Nucleónica biológica, Apuntes de Biología

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io

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ísica

Curso 2013-

Tema 6

Nucleónica biológica

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Curso 2013-

Puntos de interés

Estructura nuclear y energía de enlace

Radiactividad e interacción con la materia

El Desintegración radiactiva. Vida media

Periodo de semidesintegración efectivo o biológico (Tb)

Actividad de una muestra. Diagrama desintegración. Radioisótopos

Dosis y niveles de radiación. Detectores

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Estructura nuclear y energía de enlace

Complemento

Experimento Rutherford

Rutherford concluyó que el hecho de

que la mayoría de las partículas

atravesaran la hoja metálica, indica que gran parte del átomo está vacío,

que la desviación de las partículas

alfa indica que el deflector y laspartículas poseen carga positiva,

pues la desviación siempre es

dispersa. Y el rebote de las

partículas alfa indica un encuentro directo con una zona fuertemente

positiva del átomo y a la vez muy

densa

El modelo atómico de Rutherford mantenía el planteamiento de Thomson, de que los

átomos poseen electrones, pero su explicación sostenía que todo átomo estaba formado por un núcleo y una corteza. El núcleo debía tener carga positiva, un radio muy pequeño y

en él se concentraba casi toda la masa del átomo. La corteza estaría formada por una

nube de electrones que orbitan alrededor del núcleo

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Estructura nuclear y energía de enlace

Tema

El núcleo es una masa puntual

y una carga puntual

La mayor parte de la masa del átomo está en el núcleo

Chadwick, 1932: descubre el neutrón

Fermi, 1942: reactor fisión

Es importante tener claras las analogías y diferencias entre física atómica y nuclear, y

aunque el objeto de estudio es microscópico y para su análisis se precisa la mecánica

cuántica

Como diferencias fundamentales la interacción predominante en física atómica es la

electromagnética, mientras que en física nuclear juegan un papel primordial dos tipos de

interacción, la fuerte y la débil, de corto alcance (escala atómica) y en el caso atómico

resulta fácil recurrir a la imagen de un modelo planetario para imaginar las órbitas,

mientras que en el caso nuclear los estados son fuertemente colectivos, algo así como

vibraciones de una gota de agua

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Estructura nuclear y energía de enlace

Tema

Modelo gota líquida y modelo partícula

independiente: estados energéticos

cuantizados

Por tratarse en ambos casos de sistemas ligados su energía sólo podría tener

determinados valores, correspondientes a ciertos estados o niveles

Modelo gota líquida

De Broglie, y la dualidad onda-partícula

Los cuantos de energía

El Principio de incertidumbre de Heisenberg

no se puede determinar, simultáneamente y con precisión arbitraria, ciertos pares de variables físicas (posición y el

momento lineal) de un objeto dado

Cuando el sistema pasa de un estado a otro, por intercambio de unelectrón o de un nucleón entre sus niveles, cede o absorbe energía

en forma de radiación electromagnética. La frecuencia f de ésta

viene determinada por la diferencia entre las energías de los

estados respectivos según la relación de Eisntein

hf

E

E

inicial

final





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Estructura nuclear y energía de enlace

Tema

Estructura nuclear y energía de enlace

Estables y constituidos

por 3 quarks (uud)

Inestables y constituidos

por 3 quarks (udd)

Los electrones y su distribución: propiedades químicas a los elementos

La carga del núcleo es igual al número atómico del elemento

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Estructura nuclear y energía de enlace

Tema

Estables y radiactivas

Las proporciones de los distintos isótopos de un mismo elemento en la naturaleza se

denominan abundancias naturales

o

Al

Mg

H

1 1

H

3 1

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Estructura nuclear y energía de enlace

Curiosidades

Isótopo más abundante

del hidrógeno

Reacciones fusión

estrellas

Isótopo estable del hidrógeno que se

encuentra en la naturaleza con una

abundancia del 0,015%

Procesos de fusión junto con el tritio

debido a la gran sección eficaz de la

reacción

Trazalíneas isotópico no radiactivo

Agua pesada-D2O

Isótopo natural del

hidrógeno; es

radiactivo

T2O

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Estructura nuclear y energía de enlace

Tema

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Estructura nuclear y energía de enlace

Tema

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Estructura nuclear y energía de enlace

Tema

La masa total de un núcleo estable siempre es menor que la suma de

las masas de sus componentes individuales: defecto de masa

Según la teoría de la relatividad de Einstein, la masa se puede transformar en

energía





2

c

m

E







2

c

MeV

u

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Problemas

Tema 5. Fundamentos de los fenómenos eléctricos

Determina el valor de la energía liberada en la reacción de fusión

e

H

4 2

H

2 1

H

2

1





DatosSolución: 23,9 MeV

u

4,

He)

4 2

m(

;

u

2,

H)

2 1

(

m





Estructura nuclear y energía de enlace

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Estructura nuclear y energía de enlace

Tema

La energía total del sistema ligado es menor que la energía combinada de los

nucleones por separado: energía de

enlace y el número mágico

El grado de estabilidad de un núcleo se mide por su energía de enlace

El valor de la energía que debe suministrársele a un núcleo para descomponerlo en todos

sus nucleones por separado se denomina energía de enlace

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Estructura nuclear y energía de enlace

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