T6: Física nuclear · Física nuclear — FISICA PEvAU Andalucía 2020

Física nuclear

Teoría

2020 · Extraordinaria · Reserva

4-a

a) i) Defina energía de enlace nuclear. Escriba la expresión correspondiente al principio de equivalencia masa-energía y explique su significado. ii) ¿Qué magnitud nos permite comparar la estabilidad nuclear? Defínala y escriba su expresión de cálculo.

Energía de enlaceEstabilidad nuclearEquivalencia masa-energía

a) i) La energía de enlace nuclear es la energía necesaria para "desmontar" un núcleo atómico, es decir, para separar todos sus nucleones (protones y neutrones) y llevarlos a una distancia infinita entre sí, de modo que la interacción nuclear fuerte entre ellos sea despreciable. También puede entenderse como la energía liberada cuando los nucleones individuales se unen para formar un núcleo.

La expresión correspondiente al principio de equivalencia masa-energía es:

E = m c^2

Donde $E$ es la energía, $m$ es la masa y $c$ es la velocidad de la luz en el vacío ( $c \approx 3 \cdot 10^8 \text{ m/s}$ ). Esta ecuación establece la equivalencia fundamental entre masa y energía. Significa que la masa puede considerarse una forma de energía y la energía una forma de masa. Cuando se forma un núcleo a partir de nucleones libres, se observa que la masa del núcleo resultante es ligeramente menor que la suma de las masas de los nucleones que lo constituyen. Esta diferencia de masa, conocida como defecto de masa $(\Delta m)$ , se ha convertido en energía de enlace, liberándose en el proceso y manteniendo unidos a los nucleones.

ii) La magnitud que nos permite comparar la estabilidad nuclear es la energía de enlace por nucleón. Cuanto mayor sea la energía de enlace por nucleón, más estable será el núcleo.

Se define como la energía de enlace nuclear total de un núcleo dividida por el número total de nucleones (masa atómica $A$ ) que contiene ese núcleo. Su expresión de cálculo es:

E_e / A = \frac{(Z \cdot m_p + N \cdot m_n - m_{nucl}) c^2}{A}

Donde $E_e$ es la energía de enlace, $A$ es el número másico (número de nucleones), $Z$ es el número de protones, $m_p$ es la masa de un protón, $N$ es el número de neutrones ( $N=A-Z$ ), $m_n$ es la masa de un neutrón, $m_{nucl}$ es la masa del núcleo atómico y $c$ es la velocidad de la luz.