Física nuclear: enlace, radiactividad y reacciones
El bloque de física nuclear y radiactividad evalúa la estructura del núcleo, la energía de enlace, las leyes de desintegración y los procesos de fisión y fusión. La PAU balear suele pedir el defecto de masa, la actividad tras un tiempo o la identificación de la partícula emitida.
Núcleo y energía de enlace
- Un núcleo tiene Z protones y A − Z neutrones; A es el número másico. Los isótopos comparten Z pero difieren en A.
- Defecto de masa: Δm = Z·m_p + (A − Z)·m_n − M_núcleo. La energía de enlace es E_b = Δm·c². Se usa 1 u = 1,66×10⁻²⁷ kg = 931,5 MeV/c².
- La curva de energía de enlace por nucleón tiene su máximo en la región del hierro y el níquel (Fe-56, Ni-62). Por eso la fusión de núcleos ligeros y la fisión de núcleos pesados liberan energía.
Radiactividad
- Partícula α: A − 4, Z − 2. Partícula β⁻: Z + 1, con emisión de un antineutrino electrónico. Partícula β⁺: Z − 1, con emisión de un neutrino electrónico. Radiación γ: no cambia A ni Z.
- Se conservan A, Z, la carga, el número de leptones y la energía-momento.
- Ley de desintegración: N = N₀·e^(−λt); T½ = ln 2/λ; actividad A = λ·N, en becquerelios (1 Bq = 1 desintegración/s).
- Tras n semividas queda una fracción (1/2)^n de la muestra inicial.
Ejemplo resuelto
El I-131 tiene T½ = 8,02 días. Tras 24,06 días han transcurrido n = 24,06/8,02 = 3 semividas. La fracción restante es (1/2)³ = 1/8 = 0,125, es decir, el 12,5 %. Si la actividad inicial era 40 MBq, la actividad final es 40/8 = 5,0 MBq. La desintegración no es lineal: no se pierde la misma cantidad en cada intervalo.
Errores que cuestan puntos
- Olvidar el neutrino o el antineutrino en la desintegración beta y no conservar el número de leptones.
- Usar masas atómicas en lugar de nucleares sin compensar las masas de los electrones, sobre todo en β⁺.
- Suponer que la radiación γ cambia A o Z.
- Tratar la semivida como una pérdida lineal o confundirla con la vida media.
- Elegir mal el sentido de la energía de enlace: un núcleo más ligado tiene mayor E_b por nucleón, no mayor masa.