TECNOLOGIA NUCLEAR

1. TECNOLOGIANUCLEAR

2. FORCES DE LA NATURALESA • Les forces a distància s’anomenen interaccions. • Es coneixen quatre tipus de forces a distància, que són els quatre tipus de interaccions.

3. TIPUS D’INTERACCIONS: • INTERACCIONS GRAVITATÒRIES. • INTERACCIONS ELECTROMAGNÈTIQUES. • INTERACCIONS NUCLEARS FORTES. • INTERACCIONS NUCLEARS DÈBILS.

4. CAMP GRAVITATÒRI • Regió de l’espai, al voltant d’una massa, on es poden notar les forces gravitatòries. • La interacció gravitatòria és una manifestació de la massa dels cossos. • És una força d’atracció, d’interacció mútua a distància entre dues masses. • Està aplicada en el centre de gravetat del cos. • És directament proporcional al producte de les masses i és inversament proporcional al quadrat de la distància respecte dels centres de masses.

5. FORÇA GRAVITATÒRIA: LLEI UNIVERSAL DE GRAVITACIÓ • F: Mòdul de la força gravitatòria. • G: Constant universal de gravitació G=6,67.10-11 N.m2.Kg-2 • m1 i m2 : les masses. • d: distància entre centres de gravetat de les dues masses.

6. INTERACCIONS ELECTROMAGNÈTIQUES • ELECTROMAGNETISME = ELECTRICITAT + MAGNETISME

7. CAMP ELÈCTRIC • És la regió de l’espai, al voltant d’una càrrega elèctrica, on es poden notar les forces elèctriques. • Les forces elèctriques actuen sobre les càrregues elèctriques. • La càrrega elèctrica és una propietat intrínseca de la matèria. • Existeixen dos tipus de càrregues: • Positives • Negatives

8. FORÇA ELÈCTRICA: LLEI DE COULOMB • La força elèctrica és directament proporcional al producte de els càrregues i inversament proporcional al quadrat de la distància. • És d’atracció si les càrregues són diferent i és de repulsió si les càrregues són iguals. • F: mòdul de la força elèctrica. • k: constant elèctrica (9.109 N.m2.C-2 sense medi dialèctic) • q1 i q2 són les càrregues elèctriques • d: és la distància entre les càrregues.

9. CAMP MAGNÈTIC • És la regió de l’espai, al voltant d’una càrrega elèctrica en moviment o d’un imant, on es poden notar les forces magnètiques. • L’origen del magnetisme són les càrregues elèctriques en moviment.

10. FORÇA MAGNÈTICA • La força magnètica la creen les càrregues elèctriques en moviment. • q: càrrega elèctrica. • v: velocitat de la càrrega elèctrica. • B: camp magnètic. • : angle entre el vector velocitat i el vector camp magnètic. • Aquesta força és perpendicular al pla que conté al vector velocitat v i el vector camp B

11. INTERACCIONS NUCLEARS FORTES • Són les forces de dins el nucli. • Els protons i neutrons que tenim dins el nucli estan format per quarks. • Les forces nuclears fortes són les responsables de la interacció entre els quarks, i de la formació del nucli.

12. INTERACCIONS NUCLEARS DÈBILS • Són forces d’interacció entre qualsevol tipus de partícules elementals. • Són les forces responsables d’alguns processos nuclears, com per exemple els de desintegració radioactiva.

13. COMPOSICIÓ DE LA MATÈRIA • MOLÈCULES: agrupació d’àtoms. • ÀTOMS: • Escorça: electrons • Àtom neutre: mateixa quantitat de protons i electrons. • Ió: és un àtom que ha guanyat o perdut electrons. • Nucli. • NUCLI: • Dos partícules fonamentals: • Protons • Neutrons • Nucleó: partícula del nucli.

14. CARACTERITZACIÓ DEL NUCLI • NOMBRE ATÒMIC (Z): • És el nombre de protons. • És el que caracteritza al nucli • NOMBRE MÀSSIC (A): • És el nombre de protons i neutrons. • ISÒTOPS: són nuclis amb la mateixa quantitat de protons, però amb diferent quantitat de neutrons. • NOMBRE NEUTRÒNIC (N): • És el nombre de neutrons. • Els neutrons donen estabilitat al nucli.

15. MASSA ATÒMICAMASSA NUCLEAR • MASSA ATÒMICA: és la mitjana de les masses dels isòtops. • MASSA NUCLEAR: és la massa atòmica menys la massa dels electrons. • UNITAT DE MASSA ATÒMICA (u): • Es defineix com la dotzena part de la massa de l’isòtop 12C. • Per això, la massa atòmica del 12C és 12 u. • Equivalència: 1 u = 1.660559·10-27 kg. • MASSA D’UN PROTÓ: mp=1,007277 u. • MASSA D’UN NEUTRÓ: mn=1,008665 u. • MASSA D’UN ELECTRÓ: me=0,000549 u.

16. DIMENSIONS • RADI ATÒMIC: • Àtom d’hidrogen: A=1 • RADI NUCLEAR: • Nucli d’hidrogen: A=1

17. ENERGIA NUCLEAR • ENERGIA DE FORMACIÓ DEL NUCLI: • És l’energia necessària per la unió dels protons i neutrons per a formar el nucli. • DEFECTE DE MASSES (Δm): • La massa d’un nucli ja format sempre és menor que la suma de masses dels protons i neutros que el formen per separat. • La diferència de masses entre els nucleons aïllats i quan constitueixen un nucli rep el nom de defecte de masses. • ENERGIA D’ENLLAÇ: • Per la teoria de la relativitat de l’Albert Einstein, sabem que la massa és una manifestació de l’energia, amb l’expressió: E= m.c2. • Quant el nucli es forma, desapareix part de la massa (Δm) perquè s’ha transformat amb energia: E= Δm.c2.

