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Tema 9: Fsica nuclear 1. El ncleo atmico

Existencia del ncleo atmico. Experimento de Rutherford. Unidades de masa y energa en fsica atmica. Caractersticas de los nucleones La fuerza nuclear fuerte. Energa de enlace en el ncleo atmico. Energa de enlace por nuclen

2. Radiactividad natural y artificial Radiactividad natural. Los tres tipos de radiaciones Ley exponencial de la emisin radiactiva Familias radiactivas Radiactividad artificial. Aplicaciones.

3. Reacciones nucleares Descripcin de una reaccin nuclear Leyes de conservacin en las reacciones nucleares Tipos de reacciones nucleares Fisin. Reactores nucleares Fusin. Origen de los elementos.

4. Partculas elementales Partculas elementales Clasificacin de las partculas Partculas fundamentales. Modelo estndar

5. Las fuerzas de la naturaleza Concepto clsico de fuerza Concepto cuntico de interaccin. Partculas mensajeras Las cuatro fuerzas fundamentales

Tema 10: Fsica relativista 1. El principio de relatividad de Galileo. Transformaciones de Galileo.

Sistemas inerciales. Suma de velocidades

2. El experimento de Michelson-Morley

3. Los postulados de la teora de la relatividad especial.

4. Las transformaciones de Lorente

5.- Consecuencias de la teora de la relatividad especial: a) La dilatacin del tiempo b) La contraccin de la longitud c) La suma de velocidades d) La variacin de la masa con la velocidad e) La equivalencia masa-energa

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CUESTIONES Y PROBLEMAS FSICA NUCLEAR 1. El istopo 234U tiene un periodo de semidesintegracin (semivida) de 250.000 aos. Si partimos de una

muestra de 10 gramos de dicho istopo, determine: a) La constante de desintegracin radiactiva; b) La masa que quedar sin desintegrar despus de 50 000 aos (Madrid Cuestin septiembre 2002)

2. La ley de desintegracin de una sustancia radiactiva es la siguiente: N = No e 0,003t, donde N representa el nmero de ncleos presentes en la muestra en el instante t. Sabiendo que t est expresado en das, calcule: a) El periodo de semidesintegraci6n (o semivida) de la sustancia T1/2. b) La fraccin de ncleos radiactivos sin desintegrar en el instante t = 5 T l/2. Madrid septiembre 2006

3. Una muestra de un material radiactivo posee una actividad de 115 Bq inmediatamente despus de ser extrada del reactor donde se form. Su actividad 2 horas despus resulta ser 85,2 Bq. a) Calcule el perodo de semidesintegracin de la muestra. b) Cuntos ncleos radiactivos existan inicialmente en la muestra? Dato: 1 Bq = 1 desintegracin/segundo Madrid junio 2007

4. Una roca contiene dos istopos radiactivos A y B de periodos de semidesintegracin de 1600 aos y 1000 aos respectivamente. Cuando la roca se form el contenido de A y B era el mismo (1015 ncleos) en cada una de ellas. a) Qu istopo tena una actividad mayor en el momento de su formacin? b) Qu istopo tendr una actividad mayor, 3000 aos despus de su formacin? Nota: Considere 1 ao = 365 das Madrid junio 2009

5. De los 120 g iniciales de una muestra radiactiva se han desintegrado, en 1 hora, el 10% de los ncleos. Determine: a) La constante de desintegracin radiactiva y el periodo de semidesintegracin de la muestra. b) La masa que quedar de la sustancia radiactiva transcurridas 5 horas. Madrid cuestin G junio 2010

6. Razone si las siguientes afirmaciones son correctas o incorrectas: a) Conociendo nicamente la actividad de una sustancia radiactiva en un instante determinado no se

puede determinar su constante de desintegracin. b) La radiacin beta es sensible a campos magnticos, mientras que la gamma no. Madrid junio 2010

7. Se dispone de 20 g de una muestra radiactiva y transcurridos 2 das se han desintegrado 15 g de la misma. Calcule: a) La constante de desintegracin radiactiva de dicha muestra.

b) El tiempo que debe transcurrir para que se desintegre el 90% de la muestra. Madrid Junio 2012

8. Calcule la energa liberada en la fisin de 100 gr de Uranio-235, segn la reaccin: 235U + 1n 95Mo + 139La + 21n

A partir de los datos obtenidos, halla la cantidad de uranio gastada por segundo en un reactor nuclear que tenga una potencia de 1.000 MW. Datos: Masas: U =235'118 u, Mo = 94'936 u, La = 138'950 u, n = 1'009 u; Nmero de Avogadro = 6'023.1023; 1 u = 931 MeV; 1eV = 1'6.10-19 J.

FSICA RELATIVISTA 1. La energa en reposo de un electrn es 0,511 MeV. Si el electrn se mueve con una velocidad v = 0,8c,

siendo c la velocidad de la luz en el vaco. a) Cul es la masa relativista del electrn para esta velocidad? b) Cul es la energa relativista total? Datos: Valor absoluto de la carga del electrn: e = 1,61019 C; velocidad de la luz en el vaco: c = 3108

m/s. Madrid septiembre 2009.

