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Consideraciones previas: desintegración radiactiva

Introducción

Vamos a partir de una situación conocida y ya estudiada en las clases de Física: cómo se producen las desintegraciones nucleares. 

Recuerda con este vídeo los conceptos más importantes.

YouTube - Física en pastillas. Radiaciones alfa, beta y gamma (Licencia estándar de YouTube)

Las ideas clave que necesitas para el desarrollo de esta situación de aprendizaje son:

Constante radiactiva (λ)

Magnitud característica de cada núcleo radiactivo que indica la proporcionalidad entre el ritmo de núcleos desintegrados y la cantidad de núcleos sin desintegrar.

Periodo de semidesintegración (T1/2)

Tiempo que tarda una muestra radiactiva en reducir a la mitad su actividad.

Tiempo de vida media (τ)

Tiempo promedio durante el cual un núcleo radiactivo de una muestra permanece sin desintegrarse. 

Ley de desintegración radiactiva

Ecuación matemática que indica el ritmo de desintegración de una muestra radiactiva. Da el número de núcleos que quedan sin desintegrarse de una muestra inicial en función del tiempo.

N=N_0 \cdot e^{-\lambda \cdot t}

Radiactividad natural

Transformación nuclear en la que un núclido radiactivo reduce su contenido energético mediante la emisión de partículas (α o β) o radiación electromagnética (γ).

Serie radiactiva

Cadena de reacciones nucleares características por las que cada núclido inestable termina alcanzando la estabilidad mediante la emisión de partículas.

Leyes de Soddy y Fajans

Leyes empíricas que explican el comportamiento de las reacciones nucleares basándose en los teoremas de conservación.

Experimenta con la desintegración alfa

Duración:
10 min
Agrupamiento:
Individual

Para la actividad 1 vamos a trabajar con un laboratorio virtual sobre la desintegración αClica en el siguiente enlace o utiliza el recurso incrustado y realiza las actividades que se te piden:

PhET Interactive Simulations - University of Colorado Boulder. Desintegración alfa (CC BY-SA)
  1. En el mundo de las partículas, las α son partículas muy grandes y muy masivas. ¿De qué están constituidas?
  2. Coloca 10 átomos de Po-211. ¿Cuál es su tiempo de vida media aproximado?

  3. Interpreta el valor del tiempo de vida media. ¿Quiere decir este valor que todos los núcleos se desintegran en ese tiempo? Compruébalo dando al play.

  4. Repite varias veces el experimento pulsando cada vez «Restaurar todos los núcleos». ¿Se obtienen siempre los mismos resultados? ¿Por qué?

  5. ¿En qué se transforma cada átomo de Po-211 después de una emisión α?

  6. Observa las gráficas de energía potencial y total de un núcleo de Po-211. Aunque la energía total se mantiene constante, la energía potencial crea un pozo de potencial que mantiene a los nucleones unidos al núcleo. Solo cuando algunos pueden escapar de la interacción nuclear fuerte es cuando se produce el llamado efecto túnel. ¿En qué consiste este efecto cuántico?

  7. A partir del tiempo de vida media se puede obtener la constante de desintegración nuclear. Asumiendo el valor que hemos dado para el ejercicio anterior, ¿cuánto vale λ para el polonio?
  8. Seleccionando «Núcleo personalizado» puedes jugar con los valores de la energía total y potencial de las partículas del núcleo. ¿Cómo se modifica el tiempo de vida media en función de los valores de ambas energías? ¿Qué relación mantiene eso con la estabilidad de los núcleos?

Experimenta con la desintegración beta

Duración:
10 min
Agrupamiento:
Individual

Para la actividad 2 vamos a trabajar con un laboratorio virtual sobre la desintegración βClica en el siguiente enlace o utiliza el recurso incrustado y realiza las actividades que se te piden:

PhET Interactive Simulations - University of Colorado Boulder. Desintegración beta (CC BY-SA)
  1. Las partículas β están constituidas por electrones que proceden del núcleo. Sin embargo, siempre hemos estudiado que los electrones de los átomos se encuentran en la corteza, nunca en el núcleo. ¿Qué explicación le das a esto?

