7. Estabilidad nuclear
Hay un asunto que todavía no hemos tratado. ¿Cómo es posible que un conjunto de protones y neutrones se mantengan unidos formando el núcleo?. ¿Qué tipo de interacción se establece entre estas partículas?.
La explicación se encuentra en una interacción diferente a las ya conocidas (interacción débil, gravitatoria y electromagnética) conocida con el nombre de interacción nuclear fuerte. En el último apartado veremos algunas características de esta interacción, de momento nos basta con saber que es el "pegamento" que mantiene unidos a los nucleones (protones y neutrones).
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Una forma de medir esta fuerza es a través de la energía de enlace nuclear que se define como la energía que mantiene unidos a los nucleones, y que podemos identificarla con la energía que se desprende en el proceso de formación de un núcleo.
Para calcular esta energía, debes saber que en el proceso de formación de un núcleo siempre hay una pérdida de masa, llamada defecto de masa Δm. A ese defecto de masa le corresponde una energía que, de acuerdo con la fórmula de Einstein, vale:
Esta es la energía de enlace nuclear. El defecto de masa se puede calcular restando la masa que teóricamente debe tener el núcleo (suma de las masas de los protones y neutrones que tenga) a la masa que se mide experimentalmente del msmo.
Actividad
La fórmula de Einstein (E=Δm·c2) no es una fórmula cualquiera ya que relaciona dos conceptos diferentes, masa y energía, a través de una constante (la velocidad de luz al cuadrado).
A partir de ella podemos calcular el equivalente en energía de la unidad de masa. Si tenemos en cuenta los siguientes datos:
1 u = 1.661·10-27 kg ; c = 3·108 m/s ; 1 e = 1.602·10-19 C
Resulta la equivalencia 1 u = 931 MeV
El resultado se expresa en MeV (1 MeV = 106) que es la unidad adecuada para medir las energías que se ponen en juego en los procesos nucleares.
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Imagen en Wikimedia Commons de Juancarcole. CC |
ESTABILIDAD NUCLEAR
Nos referimos al equilibrio que se establece entre la fuerza eléctrica repulsiva que aparece entre los protones y la fuerza atractiva nuclear fuerte que hemos visto en el apartado anterior.
Para los núcleos ligeros se observa que los núcleos más estables son aquellos en los que N (nº de neutrones) es aproximadamente igual a Z (nº de protones). Para los núcleos pesados la estabilidad se consigue con mayor número de neutrones y la relación entre N y Z puede llegar a ser de hasta 1.56 (N / Z=1.56).
Fíjate en la gráfica de la derecha que muestra de un vistazo este comportamiento de los diferentes núclidos. Cada punto de color violeta representa un núclido distinto. Observa cómo, cuando Z es pequeño, los puntos se aglutinan sobre la línea verde, que representa la bisectriz (Z=N)
Todavía nos queda ponerle números a la estabilidad nuclear. Una forma de medirla cuantitativamente es calculando la energía de enlace por nucleón, que se define como la energía de enlace dividida ente el número másico. Fíjate que haciendo esta división estamos calculando la contribución de cada nucleón a la estabilidad del núcleo. Cuanto mayor es este cociente más estable es.
Como siempre, una gráfica resulta muy ilustrativa. Analízala y fíjate en las diferentes zonas de la misma. Algunos de los textos que aparecen se refieren a la fisión y fusión nucleares que veremos más adelante.
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Imagen en Wikimedia Commons de Xenoforme bajo licencia de documentación libre GNU |
