“CURSO BÁSICO DE
METODOLOGÍA DE
RADIOISÓTOPOS”
Centro de Investigaciones
Nucleares (CIN) – Facultad de
Ciencias
NÚCLEO ATÓMICO
NÚCLEO ATÓMICO
 Es la parte del átomo que contiene toda la
carga positiva y la mayoría de la masa.
Ocupa una región muy pequeña dentro del
átomo ya que el radio nuclear ~ 10 –15 m mientras
que el radio atómico ~ 10–10 m.
Fue descubierto por Rutherford en 1911
mediante experimentos de bombardeo.
¿CÓMO ESTÁ FORMADO?
Las partículas básicas que constituyen el
núcleo son protones y neutrones.
La cantidad de protones (Z) define al
elemento y es igual a la cantidad de electrones
en el átomo neutro.
Cantidad de neutrones (N) + cantidad de
protones (Z) = número de nucleones (A).
ENERGÍA DEL NÚCLEO
La distribución de los nucleones dentro del
núcleo determina la energía de éste.
Existe un estado fundamental nuclear y
estados excitados.
La
desexcitación
del
núcleo
va
acompañada, al igual que la de los
electrones, por la emisión de radiación
electromagnética (radiación ).
¿QUÉ ES UN NUCLEIDO?
Es un tipo de átomo con un número definido
de protones y neutrones, distribuidos con un
determinado orden dentro del núcleo.
Es la unidad en Radioquímica, así como el
elemento es la unidad en Química.
Se conocen hasta el momento unos 117
elementos y mas de 2000 nucleidos.
 Sólo 275
radiactivos.
son
estables;
el
resto
son
 Se definen distintas categorías de nucleidos:
Isótopos
isótonos
1H
- 2H; 12C - 14C
33
15P -
28
32S
- 35S
34 S
Ne
10
16
N = 18
isóbaros
isómeros
64
64 Cu - 64 Zn
Ni
28
29
30
137m
137 Ba
Ba
56
56
RADIO NUCLEAR
Para todos los núcleos se cumple la ecuación
empírica:
R = roA1/3 (ro = 1.1 – 1.6 x10-15 m)
V A
y
como M  A
 Su densidad es, por lo tanto, constante y
vale aproximadamente 1.2 x 10 14 g/cm3.
CONCLUSIONES
Los nucleones se encuentran densamente
empacados y el volumen total del núcleo es la
suma del volumen de los nucleones.
En núcleos con Z>1 se genera una
importante fuerza de repulsión electrostática.
Para que el núcleo sea estable debe existir
una fuerza atractiva intensa que supere dicha
repulsión: LA FUERZA NUCLEAR.
PROPIEDADES DE LAS FUERZAS
NUCLEARES
Son fuerzas atractivas entre los nucleones.
Son de rango muy corto (~2x10-13 cm).
Son extremadamente intensas (100 veces
mayores que las electromagnéticas y 1035 veces
superiores a la gravedad).
Son independientes de la carga.
Se producen por intercambio de partículas
virtuales.
Las partículas virtuales no existen dentro del
núcleo, sino que tienen una vida muy breve
determinada por el principio de incertidumbre
de Heisemberg.
E x t < h/2
ESTABILIDAD NUCLEAR
El núcleo es intrínsecamente inestable debido
a la repulsión electrostática entre los protones.
El balance repulsión-atracción determina si un
nucleido es estable o radiactivo.
La relación entre N y Z es de fundamental
importancia en dicho balance.
RELACION N/Z
Y ESTABILIDAD NUCLEAR
Cada elemento puede tener varios nucleidos
estables. Estos nucleidos constituyen el “cinturón
de estabilidad”.
Estudiando la relación N/Z de los nucleidos
estables vemos que:
 Si Z < 20
Ejemplos:
N/Z
14
Nitrógeno
1
7N
(N/ Z = 1)
Sodio
23
11 Na
(N/ Z = 1.09)
15
7N
(N/ Z = 1.14)
Si 20 < Z < 83 1 < N/Z < 1.5
Ejemplos: Cobalto
59
27 Co (N/ Z =1 .18)
Estaño
112-120
Bismuto
209
50 Sn (N/ Z = 1.24-1.4)
83 Bi (N/ Z =1 .52)
 Si Z > 83 ningún nucleido es estable
Los nucleidos que caen fuera del “cinturón de
estabilidad” sufren transformaciones que dan al
lugar al fenómeno de radiactividad.
¿ POR QUÉ LOS NUCLEOS INESTABLES
NO SE SEPARAN EN SUS NUCLEONES?
El camino por el cual el núcleo libera su
exceso de energía será el energéticamente
más favorable.
Aún para los nucleidos radiactivos la existencia
del núcleo como tal es más favorable que la
separación en los nucleones que lo constituyen.
La teoría de la relatividad establece que la
masa es una forma de energía y la teoría de
conservación de la energía se extiende a la
suma de ambas magnitudes.
El equivalente entre masa y energía está dado
por E = mc2.
Se cumple que E (MeV) = m (umas) x 931.5
ESTABILIDAD DEL NÚCLEO
La masa de un átomo es siempre menor que
la suma de las masas de las partículas que lo
constituyen.
Esa diferencia se denomina defecto de masa y
es equivalente a la cantidad de energía que el
núcleo gasta en mantener juntos a sus
nucleones ( energía de ligadura).
La energía de ligadura/nucleón es una medida
de la estabilidad del núcleo.
