fuerza nuclear fuerte – una fuerte fuerza de atracción entre una gran cantidad de protones en el pequeño volumen del núcleo
núcleos estables con bajos números atómicos hasta 20 tienen un número casi igual de neutrones y protones
para números atómicos más altos, el número de neutrones es mayor que el número de protones
la relación de neutrones a protones de núcleos estables aumenta con el aumento del número atómico
cinturón de estabilidad – área donde se encuentran todos los núcleos estables
termina en bismuto
todos los núcleos con 84 o más protones son radiactivos
un número par de protones y neutrones es más estable que un número impar
determinando el tipo de desintegración radiactiva
1) núcleos sobre el cinturón de estabilidad
relaciones altas de neutrones a protones
avanzar hacia el cinturón de estabilidad emitiendo una partícula beta
disminuye el número de neutrones y aumenta el número de protones en un núcleo
2) núcleos debajo del cinturón de estabilidad
bajas relaciones de neutrones a protones
avanzar hacia el cinturón de estabilidad por emisión de positrones o captura de electrones
aumenta el número de neutrones y disminuye el número de protones
emisión de positrones más común con cargas nucleares más bajas
la captura de electrones se vuelve más común con el aumento de la carga nuclear
3) núcleos con números atómicos 84
emisión alfa
disminuye el número de neutrones y protones en 2
21.2.2 Serie radiactiva
algunos núcleos no pueden lograr la estabilidad del juego por una sola emisión
serie radioactiva o serie de desintegración nuclear: serie de reacciones nucleares que comienzan con un núcleo inestable a uno estable
tres tipos de series radiactivas encontradas en la naturaleza
uranio-238 a plomo-206, uranio-235 a leat-207 y torio-232 a plomo-208
21.2.3 Observaciones adicionales
los núcleos con 2, 8, 20, 28, 50 u 82 protones o 2, 8, 20, 28, 50, 82 o 126 neutrones son más estables que con los núcleos sin estos números
números llamados números mágicos
núcleos con un número par de protones y neutrones más estables que con un número impar de protones y neutrones
observaciones hechas en términos del modelo de concha del núcleo
los nucleones residen en conchas
los números mágicos representan conchas cerradas en los núcleos
transmutaciones nucleares – reacciones nucleares causadas por la colisión de un núcleo con un neutrón o por otro núcleo
primera conversión de un núcleo en otro realizada por Ernest Rutherford en 1919
convirtió nitrógeno-14 en oxígeno-17
21.3.1 Uso de partículas cargadas
aceleradores de partículas – utilizados para acelerar partículas a velocidades muy altas
ciclotrón y sincrotrón
21.3.2 Uso de neutrones
los neutrones no necesitan ser acelerados
21.3.4 Elementos de transuranio
elementos de transuranio – elementos con números atómicos superiores a 92 que son producidos por transmutaciones artificiales
la desintegración radiactiva es un proceso de primer orden
tiene características de vida media, que es el tiempo requerido para que la mitad de cualquier cantidad dada de una sustancia reaccione
vida media no afectada por condiciones externas
21.4.1 Citas
la datación por radiocarbono supone que la relación de carbono 14 a carbono 12 en la atmósfera ha sido constante durante al menos 50,000 años
la edad de las rocas se puede determinar por la relación de uranio-238 a plomo-206
21.4.2 Cálculos basados en la vida media
tasa = kN
(k ) = constante de desintegración, N = núcleos
[ ln dfrac {N_t} {N_o} = -k t ]
t = intervalo de tiempo de decaimiento, k = constante de decaimiento, N 0 = número inicial de núcleos en el tiempo cero, N t = número restante después del intervalo de tiempo
[k = dfrac {0.693} {t_ {1/2}} ]
21.5 Detección de radiactividad
Contador Geiger – dispositivo utilizado para medir y detectar radiactividad
Basado en la ionización de la materia causada por la radiación
Fósforos – sustancias que emiten luz cuando se exponen a la radiación
