Flashcards: Física nuclear i radioactivitat

Totes les targetes del tema

Per fer-hi una ullada ràpida o repassar-les en paper.

1. 1. De quines partícules està format el nucli atòmic i què indiquen $Z$ i $A$?

   De protons i neutrons, els nucleons. $Z$, el nombre atòmic, és el nombre de protons; $A$, el nombre màssic, el de nucleons. Els neutrons són $N = A - Z$.

2. 2. Què indica la notació ${}^{A}_{Z}\mathrm{X}$? Posa-hi un exemple.

   $\mathrm{X}$ és el símbol de l'element, $A$ el nombre màssic i $Z$ el nombre atòmic. Per exemple, ${}^{14}_{6}\mathrm{C}$ té 6 protons i 8 neutrons.

3. 3. Què són els isòtops?

   Nuclis del mateix element (mateix $Z$) amb diferent nombre de neutrons i, per tant, diferent $A$. Per exemple, el carboni-12 i el carboni-14.

4. 4. Quines característiques té la força nuclear forta?

   És atractiva entre nucleons, molt més intensa que la repulsió elèctrica entre protons i de molt curt abast, d'uns $10^{-15}\ \mathrm{m}$. És la que manté units els nucleons.

5. 5. Què és el defecte de massa d'un nucli?

   La diferència entre la suma de les masses dels nucleons per separat i la massa del nucli: $\Delta m = Z m_p + (A - Z) m_n - m_{\mathrm{nucli}}$. Sempre és positiu.

6. 6. Què és l'energia d'enllaç d'un nucli i com es calcula?

   L'energia que caldria per separar-ne tots els nucleons. Equival al defecte de massa: $E_e = \Delta m\,c^2$.

7. 7. Quina massa i quina energia equivalent té una unitat de massa atòmica?

   $1\ \mathrm{u} = 1{,}66 \cdot 10^{-27}\ \mathrm{kg}$, que equival a $931{,}5\ \mathrm{MeV}$. Així passes directament d'un defecte de massa en u a una energia en MeV.

8. 8. Quina magnitud mesura l'estabilitat d'un nucli?

   L'energia d'enllaç per nucleó, $E_e/A$: com més gran, més lligat està cada nucleó. És màxima prop del ferro-56, amb uns $8{,}8\ \mathrm{MeV}$ per nucleó.

9. 9. Per què tant la fissió de nuclis pesants com la fusió de nuclis lleugers alliberen energia?

   Perquè els productes queden més a prop del ferro, on l'energia d'enllaç per nucleó és màxima: els nucleons hi queden més lligats i la diferència d'energia s'allibera.

10. 10. Què és la fissió nuclear i per què pot donar una reacció en cadena?

    La divisió d'un nucli pesant, com l'urani-235, en dos de més lleugers en absorbir un neutró. Cada fissió allibera 2 o 3 neutrons, que poden provocar noves fissions.

11. 11. Quina funció tenen el moderador i les barres de control d'un reactor de fissió?

    El moderador frena els neutrons, perquè els lents fissionen l'urani-235 amb molta més facilitat. Les barres de control n'absorbeixen una part perquè cada fissió en provoqui, de mitjana, exactament una altra.

12. 12. Què és la fusió nuclear i per què necessita temperatures altíssimes?

    La unió de nuclis lleugers en un de més pesant, com passa al Sol. Els nuclis, amb càrrega positiva, es repel·leixen: cal moltíssima energia cinètica per acostar-los prou.

13. 13. Com canvien $A$ i $Z$ quan un nucli emet una partícula alfa?

    El nucli perd un nucli d'heli, ${}^{4}_{2}\mathrm{He}$: el nombre màssic baixa 4 i el nombre atòmic baixa 2.

14. 14. Què passa dins del nucli en una desintegració beta menys?

    Un neutró es transforma en un protó i s'emeten un electró i un antineutrí. $A$ no canvia i $Z$ augmenta 1.

15. 15. Com canvien $Z$ i $A$ en una emissió beta més (positró)?

    Un protó del nucli esdevé neutró i s'emeten un positró, ${}^{0}_{+1}\mathrm{e}$, i un neutrí. El nombre atòmic baixa 1 i el màssic es manté.

16. 16. Què canvia en un nucli quan emet radiació gamma?

    Ni $A$ ni $Z$: el nucli només passa d'un estat excitat a un de menys energia. La radiació gamma és electromagnètica, sense massa ni càrrega.

17. 17. Quines magnituds es conserven en una reacció nuclear i per a què et serveix?

    El nombre màssic total i la càrrega total, a més de l'energia i la quantitat de moviment. Igualant les sumes de $A$ i de $Z$ completes qualsevol reacció.

18. 18. Ordena les radiacions alfa, beta i gamma segons el poder de penetració i digues què atura cadascuna.

    $\alpha < \beta < \gamma$. L'alfa l'atura un full de paper; la beta, una làmina d'alumini; la gamma, gruixos grans de plom o formigó. La capacitat d'ionitzar va a l'inrevés.

19. 19. Què és la constant de desintegració $\lambda$ i com es relaciona amb el període de semidesintegració?

    La probabilitat que un nucli es desintegri per unitat de temps, en $\mathrm{s^{-1}}$. Es relaciona amb el període de semidesintegració per $\lambda = \ln 2/T_{1/2}$.

20. 20. Llei de la desintegració radioactiva.

    $N = N_0\,e^{-\lambda t}$: el nombre de nuclis sense desintegrar baixa exponencialment. Vigila que $\lambda$ i $t$ vagin en unitats de temps coherents.

21. 21. Què és l'activitat d'una mostra i en quines unitats es mesura?

    Les desintegracions per unitat de temps: $A = \lambda N$. Es mesura en becquerels ($1\ \mathrm{Bq}$ = 1 desintegració per segon) i també en curies, $1\ \mathrm{Ci} = 3{,}7 \cdot 10^{10}\ \mathrm{Bq}$.

22. 22. Quina fracció d'una mostra radioactiva queda al cap de 3 períodes de semidesintegració?

    $(1/2)^3 = 1/8$. En general, al cap de $n$ períodes en queda $N_0/2^n$, sense necessitat de fer servir l'exponencial.

23. 23. Es pot accelerar la desintegració d'una mostra escalfant-la o comprimint-la?

    No. La constant de desintegració és característica de cada nuclid i no depèn de la temperatura, la pressió ni l'estat químic de la mostra.

24. 24. En què es basa la datació amb carboni-14?

    En vida, un organisme renova el carboni i manté constant la proporció de carboni-14. En morir en deixa d'incorporar i l'activitat baixa amb un període de 5730 anys: mesurant-la se'n calcula l'edat.

25. 25. Per què el carboni-14 no serveix per datar fòssils de dinosaures?

    Han passat milers de períodes i ja no en queda prou per mesurar-lo: el límit és d'uns 50 000 anys. Cal un isòtop de període molt llarg, com el potassi-40 o l'urani-238.