Presentació preparada per Xavier Vigil Jose com a part del curs DSFQ: Ciències de la naturalesa a secundària. Física i química. Competència digital.

1. Física Nuclear · Estructura atòmica · Isòtops · Radioactivitat natural · Fissió nuclear · Fusió nuclear

2. Estructura atòmica · Els àtoms estan formats per tres tipus de partícules: · Protons · Neutrons · Electrons · Els àtoms consten de dues parts: · Nucli (conté els protons i els neutrons) · Escorça (conté els electrons)

3. Protons i neutrons · Els protons són partícules carregades positivament i amb massa. · El nombre de protons que conté el nucli d’un àtom determina de quin element químic es tracta. · Dades del protó: m p = 1,672 · 10 -27 kg q p = 1,6 · 10 -19 C · Els neutrons són partícules elèctricament neutres i amb massa que es troben al nucli de l’àtom. · Dades del neutró: m n = 1,672·10 -27 kg q n = 0 C

4. Electrons · Els electrons són partícules carregades negativament que es troben a l’escorça i amb una massa pràcticament negligible. · Dades de l’electró: m e = 9,109·10 -31 kg q e = -1,6·10 -19 C · La disposició dels electrons als àtoms dels diferents elements és la responsable de la reactivitat i del tipus d’enllaç que aquests elements poden formar.

5. Isòtops · Els isòtops són varietats d’àtoms d’un mateix element que difereixen en el nombre de neutrons que tenen al nucli · Els diferents isòtops d’un element tenen diferents masses atòmiques · Exemple: Isòtops naturals del C 12 C : 6 protons i 6 neutrons 13 C : 6 protons i 7 neutrons 14 C : 6 protons i 8 neutrons · No tots els isòtops naturals són estables energèticament, això provoca la descomposició de l’àtom i l’aparició del fenomen de la radioactivitat natural

6. Radioactivitat natural · Quan un isòtop d’un element és inestable es descompon emetent radiacions. · Les radiacions poden ser de tres tipus: alfa, beta i gamma. · En les radiacions alfa i beta hi ha emissió de partícules, mentre que les radiacions gamma són radiacions electromagnètiques molt energètiques. · Quan un àtom radioactiu emet una partícula alfa o beta es diu que l’àtom es desintegra.

7. Radiacions alfa · La radiació alfa és un tipus de radioactivitat natural on un àtom es descompon emetent una partícula  (un nucli d’Heli, format per 2 protons i dos neutrons) i un àtom amb un nombre màssic 4 unitats inferior i un nombre atòmic 2 unitats inferior · Exemple : Desintegració de l’urani-238 o

8. Radiacions beta · Hi ha dos tipus de radiació beta : - Radiacions  – (nuclis amb excés de neutrons). Consisteix en l’emissió d’un electró per part del nucli que prové de la desintegració d’un neutró: Exemple:

9. - Radiacions  + (nuclis amb excés de protons). Consisteix en l’emissió d’un positró per part del nucli que prové de la desintegració d’un protó: Exemple:

10. Radiacions gamma · En aquest tipus de radiació el nucli no perd la seva identitat. · El nucli es desprèn de l’energia que li sobra per passar a un estat de energia més baixa. Emet raigs gamma, és a dir fotons molt energètics. · Aquest tipus d’emissió acompanya les radiacions alfa i beta. · És una radiació molt penetrant, travessa el cos humà i tan sols es frena con làmines de plom i murs gruixuts de formigó. És la més perillosa dels tres tipus de radiació.

11. Fissió nuclear · La fissió nuclear és el procés mitjançant el qual un nucli atòmic pesat es divideix en dos o més nuclis lleugers i altres subproductes, generalment neutrons i fotons. · La fissió allibera una gran quantitat d'energia, tant en forma de fotons com en forma d'energia cinètica. Aquesta energia estava prèviament emmagatzemada com energia d’enllaç forta entre els nucleons. · La fissió es pot induir de diverses formes. Generalment es bombardeja el nucli amb un neutró de l'energia adequada. Aquest neutró lliure és absorbit pel nucli, que esdevé inestable i es divideix en diverses peces ( productes de fissió ). Aquestes peces generalment consisteixen en dos nuclis més lleugers, dos o tres neutrons lliures i alguns fotons. La fissió nuclear també es pot induir pel bombardeig amb protons, altres nuclis, o fotons molt energètics. En alguns elements, la fissió nuclear pot fins i tot esdevenir de manera espontània.

12. · La fissió nuclear és tant més fàcil com més pesat sigui el nucli atòmic original. Els elements més habituals per produir fissió són l‘urani i el plutoni. · La fissió nuclear produeix un efecte de reacció en cadena , que és la base de les centrals nuclears i les bombes atòmiques. · La fissió d'un nucli allibera dos o més neutrons que escapen en direccions aleatòries i colpegen altres nuclis, que també fissionen. Donat que la fissió de cada nucli allibera dos o més neutrons, i que aquests produeixen noves fissions, depenent de les condicions de pressió i a partir d'una certa massa crítica, el procés finalitza amb la fissió de tots els nuclis atòmics. En les bombes atòmiques el procés de fissió és incontrolat, i en les centrals nuclears el procés es controla absorbint l'excés de neutrons alliberats.

13. Fusió nuclear · La fusió nuclear consisteix en una reacció en la qual dos nuclis atòmics (per exemple de deuteri) es converteixen en un nucli més pesat (en l'exemple heli), aquesta reacció va acompanyada de l'emissió de partícules (en l'exemple del deuteri un neutró). Aquestes reaccions poden produir una gran emissió d'energia, en forma de raigs gamma i d’energia cinètica de les partícules emeses. Aquesta emissió d'energia és apreciable en disminució de massa per la famosa fórmula d‘Einstein: E = m·c 2 · A diferència de la fissió, que es basa en trencar un àtom molt pesat (urani o plutoni) i fer-ne aparèixer de més lleugers (radi entre d'altres), la fusió consisteix en unir àtoms lleugers i convertir-los en un de més pesat. · Aquest tipus de reaccions es produeixen als nuclis dels estels