1r ciclo Energia nuclear

[Julián]

El nucleo del atomo tiene mucha energia por la repulsion que existe entre los protones pero esta repulsion es menor que la fuerza nuclear fuerte que existe entre los quarks que los forman cuando se rompe esta interaccion la repulsion es tan fuerte que los elementos adquieren mucha energia cinetica emitiendo a su vez rayos gamma por la gran vibracion y energia de estas particulas no?

[aLFRe]

Re: Energia nuclear

El nucleo del atomo tiene mucha energia por la repulsion que existe entre los protones pero esta repulsion es menor que la fuerza nuclear fuerte que existe entre los quarks que los forman cuando se rompe esta interaccion la repulsion es tan fuerte que los elementos adquieren mucha energia cinetica emitiendo a su vez rayos gamma por la gran vibracion y energia de estas particulas no?

Un núcleo atómico está formado por protones y neutrones
y por eso se designa a estas dos partículas con el nombre de nucleones.
Al número de protones - partículas con carga positiva - se llama número atómico y se representa por la letra Z.
Al número de neutrones - partículas sin carga neta - se representa por la letra N.
La suma N + Z se llama número másico y se representa por la letra A
y por tanto te da el número total de nucleones.
El núcleo atómico en concreto se identifica por el símbolo de elemento con los números ( Z, A )

Imagina que tienes Z protones y N neutrones MUY MUY MUY separados - no se ejercen fuerzas entre ellos -
la masa de este estado sería
M' = Z x masa protón + ( A- Z ) x masa neutrón.

Ahora mides la masa del núcleo M que es cuando los Z protones y N neutrones
están próximos una distancia del orden de unos pocos fermis ( F )
[tex]1\,F= 10^{-15}\,m [tex]
esa masa será mayor o igual - el núcleo es inestable - que M'
o menor que M' - el núcleo sería estable -
Como ya sabes hay una equivalencia entre masa y energía $E= Mc^2$

A la diferencia entre esas dos cantidades se le llama energía de ligadura del núcleo atómico
y mide una serie de efectos unos hacen que las partículas acumuladas en un volúmen de unos pocos
Fermis cúbicos sea mayor que infinitamente separada y otros que sea menor.
Tú has citado la fuerza nuclear fuerte y la repulsión electromagnética:
estaría muy bién si se puede hacer un cálculo de la contribución de la energía nuclear fuerte, pero esto es bastante complejo
por lo cual se recurre a una serie de estimaciones que están detalladas en la fórmula semiempírica de masas.

Si pillas esa energía de ligadura y la divides por A te da la energía de ligadura media por nucleón.
Lo que estoy haciendo no es muy correcto porque no sirve para una reacción nuclear concreta
pero es para no rescribir demasiado
Esa energía puede ser del orden de unos MeV - megaelectrón voltio -
y esta energía para ondas electromagnéticas estaría en el orden de los rayos gamma.

Una de las cosas que llamó la atención cuando se empezó a estudiar el atómo
- experimentos de Rutherford - era que la carga positiva estába concentrada en un volumen muy pequeño
y sabemos que contra más aproximemos cargas positivas - cargas del mismo signo se repelen -
más energía hemos de aportar al sistema por lo cual debería de haber una fuerza atractiva.
Esta es la fuerza nuclear fuerte.

Como ya sabes las fuerzas entre partículas en cuántica se describen mediante el intercambio
de otra partícula
( para el electromagnetismo es el fotón: como el fotón tiene masa nula la interacción electromagnética tiene
alcance infinito ).
Para la interacción nuclear fuerte esta partícula era el mesón de Yukawa.
( como el mesón de Yukawa tiene masa finita la fuerza nuclear fuerte sólo actúa para distancias de unos pocos fermis )
No se describió por entonces la interacción nuclear fuerte en término de quarks
porque los quarks no se conocían por entonces
porque la interacción fuerte tardó bastante en explicarse
y porque presenta una propiedad llamada libertad asintótica.
( por ésta los quarks para los experimentos de física nuclear no existen como partículas libres).

Cuando tengas una reacción nuclear debes de hacer los cálculos tal y como te he dicho.
Identificar las partículas implicadas, escribir la reacción y hacer un balance por conservación de la energía y de la cantidad de movimiento
- en relatividad estas dos cantidades forman un tetravector que se llama momento-energía -

Espero haberte aclarado algo y te envío un saludo.

[Tuxero]

Re: Energia nuclear

El nucleo del atomo tiene mucha energia por la repulsion que existe entre los protones pero esta repulsion es menor que la fuerza nuclear fuerte que existe entre los quarks que los forman cuando se rompe esta interaccion la repulsion es tan fuerte que los elementos adquieren mucha energia cinetica emitiendo a su vez rayos gamma por la gran vibracion y energia de estas particulas no?

Ocurre de manera similar con un electrón en estado excitado cuando cambia de nivel energético y emite un fotón. En el caso del núcleo excitado (por ejemplo un núcleo inestable recién salido de una reacción nuclear), según la tercera ley de Soddy, emite radiación $\gamma$-fotones de alta energía- para establizarse.
El hecho de que emita este tipo de radiación tan energética se debe a la energía de enlace del núcleo, de valores tan altos que produce un defecto de masa en el núcleo, es decir, no se corresponde la masa teórica con la masa real -ésta última es inferior-, de acuerdo con la famosa fórmula:

$$E = \Delta m{c}^{2}$$

donde $\Delta m$ es el defecto de masa.
Saludos!