Contador de centelleo – utilizado para detectar y medir la radiación basada en pequeños destellos de luz producidos cuando la radiación golpea un fósforo adecuado
21.5.1 Radiotrazadores
los radioisótopos pueden usarse para seguir un elemento a través de sus reacciones químicas
los isótopos del mismo elemento tienen las mismas propiedades
radiotrazador – radioisótopos utilizados para rastrear un elemento
[E = mc ^ 2 ]
E = energía, m = masa, c = velocidad de la luz
Si el sistema pierde masa, pierde energía (exotérmica)
Si el sistema gana masa, gana energía (endotérmica)
21.6.1 Energías de unión nuclear
masas de núcleos siempre menores que las masas de nucleones individuales
defecto de masa – diferencia de masa entre un núcleo y sus nucleones constituyentes
energy is needed to break nucleus into separated protons and neutrons, addition of energy must also have an increase in mass
nuclear binding energy – energy required to separate a nucleus into its individual nucleons
the larger to nuclear binding energy the more stable the nucleus toward decomposition
fission – energy produced when heavy nuclei split
fusion – energy produced when light nuclei fuse
fission and fusion both exothermic
chain reaction – reaction in which the neutrons produced in one fission cause further fission reactions
in order for a fission chain reaction to occur, the sample of fissionable material must have a certain minimum mass
critical mass – amount of fissionable material large enough to maintain the chain reaction with a constant rate of fission
supercritical mass – mass in excess of a critical mass
21.7.1 Nuclear Reactors
nuclear reactors the fission is controlled to generate a constant power
reactor core consists of fissionable fuel, control rods, a moderator, and cooling fluid
fission products are extremely radioactive and are thus hard to store
about 20 half-lives needed for products to react acceptable levels for biological exposure
21.8: Nuclear Fusion
fusion is appealing because of availability of light isotopes and fusion products are not radioactive
high energies needed to overcome attraction of nuclei
thermonuclear reactions – fusion reactions
lowest temperature required is about 40,000,000 K
when matter absorbs radiation, the energy of the radiation can cause either excitation or ionization
ionization radiation more harmful than nonionization radiation
most of energy of radiation absorbed by water molecules
free radical – a substance with one ore more unpaired electrons
can attack other biomolecules to produce more free radicals
gamma rays most dangerous
tissues that take most damage are the ones that reproduce at a rapid rate
bone marrow, blood forming tissues, lymph nodes
21.9.1 Radiation Doses
becquerel (Bq) – SI unit for activity of the radiation source; rate at which nuclear disintegrations are occurring
1 (Bq) = 1 nuclear disintegration/s
curie (Ci) = 3.7×10 10 disintegrations/s = rate of decay of 1g of radium
two units used to measure amount of exposure to radiation: gray (Gy) and rad
gray – SI unit of absorbed dose = absorption of 1 J of energy per kilogram of tissue
rad (radiation absorbed dose) – absorption of 1×10 -2 J of energy per kilogram of tissue
1 Gy = 100 rads
relative biological effectiveness – RBE
1 for gamma and beta radiation, 10 for alpha radiation
exact value varies with dose rate, total dose, and type of tissue affected
rem (roentgen equivalent for man) – product of the radiation dose in rads and the RBE of the radiation gibes the effective dosage
rem is unit of radiation damage that is usually used in medicine
number of rems = (number of rads)(RBE)
Sievert (Sv) – SI unit for dosage
1 Sv = 100 rem
annual exposure = 360mrem
21.9.2 Radon
radon exposure estimated to account for more than half annual exposure
half-life of radon is 3.82 days
decays into radioisotope polonium
atoms of polonium can be trapped in lungs giving out alpha radiation causing lung cancer
recommended levels of radon-222 in homes is to be less than 4 pCi per liter of air
84 
84 