  2. Observa lo que le ocurre en el fenómeno. ¿Qué le pasa a cada átomo de H-3 que se transforma en He-3?

  3. ¿Cuáles son, aproximadamente, los tiempos de vida media del H-3 y del C-14?

  4. Si observas detenidamente, en la desintegración β de cualquier átomo se desprende, además de un electrón, otra partícula (simbolizada por una bola pequeña verde). ¿De qué partícula se trata? Investiga sobre ella.

  5. Vamos a hacer una investigación sobre la descomposición β de 50 átomos de C-14. Anota el tiempo de desintegración de cada uno de ellos y representa en una hoja de cálculo el tiempo de vida media. Representa gráficamente los resultados y compara con el valor dado, calculando el error relativo que se comete con tus medidas.

  6. ¿Cómo se mejoraría el experimento del ejercicio anterior?

Ejercicios

Evaluación de las actividades

Una vez que has practicado con las animaciones sobre las desintegraciones nucleares, realiza los ejercicios propuestos, desarrollándolos en tu cuaderno, portafolio o diario de aprendizaje. Para su evaluación, te proponemos:

  • Preséntalos a tu profesor para una heteroevaluación estándar.
  • Realiza una evaluación por pares (P2P) a partir de las asignaciones que haga tu profesor.

Para saber más: centros de investigación científica

IFIC

IFIC
IFIC. Instituto de Física Corpuscular

El Instituto de Física Corpuscular (IFIC) es un instituto mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Valencia (UV), dedicado a la física de partículas y nuclear, experimental y teórica. Su campo de estudio incluye la física de altas energías, nuclear y astropartículas.

En este enlace tienes algunos vídeos que han hecho sobre divulgación de la física nuclear.

CPAN

Logo del Centro nacional de física de partículas, astropartículas y nuclear
CPAN. Logo del CPAN

El CPAN es el Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear y pretende promover activamente la participación coordinada de los grupos científicos españoles en las investigaciones punteras en física de partículas, astropartículas y física nuclear.

En este enlace puedes ver un artículo de divulgación que han hecho sobre física nuclear.

CIEMAT

Sede del CIEMAT
Wikimedia Commons - Tiberio Feliz Murias. Sede del CIEMAT (Dominio público)

El Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) es un organismo público español de investigación de excelencia en materias de energía y de medio ambiente, así como en múltiples tecnologías de vanguardia y en algunas áreas de investigación básica, adscrito a la Secretaría General de Coordinación de Política Científica del Ministerio de Ciencia e Innovación.

La Unidad CIEMAT - Física de Partículas (CFP) es un grupo de investigación en física, astrofísica de partículas y cosmología observacional. Entre nuestras actividades se incluye la física de colisionadores hadrónicos, física de neutrinos y búsqueda de materia oscura, estudio de rayos cósmicos de alta energía, energía oscura, I+D en detectores, ingeniería electrónica y mecánica avanzada y computación de altas prestaciones.

Aprende más sobre ellos con este enlace.

IPPOG

Grupo de científicos y científicas en el CERN
CERN - Brice Maximilien. Miembros de IPPOG (CERN © imagen uso libre no comercial)

La IPPOG es una red de científicos, educadores científicos y especialistas en comunicación que trabajan en todo el mundo en la educación científica informal y la participación pública en la física de partículas. España es estado miembro y depende de la sección del Ministerio de Ciencia del Gobierno de España dedicada a gestionar la investigación pública en física de altas energías en España.

Las actividades de divulgación son muy diversas y extensas, distribuidas entre los diferentes institutos de investigación. Suelen cubrir muchos campos diferentes al mismo tiempo, siendo coordinados por el Centro Nacional de Partículas, Astropartículas y Física Nuclear (CPAN) los dedicados a esos campos de investigación. 

Creado con eXeLearning (Ventana nueva)

Financiado por la Unión Europea — Ministerio de Educación y Formación Profesional (Gobierno de España) — Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia