fusión === |
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{{VT|Fusión nuclear}} |
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La fusión representa diversos problemas, ya que a nivel atómico las cargas de los átomos se repelen entre sí impidiendo la unión de estos, por esto se recurre generalmente a la utilización de isotópos ligeros, con menor carga eléctrica (como el hidrógeno y sus isótopos deuterio y tritio). En ciertas condiciones, definidas por los [[criterios de Lawson]], se lograría la fusión de dichos átomos. Para ello primero se les debe convertir al estado de plasma, [[ionización|ionizándolos]], favoreciendo a la unión. Esto se consigue mediante dos métodos básicos: el [[confinamiento magnético]] y el [[confinamiento inercial]]. Existen varias posibilidades para producir la fusión a partir de los isótopos del hidrógeno. |
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La energía de la fusión aun no se ha podido aprovechar con fines prácticos. |
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Representa algunas ventajas en relación a la fisión nuclear: |
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# Produce menos residuos nucleares. |
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# En los diseños actuales se necesita un aporte exterior de energía para que la reacción en cadena se mantenga. |
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# Produce más energía por reacción. |
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También posee desventajas: |
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# La reacción más energética es deuterio+tritio, y el tritio es un isótopo muy escaso en la Tierra. |
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# Las condiciones necesarias son tan extremas que solo se dan en el centro de las [[estrella]]s, por lo que son muy difíciles de alcanzar y controlar. |
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Las técnicas conocidas de alcanzar las condiciones impuestas por los criterios de Lawson son dos: |
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*El [[confinamiento magnético]], principalmente en [[tokamak]]s como el [[ITER]]. |
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*El [[confinamiento inercial]], mediante el uso de [[láser]]es o [[acelerador de partículas|aceleradores de partículas]], como por ejemplo en el [[National Ignition Facility]]. |
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== Detección == |
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{{VT|Detector de partículas}} |
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=== Análisis radioquímico como apoyo a la detección === |
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Las [[Partícula alfa|partículas alfa]], que son emitidas normalmente por elementos con números atómicos superiores a 83, tienen la energía discreta característica de los nucleidos emisores. Así, los emisores α pueden ser identificados midiendo la energía de las partículas α. Las muestras a medir deben ser muy delgadas porque estas partículas pierden rápidamente energía al atravesar el material. Los rayos gamma también tienen la energía discreta característica del nucleido que se desintegra, por lo que la energía de estos rayos también puede usarse para identificar nucleidos. Puesto que los rayos gamma pueden atravesar una cantidad considerable de material sin perder energía, la muestra no tiene que ser delgada. Los espectros de energía de las partículas beta (y los positrones) no son útiles para identificar nucleidos porque se extienden sobre todas las energías hasta un máximo para cada emisor β. |
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=== Análisis mediante activación neutrónica === |
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Con frecuencia, las técnicas de física nuclear se emplean para analizar materiales rastreando elementos presentes en cantidades muy pequeñas. La técnica utilizada se llama análisis de activación. Se irradia una muestra con proyectiles nucleares (normalmente neutrones) para convertir nucleidos estables en nucleidos radiactivos, que luego se miden con detectores de radiación nuclear. Por ejemplo, el sodio de una muestra puede ser detectado irradiando la muestra con neutrones, y convirtiendo así parte de los núcleos estables ®Na en núcleos radiactivos ²Na; a continuación se mide la cantidad de estos últimos contando las partículas β y los rayos g emitidos. |
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El análisis de activación puede medir (sin separación química) cantidades tan pequeñas como 1 nanogramo (10-9 g) de unos 35 elementos en materiales como el suelo, las rocas, los meteoritos y las muestras lunares. También puede utilizarse para analizar muestras biológicas, como la sangre y el tejido humano; sin embargo, en los materiales biológicos se pueden observar pocos elementos sin separaciones químicas. |
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Otras aplicaciones importantes de la física nuclear son el desarrollo de métodos para producir especies radiactivas utilizadas para la diagnosis y los tratamientos médicos. También ha desarrollado los isótopos trazadores que se usan para estudiar el comportamiento químico de los elementos, para medir el desgaste de los motores de automóviles y en otros estudios que emplean cantidades mínimas de material. |
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== Científicos relevantes en la física nuclear == |
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*[[Henri Becquerel]] |
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*[[Niels Bohr]] |
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*[[Marie Curie]] |
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*[[Pierre Curie]] |
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*[[Irène Joliot-Curie]] |
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*[[Jean Frédéric Joliot-Curie]] |
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*[[Isidor Isaac Rabi]] |
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*[[Robert Oppenheimer]] |
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*[[Wolfgang Paul]] |
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*[[John von Neumann]] |
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*[[Albert Einstein]] |
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*[[Enrico Fermi]] |
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== Véase también == |
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*[[Física de partículas]] |
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*[[Reactor nuclear]] |
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*[[Energía nuclear]] |
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{{ORDENAR:Fisica nuclear}} |
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[[Categoría:Física]] |
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[[Categoría:Física nuclear| ]] |
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[[ar:فيزياء نووية]] |
