Descripción:

El núcleo, compuesto por protones y neutrones, es un cuerpo masivo extremadamente pequeño que se encuentra en el centro de un átomo. Los protones emiten carga positiva y los neutrones carecen de carga eléctrica. El núcleo se describe por él número atómico [Z], igual al número de protones, y él número de masa atómica [A], igual a la suma de neutrones y protones en un núcleo.

Isótopos:

Los isótopos son átomos que contienen el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones. El núcleo de un isótopo se denomina núclido. Todos los núclidos de un elemento tiene el mismo número de protones, y diferentes neutrones. Para describir los isótopos se necesita una notación especial. En la parte izquierda del símbolo del elemento se escribe un índice suscrito, que representa él número atómico (Z), y un índice sobrescrito que representa su masa (A). ejemplo:

Radiactividad artificial:

Los físicos Joliot-Curie demostraron que los átomos estables de un elemento pueden hacerse artificialmente radiactivos bombardeándolos adecuadamente con partículas nucleares o rayos. Estos isótopos radiactivos se producen como resultado de una reacción o transformación nuclear.

Reacciones nucleares:

Una reacción nuclear ocurre cuando cambia él número de neutrones o protones en un núcleo. Algunas reacciones nucleares ocurren con una liberación de energía, mientras que otras ocurren solo cuando la energía se añade al núcleo. La emisión de partículas por núcleos radiactivos es una forma de reacción nuclear. El núcleo radiactivo libera su exceso de energía en la forma de energía cinética de las partículas emitidas.

En 1932, 2 científicos británicos fueron los primeros en usar partículas artificialmente aceleradas para desintegrar un núcleo atómico. Produjeron un haz de protones acelerados hasta altas velocidades mediante un dispositivo de alto voltaje llamado multiplicador de tensión.

Aceleradores de partículas:

Alrededor de 1930, un físico estadounidense desarrolló un acelerador de partículas llamado ciclotrón. Esta maquina genera fuerzas eléctricas de atracción y repulsión que aceleran las partículas atómicas confinadas en una órbita circular mediante la fuerza electromagnética de un gran imán. Las partículas se mueven hacia fuera en espiral bajo la influencia de estas fuerzas eléctricas y magnéticas, y alcanzan velocidades extremadamente elevadas. La aceleración se produce en el vacío para que las partículas no colisionen con moléculas de aire.

La vida media:

La vida media de un elemento es el tiempo necesario para que decaiga la mitad del núcleo radiactivo. La vida media de un isótopo radiactivo puro es única para ese isótopo en particular. Él número de desintegraciones por segundo de una sustancia radiactiva se conoce como su actividad. La actividad es proporcional al número de átomos radiactivos presentes. Por lo tanto la actividad de una muestra particular se reduce por un medio, en una vida media.

Fuerzas nucleares:

La teoría nuclear moderna se basa en la idea de que los núcleos están formados por neutrones y protones que se mantienen unidos por fuerzas nucleares extremadamente poderosas. Para estudiar estas fuerzas nucleares, los físicos tienen que perturbar los neutrones y protones bombardeándolos con partículas extremadamente energéticas. Estos bombardeos han revelado mas de 200 partículas elementales.

Este mundo subnuclear salió a la luz por primera vez en los rayos cósmicos. Estos rayos están constituidos por partículas altamente energéticas que bombardean constantemente la tierra desde el espacio exterior; muchas de ellas atraviesan la atmósfera y llegan incluso a penetrar en la corteza terrestre. La radiación cósmica incluye muchos tipos de partículas, cuando estas partículas de alta energía chocan contra los núcleos, pueden crear nuevas partículas. Según la teoría mas aceptada, las partículas nucleares se mantienen unidas por fuerzas de intercambio en las que se intercambian constantemente piones comunes a los neutrones y los protones.

Partículas fundamentales:

Hoy en día los físicos piensan que las partículas se agrupan en dos familias: quarks y leptones. Los quarks componen a los protones y neutrones. Los leptones son partículas con poca o ninguna masa, el electrón y el neutrino. También hay partículas que transmiten la fuerza electromagnética. Los gluones son ocho partículas que transmiten la fuerza que une los quarks dentro de los protones. Los bosones débiles son tres partículas que están involucradas en la interacción débil en la cual opera el decaimiento beta. El gravitón es la partícula, todavía sin detectar, que transmite la fuerza gravitacional.

Cada quark y cada leptón tiene su antipartícula. Las antipartículas tienen carga opuesta a las partículas. Cuando una partícula y una antipartícula chocan, se aniquilan y se transforman en energía.

Liberación de la energía nuclear:

En 1905. Albert Einstein desarrollo de la ecuación que relaciona la masa y la energía,

E= mc² , como parte de su teoría de la relatividad especial. Dicha ecuación afirma que una masa determinada (m) esta asociada con una cantidad de energía (E) igual a la masa multiplicada por el cuadrado de la velocidad de l a luz (c). Una cantidad muy pequeña de masa equivale a una cantidad enorme de energía.

Hay dos procesos nucleares que tienen gran importancia practica porque proporcionan cantidades enormes de energía: la fisión nuclear ~la escisión de un núcleo pesado en núcleos más ligeros~ y la fusión termonuclear ~la unión de dos núcleos ligeros (a temperaturas extremadamente altas) para formar un núcleo mas pesado. En 1934 se logro realizar la fisión bombardeando núcleos de uranio con neutrones. Esta reacción libera a su vez neutrones, con lo que puede causar una reacción en cadena con otros núcleos. En la explosión de una bomba atómica se produce una reacción en cadena incontrolada. Las reacciones controladas, por otra parte, pueden utilizarse para producir calor y generar así energía eléctrica, como ocurre en los reactores nucleares.

La fusión termonuclear se produce en las estrellas, entre ellas el sol, y constituye su fuente de calor y luz. La fusión incontrolada se da en la explosión de una bomba de hidrogeno. En la actualidad sé esta intentando desarrollar un sistema de fusión controlada.

Núcleo atómico y sus componentes