Átomos, núcleos y radiación
Entiende las estructuras diminutas que guardan casi toda la masa de la materia visible y que liberan energía nuclear.
Presenta la identidad atómica, los isótopos, la energía de enlace, la desintegración, los detectores, la dosis, la fisión y la fusión, con límites de seguridad responsables.
Antes de empezar
- • Curso 1: Medición
- • Curso 2: Materia y energía
Al terminar, podrás
- • Relacionar el número de protones y de neutrones con los elementos y los isótopos.
- • Explicar de forma cualitativa el defecto de masa y la energía de enlace.
- • Distinguir actividad, exposición y dosis biológica.
- • Comparar la desintegración, la fisión, la fusión y las afirmaciones sobre reacciones asistidas por red.
Modelo interactivo
Explora antes de calcular
Lección 1 de 3
Elementos e isótopos
¿Cómo pueden los átomos de un mismo elemento tener masas distintas?
El número de protones define el elemento. Los isótopos comparten el mismo número de protones, pero contienen números distintos de neutrones.
Algunas combinaciones de isótopos son estables; otras se transforman mediante desintegración radiactiva hacia configuraciones de menor energía.
Ejemplo resuelto
El carbono-12 y el carbono-14 tienen los dos seis protones. ¿En qué se diferencian?
- 1. El carbono-12 tiene 12 nucleones en total, así que 6 neutrones.
- 2. El carbono-14 tiene 14 nucleones en total, así que 8 neutrones.
- 3. Su química es parecida, pero su estabilidad nuclear es distinta.
Son isótopos del carbono; el carbono-14 es radiactivo.
Pruébalo
Modelo de isótopos con fichas
Materiales: Monedas o fichas de papel de dos colores.
- 1. Elige un color para los protones y otro para los neutrones.
- 2. Construye varios isótopos de un mismo elemento.
- 3. Mantén fijo el número de protones.
- 4. Compara el número total de nucleones.
Fíjate: La identidad del elemento se mantiene fija mientras la masa y la estabilidad nucleares pueden cambiar.
Comprueba lo que entendiste: ¿Qué cambia cuando un isótopo de un elemento se convierte en otro isótopo del mismo elemento?
Respuesta: El número de neutrones.
El número de protones tiene que seguir igual para que la identidad del elemento no cambie.
Lección 2 de 3
Energía de enlace y reacciones nucleares
¿Por qué reordenar núcleos puede liberar muchísima más energía por átomo que la química?
Un núcleo ligado tiene menos masa-energía total que sus protones y neutrones por separado. Esa diferencia es la energía de enlace, relacionada por E = mc².
La fisión parte núcleos pesados; la fusión une núcleos ligeros. Ambas pueden llevar los productos hacia configuraciones más fuertemente ligadas.
Ejemplo resuelto
Los productos de una reacción tienen 0.001 unidades de masa atómica menos que los reactivos. ¿Adónde se fue esa masa?
- 1. La masa es una forma de energía.
- 2. La menor masa de los productos corresponde a energía liberada.
- 3. Mide toda la energía cinética y la radiación para cerrar la cuenta.
La diferencia de masa aparece como otras formas de energía; la conservación se aplica a la masa-energía total.
Pruébalo
El paisaje de la energía de enlace
Materiales: Papel y una curva de energía de enlace por nucleón, impresa o dibujada a mano.
- 1. Localiza los núcleos ligeros.
- 2. Localiza los núcleos de la región del hierro.
- 3. Localiza los núcleos muy pesados.
- 4. Dibuja flechas que muestren por qué la fusión y la fisión pueden liberar energía las dos.
Fíjate: Ambos procesos se mueven hacia núcleos más fuertemente ligados, cerca del máximo de la curva.
Comprueba lo que entendiste: ¿Significa E = mc² que la materia puede desaparecer sin producir energía?
Respuesta: No.
Significa que la masa contribuye a la energía total; la contabilidad de una reacción debe incluir todas las formas de salida.
Lección 3 de 3
Radiación, detectores y dosis
¿Cómo medimos la radiación sin confundir cuentas, energía y efecto biológico?
La actividad cuenta las transformaciones nucleares por segundo. Las cuentas de un detector dependen de la geometría y de la eficiencia. La dosis absorbida mide la energía depositada por unidad de masa, mientras que la ponderación biológica depende del tipo de radiación y del tejido.
Trabajar con radiación exige supervisión formada, fuentes controladas, la práctica de tiempo-distancia-blindaje y procedimientos de seguridad legales. Este curso usa simulaciones y datos públicos, no fuentes.
Ejemplo resuelto
Un detector registra 120 cuentas en un minuto mientras el fondo es de 90 cuentas por minuto.
- 1. Total medido: 120 cuentas/min.
- 2. Fondo esperado: 90 cuentas/min.
- 3. Estimación neta sencilla: 30 cuentas/min.
- 4. Compara la variación estadística al repetir antes de afirmar que hay una fuente.
La estimación con el fondo restado es de 30 cuentas/min, pero la incertidumbre y la eficiencia del detector siguen importando.
Pruébalo
Simulación de cuentas de fondo
Materiales: Dos dados y una hoja para anotar.
- 1. Tira los dos dados 30 veces como tanda de fondo.
- 2. Cuenta un resultado elegido como si fuera una detección.
- 3. Repite durante varias tandas.
- 4. Compara la variación aunque las reglas nunca cambien.
Fíjate: Los datos de conteo aleatorio fluctúan por naturaleza, así que una sola tanda elevada puede no establecer una fuente nueva.
Comprueba lo que entendiste: ¿Por qué la tasa de cuentas de un detector no es automáticamente lo mismo que la dosis biológica?
Respuesta: Las cuentas por sí solas no indican la energía depositada, el tipo de radiación, la geometría ni la respuesta del tejido.
La dosis exige información física y biológica adicional.
Sigue hacia la evidencia
Próxima lectura, con sus fuentes
Capítulo 12: Fusión por confinamiento en red
Un programa de reacciones nucleares medidas, con sus límites de energía declarados por separado.
Clase 12: La fusión por confinamiento en red y la imagen integrada
Sitúa las observaciones nucleares en la escalera de la evidencia de la temporada.
Método y niveles de confianza
Cómo etiqueta el sitio los efectos medidos y las extrapolaciones sin resolver.