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[[be:Ядзерная фізіка]] |
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[[bg:Ядрена физика]] |
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[[bs:Nuklearna fizika]] |
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[[ca:Física nuclear]] |
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[[cs:Jaderná fyzika]] |
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[[da:Kernefysik]] |
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[[de:Kernphysik]] |
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[[el:Πυρηνική φυσική]] |
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[[en:Nuclear physics]] |
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[[eo:Nuklea fiziko]] |
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[[et:Tuumafüüsika]] |
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[[eu:Fisika nuklear]] |
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[[fa:فیزیک هستهای]] |
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[[fi:Ydinfysiikka]] |
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[[fr:Physique nucléaire]] |
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[[gl:Física nuclear]] |
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[[he:פיזיקה גרעינית]] |
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[[hi:नाभिकीय भौतिकी]] |
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[[hu:Magfizika]] |
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[[is:Kjarneðlisfræði]] |
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[[it:Fisica nucleare e subnucleare]] |
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[[ja:原子核物理学]] |
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[[ko:핵물리학]] |
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[[lb:Kärphysik]] |
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[[lt:Branduolinė fizika]] |
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[[lv:Atomfizika]] |
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[[mk:Нуклеарна физика]] |
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[[ml:അണുകേന്ദ്രഭൗതികം]] |
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[[ms:Fizik nuklear]] |
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[[nl:Kernfysica]] |
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[[nn:Kjernefysikk]] |
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[[no:Kjernefysikk]] |
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[[pl:Fizyka jądrowa]] |
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[[pt:Física nuclear]] |
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[[ro:Fizică nucleară]] |
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[[ru:Ядерная физика]] |
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[[scn:Fìsica nucliari]] |
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[[sh:Nuklearna fizika]] |
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[[simple:Nuclear physics]] |
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[[sk:Jadrová fyzika]] |
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[[sl:Jedrska fizika]] |
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[[sq:Fizika bërthamore]] |
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[[sr:Нуклеарна физика]] |
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[[sv:Kärnfysik]] |
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[[ta:அணுக்கருவியல்]] |
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[[th:ฟิสิกส์นิวเคลียร์]] |
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[[tr:Çekirdek fiziği]] |
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[[uk:Ядерна фізика]] |
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[[ur:نویاتی طبیعیات]] |
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[[vi:Vật lý hạt nhân]] |
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[[zh:原子核物理学]] |
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Revisión del 19:04 20 sep 2009
Química nuclear es la que se ocupa del estudio de las transmutaciones y transformaciones de los núcleos atómicos, del mismo modo que la Química molecular atiende al estudio de las moléculas.
Transformaciones nucleares
Las transformaciones nucleares se pueden producir de una manera espontánea, mediante emisión de radiaciones a o /3, verificándose un desplazamiento de dos lugares hacia la izquierda en el sistema periódico en el primer caso (emisión a), y de uno a la derecha en el segundo (emisión a), según la ley de corrimiento de Frederick Soddy. La captura por el núcleo de un electrón de las capas electrónicas K, L, M..., da lugar a la conversión de un protón en neutrón, lo que significa también un desplazamiento hacia la izquierda en el sistema periódico. La más frecuente es la captura K, proceso inverso a la creación K o incorporación de una partícula /3 a la K inmediata al núcleo. En un sentido amplio, a la Química nuclear le corresponde el estudio de las transformaciones radiactivas espontáneas, radioelementos naturales, elementos transuránidos, y efectos y separaciones isotópicos. También incluye el estudio de una serie de notables aplicaciones geoquímicas, geológicas y astrofísicas, acciones químicas de las radiaciones ionizantes, efectos biológicos de las radiaciones, fenómenos de fluorescencia y coloración inducidos, indicadores radiactivos, cambios isotópicos, así como aplicaciones analíticas, electroquímicas, bioquímicas y fisiológicas, técnicas e industriales, etc. Es de gran interés un aspecto de la Química nuclear que se refiere al estudio de las reacciones en que se producen elementos nuevos. Así, de la colisión de una partícula alfa (a) con un núcleo de nitrógeno, hay la posibilidad de dos procesos que dejan libre un protón:follar
(1) ZN+ZHe -~ 13C+ZH+iH
(2) ZN +Z He 180 + 111-1
En (1) la desintegración se realiza sin que la partícula alma quede ligada definitivamente; en (2) se efectúa la captura de la partícula alfa y queda suelto un protón. En estas ecuaciones, los índices superiores representan las masas nucleares; y los inferiores, las cargas nucleares de las distintas partículas; además, la suma de los índices superiores y la de los índices inferiores de cada miembro de estas ecuaciones han de ser iguales.
La desintegración del aluminio también se verifica con producción de protones:I7A1+ZHe _> 30Si+lHEl neutrón se produce bombardeando con partículas a el berilio: 49Be+ZHe --> I2C+In Estas transmutaciones, originadas por partículas a, producen núcleos estables; sin embargo, la mayoría de los elementos dan isótopos inestables al ser bombardeados por neutrones que han sido retardados, mediante su paso a través de agua o de parafina. La Química nuclear está estrechamente relacionada con la Física nuclear, pero con métodos y problemas propios.
Referencias
- El contenido de este artículo incorpora material de la Gran Enciclopedia Rialp que mediante una autorización permitió agregar contenidos y publicarlos bajo licencia GFDL. La autorización fue revocada en abril de 2008, así que no se debe añadir más contenido de esta enciclopedia.