Transmutación nuclear: definición y ejemplos
Transmutación nuclear: me suena a alquimia
Mmmm, la transmutación nuclear suena como algo de una película de terror con clasificación B o tal vez incluso como un experimento de alquimia de la época medieval, pero en realidad es un proceso bastante real.
La transmutación nuclear es un cambio que sufren los núcleos atómicos bombardeados por neutrones u otras partículas. El proceso da como resultado la formación de nuevos átomos o isótopos de átomos. ¿Te suena familiar? Debería, ya que la transmutación nuclear es el proceso que tiene lugar en estrellas como nuestro propio Sol para crear elementos más pesados a partir de elementos más ligeros.
Aquí lo llamamos nucleosíntesis estelar o fusión nuclear porque los átomos de los elementos se fusionan a altas temperaturas para formar elementos más pesados. La reacción básica que produce calor, luz y otras partículas en las estrellas es la reacción de transmutación nuclear de dos átomos de hidrógeno-1 en hidrógeno-2 (deuterio) y un hidrógeno-2 y un hidrógeno-1 en helio-3 y dos de helio. -3 en helio-4 y dos átomos de hidrógeno-1.
Estas reacciones continúan en las estrellas creando átomos más pesados hasta el hierro, pero incluso los elementos más pesados requieren colisiones más violentas que las que proporcionan las estrellas. Requieren una explosión de supernova para proporcionar suficiente energía para fusionar a estos contendientes de peso medio en campeones de peso pesado. Entonces, en otras palabras, los elementos de nuestro planeta que son más pesados que el hierro provienen de las secuelas de las supernovas, lo que, cuando lo piensas, es bastante alucinante. Después de todo, no es solo un dicho al azar que todos estamos hechos de estrellas.Recuerde que al representar símbolos elementales, el número superior es el número de masa (recuerde, eso es protones más neutrones) y el número inferior es el número atómico (o solo el número de protones). El número más bajo determina el elemento específico, mientras que las variaciones en el número superior con el mismo número más bajo representan diferentes isótopos de ese elemento.
Los humanos se vuelven sintéticos
Los seres humanos también han utilizado este concepto de transmutación nuclear para fabricar elementos sintéticos o isótopos de elementos nosotros mismos, llamados nucleidos sintéticos (elementos o isótopos producidos por medios sintéticos en un entorno de laboratorio). El primer nucleido sintético transmutado creado fue por el físico Ernest Rutherford en 1919 cuando bombardeó núcleos de nitrógeno-14 con átomos de helio-4 desnudos (partículas α) para producir oxígeno-17 (un isótopo de oxígeno natural de muy baja abundancia (0,0037%)) y un protón libre (un átomo de hidrógeno desnudo). La reacción se ve así:
El experimento de Rutherford fue el primer nucleido sintético jamás producido por humanos. Desde entonces, se han creado muchos otros. Otros ejemplos son litio-6 a hidrógeno-3 (tritio) y aluminio-27 a fósforo-30.
Aceleradores de partículas – Derby de demolición de átomos
(Nota: n indica un neutrón). En realidad, los elementos con números atómicos superiores al uranio (Z> 92) han sido todos producidos por transmutación nuclear sintética.
Muchos de los nucleidos sintéticos inferiores producidos se hicieron con partículas aceleradas como neutrones impulsados a altas velocidades que luego chocaron con los átomos objetivo provocando la transmutación nuclear. Dado que los neutrones no son partículas cargadas (después de todo, son neutrales), no son tan difíciles de embestir en núcleos con carga positiva, pero obtener partículas y núcleos con carga similar para superar su repulsión de carga no es todo eso. fácil y requiere grandes cantidades de energía cinética. Con la necesidad de acelerar estas partículas con carga positiva, los científicos construyeron un instrumento llamado (espere …) un acelerador de partículas.
Un acelerador de partículases un instrumento que utiliza campos eléctricos oscilantes en presencia de un campo magnético para empujar partículas cargadas desde un estado de reposo a velocidades muy altas. Hay dos tipos básicos, aceleradores de partículas lineales y aceleradores de partículas cíclicos o ciclotrones. El funcionamiento de los aceleradores de partículas es como lo que se ve en el patinaje de velocidad por relevos, donde el patinador en la pista le da un empujón a su compañero de equipo entrante para que vaya más rápido en su etapa de la carrera. A medida que la partícula cargada pasa de un campo eléctrico a otro, recibe un empujón con cada empujón, lo que la hace ir más y más rápido hasta que alcanza las velocidades deseadas antes de desatarse para chocar con los núcleos objetivo. Un ejemplo famoso de acelerador de partículas es el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), un ciclotrón de 27 kilómetros de largo por debajo de las fronteras de Suiza y Francia.
Es por eso que estas colisiones son lo suficientemente poderosas como para producir átomos muy pesados que se encuentran en escasa abundancia en la Tierra o que no se encuentran naturalmente en la Tierra. Los átomos del número atómico 93-118 se han producido de esta manera y se denominan elementos transuránicos . El primer experimento que resultó en elementos transuránicos se realizó en 1940 cuando el uranio-238 fue bombardeado con neutrones para producir uranio-239 que luego se descompuso por una emisión beta (un electrón producido cuando un neutrón se convierte en un protón) a neptunio-239 que luego también decaído por emisión beta a plutonio-239.
Resumen de la lección
(Nota: la e indica un electrón.) Para producir elementos transuránicos más pesados se requiere la colisión de núcleos objetivo pesados con otros núcleos algo pesados. Por ejemplo, en 1999, el elemento 114, flerovium, se descubrió a partir de la colisión del plutonio-242 con el calcio-48. Hacer estos elementos más pesados (también radioactivos) requiere una buena preparación en la cocina, pero nos ayuda a comprender mejor la materia en el universo.
Hemos aprendido que la transmutación nuclear (un cambio sufrido en un núcleo bombardeado por neutrones u otras partículas) es un proceso natural que tiene lugar a altas temperaturas en las estrellas para crear elementos más pesados a partir de elementos más ligeros ( nucleosíntesis estelar o fusión nuclear ) hasta el elemento. hierro. Los elementos más pesados requieren las fuerzas de una explosión de supernova para facilitar la fusión nuclear que produce estos elementos. Los seres humanos también son capaces de reproducir las condiciones de transmutación nuclear para producir nucleidos sintéticos que son elementos o isótopos producidos por medios sintéticos en un entorno de laboratorio.
Para investigar más estas reacciones nucleares, los científicos diseñaron y construyeron aceleradores de partículas que toman partículas y les dan empujones repetidos hasta que alcanzan las velocidades requeridas para las colisiones particulares que se están estudiando, como el LHC en Europa. Estos ‘destructores de átomos’ han llevado a la síntesis y descubrimiento de los elementos transuránicos que tienen todos números atómicos superiores a 92 (número atómico del uranio). Cuanto mayor sea la fuerza de las colisiones y las masas involucradas puede llevarnos a mayores descubrimientos y comprensión sobre la materia en el universo.
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