2. Una partcula de 1 mg de masa en reposo es acelerada desde el reposo hasta que alcanza una velocidad v = 0,6 c, siendo c la velocidad de la luz en el vaco. Determine: a) La masa de la partcula cuando se mueve a la velocidad v. b) La energa que ha sido necesario suministrar a la partcula para que sta alcance dicha velocidad v. Dato: Velocidad de la luz en el vaco, c = 3108 m s-1. Madrid Junio 2012

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AUTOEVALUACIN

1. Calcule: a) el defecto de masa y la energa de enlace del istopo N157 de masa atmica 15,0001089 u; b) la energa de enlace por nuclen. Datos: masa del protn: mp = 1,007276 u; masa del neutrn: mn = 1,008665 u; unidad de masa atmica: 1 u = 1,6610-27 kg ; velocidad de la luz en el vaco: c = 3108 m/s Madrid septiembre 1999 Sol.: a) 0,1201431 u, 1,79510-11 J = 112,2 MeV; b) 7,48 MeV

2. El perodo de semidesintegracin del estroncio-90 es de 28 aos. Calcule: a) su constante de desintegracin y su vida media b) el tiempo que deber transcurrir para que una muestra de 1,5 mg se reduzca un 90%. (Madrid septiembre 1998) Sol.: a) 0,025 aos-1, 40,4 aos; b) 92 aos.

3. Se dispone inicialmente de una muestra radiactiva que contiene 51018 tomos de un istopo de Ra, cuyo periodo de semidesintegracin (semivida) es de 3,64 das. Calcule: a) La constante de desintegracin del Ra y la actividad de la muestra. b) El nmero de tomos en la muestra al cabo de 30 das. (Madrid Cuestin junio 2003) Sol.: a) 0,19 das-1, 1,11013Bq; b) 1,671016 tomos

4. En una muestra de azcar hay 2,11024 tomos de carbono. De stos, uno de cada 1012 tomos corresponde al istopo radiactivo 14C. Como consecuencia de la presencia de dicho istopo la actividad de la muestra de azcar es de 8,1 Bq. Nota: 1 Bq = 1 desintegracin/segundo a) Calcule el nmero de tomos radiactivos iniciales de la muestra y la constante de desintegracin

radiactiva () del 14C. b) Cuntos aos han de pasar para que la actividad sea inferior a 0,01Bq? Madrid septiembre 2008 Sol.: a) 2,11012 tomos, 3,8610-12 s-1; b) 55.019 aos

5. En un tiempo determinado, una fuente radiactiva A tiene una actividad de 1,61011 Bq y un periodo de semidesintegracin de 8,983105 s y una segunda fuente B tiene una actividad de 8,51011 Bq. Las fuentes A y B tienen la misma actividad 45,0 das ms tarde. Determine:

a) La constante de desintegracin radiactiva de la fuente A. b) El nmero de ncleos iniciales de la fuente A. c) El valor de la actividad comn a los 45 das. d) La constante de desintegracin radiactiva de la fuente B. Nota: 1 Bq= 1 desintegracin/segundo. Madrid septiembre 2009

Sol.: a) 0,7710-6 s-1; b) 2,071017 tomos; c) 8,01109 Bq; d) 0,7710-6 s-1.

6. Se tiene una muestra de 80 mg del istopo 226-Ra cuya vida media es de 1600 aos. a) Cunta masa de dicho istopo quedar al cabo de 500 aos? b) Qu tiempo se requiere para que su actividad se reduzca a la cuarta parte? Madrid junio 2011

Sol.: a) 58,5 mg; b) 2218 aos

7. El tritio es un istopo del hidrgeno de masa atmica igual a 3,016 u. Su ncleo est formado por un protn y dos neutrones. a) Defina el concepto de defecto de masa y calclelo para el ncleo de tritio. b) Defina el concepto de energa media de enlace por nuclen y calclelo para el caso del tritio,

expresando el resultado en unidades de MeV. Datos: Masa del protn mp = 1,0073 u; Masa del neutrn mn = 1,0087 u. Valor absoluto de la carga del

electrn e = 1,61019 C. Unidad de masa atmica u= 1,671027 kg; Velocidad de la luz en el vaco c = 3108

m/s. Madrid septiembre 2010. Sol.: a) m = 8,710-3 u; b) Enuclen = 2,72 MeV.

8. Justifique si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones, segn la teora de la relatividad especial: a) La masa de un cuerpo con velocidad v respecto de un observador es menor que su masa en reposo. b) La energa de enlace del ncleo atmico es proporcional al defecto de masa nuclear m. Madrid junio 2008. Sol.: a) Falso, la masa aumenta con la velocidad; b) Cierto, E = mc2