EJEMPLOS
1.- 12C
m 12C = 6 x (mp + mn + me) - 12.0000 =
0.0989436 umas.
El 12C = 92.166 MeV
El/nucleón 12C = 7.68 MeV/nucleón
2.- 14C
m 14C = 6 x (mp + me)+ 8 x + mn – 14.003242
= 0.113034 umas.
El 14C = 105.29 MeV
El/nucleón 14C = 7.52 MeV/nucleón
ENERGIA DE LIGADURA POR NUCLEON vs
A PARA NUCLEIDOS DE A<11
OBSERVACIONES
La El/A de los nucleidos aumenta al aumentar el
número de nucleones.
La El/A de los nucleidos con Z y N par es más alta
que la de sus vecinos .
CONCLUSIONES
La fusión de 2 núcleos livianos para dar un
núcleo mayor es un proceso que libera energía.
Existen “números mágicos” de nucleones que
favorecen la estabilidad del núcleo. Este es un
argumento a favor del modelo de capas para la
estructura nuclear.
ENERGIA DE LIGADURA POR NUCLEON
vs A PARA NUCLEIDOS DE A>11
OBSERVACIONES
La El/A presenta un máximo para A ~ 60. En esa
zona se encuentran los nucleidos más abundantes
en la corteza terrestre.
La El/A disminuye hacia ambos lados de dicho
máximo.
CONCLUSIONES
Los nucleidos más abundantes son los más
estables. Su mayor El/A es un reflejo de esa
estabilidad.
La fisión de 1 núcleo pesado para dar 2 núcleos
menores pero de mayor El/A es un proceso que
libera energía.
PARTÍCULAS SUBATÓMICAS
El avance de la Ciencia Nuclear experimental
permitió determinar que existen más de 100
tipos diferentes de partículas subatómicas.
Cada uno de ellos se caracteriza por
propiedades como
masa, carga, spin y
momento magnético total y tipo de fuerza que
expeimentan.
Cada partícula tiene su antipartícula.
Partícula y antipartícula experimentan el
fenómeno de aniquilación.
Algunas de ellas son elementales (sin
estructura), otras en cambio están constituídas
por unión de otras.
Las partículas elementales son de 3 tipos:
quarks, leptones y bosones.
 Los nucleones no son partículas elementales
sino que están compuestas por combinación de
quarks.
Fuerza
Rango
Intensidad
a 10 -15m
Partícula
Carrier
Gravedad
Infinito
10-35
Gravitón
Electromagnetismo
Infinito
10-2
Fotón
Fuerza débil
< 10-15 m
10-13
Fuerza fuerte
< 10-15 m
1
Bosones
Gluón
QUARKS
 Son las partículas elementales que
experimentan la interacción fuerte.
Existen 6 tipos de quarks y otros tantos
antiquarks
 No se encuentran aisladas, sino formando
grupos de 3 quarks, 3 antiquarks o 1 quark + 1
antiquark.
 Presentan carga eléctrica fraccionaria: -1/3 e ó
+ 2/3 e.
Nombre
Up
CLASIFICACION DE LOS
QUARKS
Símbolo
Carga
u
Down
d
Masa en reposo
(MeV/c2)
310
2/3
310
-1/3
Charm
c
1500
2/3
Strange
s
505
-1/3
Top/Truth
t
>22500
2/3
Botton/beauty b
5000
-1/3
LOS HADRONES
Son partículas compuestas formadas por quarks.
Se dividen en bariones, formados por tres quarks o
tres antiquarks, y mesones compuestos por un quark
y un antiquark.
Los protones (u,u,d) y neutrones (u,d,d) son
bariones.
Los mesones  están formados por un quark up y
un anti down.
La fuerza fuerte mantiene unidos a los quarks. La
fuerza nuclear se debe en realidad a la atracción
residual entre los quarks que forman los nucleones.
LOS LEPTONES
Son
las
partículas
elementales
experimentan la fuerza débil.
que
Se encuentran aisladas.
Existen 6 leptones, 3 cargados negativamente y
3 neutros, junto con sus correspondientes
antipartículas:
 Los leptones negativos incluyen al
electrón, partícula  y partícula .
 Los leptones neutros incluyen al neutrino
electrónico, neutrino muónico y neutrino
LOS BOSONES
Son las partículas portadoras de fuerza.
Son partículas virtuales
Incluyen a los fotones, los gluones, los
bosones W+, W- y Z y a los gravitones (aun no
descubiertos).
MODELO STANDARD
La materia está constituída solamente por 6
quarks, 6 leptones y 6 bosones.
La materia estable que nos rodea es aun mas
simple, ya que está formada exclusivamente por
los 2 quarks mas livianos (u y d) y los electrones.
Divide a quarks y leptones en 3 familias de
acuerdo con su masa.
Primer familia - Formada por los quarks y
leptones mas livianos: quarks up y down y
electrones y neutrinos electrónicos, ademas de
sus antipartículas correspondientes.
Segunda familia - Formada por los quarks y
leptones de masa intermedia: quarks charm y
strange, partículas  y neutrinos muónicos,
ademas de sus antipartículas correspondientes.
Tercera familia - Formada por los quarks y
leptones más pesados: quarks top y botton,
partículas  y neutrinos tauónicos, ademas de
sus antipartículas correspondientes.
¿FIN DE LA
BUSQUEDA
DE LO MÁS
SIMPLE?
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