18. ESTABILITAT NUCLEAR • NUCLIS ESTABLES: • Són aquells nuclis que no pateixen cap transformació de manera natural. • NUCLIS INESTABLES: • Són nuclis que tenen una tendència natural a descompondre’s en nuclis diferents emeten partícules elementals.

19. ESTABILITAT NUCLEAR • BANDA D’ESTABILITAT: Z<83 • En la taula periòdica, fins a Z=30, el nombre de protons coincideix amb el nombre de neutrons: Z=N. • Per a Z>30, augmenta el nombre de neutrons en proporció al de protons: N>Z. • Els neutrons donen estabilitat al nucli.

20. ESTABILITAT NUCLEAR • BANDA D’INESTABILITAT: Z>83 • A partir de Z>83, els nuclis són inestables i ja no és possible, augmentant el nombre de neutrons, l’estabilitat entre la força nuclear i la força de repulsió electrostàtica entre els protons del nucli. • Els nuclis inestables són nuclis radioactius naturals. • Aquest nuclis inestables tenen com a propietat l’emissió de manera espontània de radiació.

21. RADIOACTIVITAT NATURAL • RADIOACTIVITAT: • És l’emissió per part del nucli de partícules o energia. • RADIACIÓ RADIOACTIVA: • És el conjunt de partícules emeses per una mostra radioactiva. • TIPUS DE RADIACIÓ: • PARTÍCULES α • PARTÍCULES β • β- • β+ • RADIACIÓ 

22. PARTÍCULES α • Les partícules αsón nuclis d’heli: • Quan un nucli emet una patícula α, el nombre màssic disminueix en 4 i el nombre atòmic en 2:

23. CARACTERÍSTIQUES DE LES PARTÍCULES α • Poder de penetració petit (full de paper), perquè son grans. • Elevat poder d’ionització. • Contaminació elevada i danys biològic. • Quan ha perdut gairebé tota la seva energia (velocitat petita), atrapa un parell d’electrons i es converteix en heli.

24. PARTÍCULES β- • Les partícules β-són electrons: • Quan un nucli emet una patícula β-, el nombre màssic es manté invariable i el nombre atòmic augmenta en 1: • Internament el que passa és que un neutró es transforma amb un protó

25. PARTÍCULES β+ • Les partícules β+són positrons: • Els positrons són electrons positius (són l’antipartícules dels l’electrons) • Quan un nucli emet una patícula β-, el nombre màssic es manté invariable i el nombre atòmic disminueix en 1: • Internament el que passa és que un protó es transforma amb un neutró.

26. CARACTERÍSTIQUES DE LES PARTÍCULES β+ i β- • Són partícules molt petites. • Poden penetrar un gruix d’uns quants mil·límetres. • La seva trajectòria no és lineal • A velocitats petites, es recombina amb un àtom. • Contaminació amb dany biològic i mediambiental.

27. RADIACIÓ  • El nucli emet energia en forma d’ona electromagnètica. • Normalment després d’emetre una partícula β- el nucli queda excitat. • Es desexcita emeten un fotó: E=h. • nombre màssic i el nombre atòmic es mantenen invariables. • La reacció nuclear associada és:

28. CARACTERÍSTIQUES DE LA RADIACIÓ  • Té un gran poder de penetració: pot travessar alguns centímetres de materials molt densos (plom). • El seu poder d’ionització no és tant elevat. • Té importància en irradiació i contaminació mediambiental.

29. CAPTURA ELECTRÒNICA K • No és cap radiació del nucli, però la reacció nuclear és semblant. • Un electró de la primera òrbita (k) és capturat pel nucli. • Internament el que pasa és que un protó, al capturar l’electró, es transforma amb un neutró. • el nombre màssic es manté invariable i el nombre atòmic disminueix en 1:

30. DESINTEGRACIÓ RADIOACTIVA • Els nuclis radioactius emeten certes partícules i es transformen en uns nuclis diferents. • La velocitat de desintegració és proporcional al nombre de nuclis: • λ: constant de desintegració. • LLEI DE DESINTEGRACIÓ:

31. DESINTEGRACIÓ RADIOACTIVA • VIDA MITJANA o PERÍODE DE SEMIDESINTEGRACIÓ ( o T1/2) • És el temps que tarda una mostra a reduir-se a la meitat: • ACTIVITAT RADIOACTIVA (R): • És el nombre de desintegracións per segons: • És proporcional al nombre de nuclis: • Llei de l’activitat radioactiva: • Unitats: • Becquerel (Bq) • Curi (Ci): 1Ci=3,7·1010Bq

32. SÈRIES RADIOACTIVES NATURALS • SÈRIE RADIOACTIVA: • Família o cadena de nuclis que s’obté al anar-se desintegrant en nuclis succesius. • En la naturalesa hi ha tres sèries: • Sèrie de l’urani: • S’inicia amb l’isòtop 238U. • Sèrie del tori: • S’inicia amb l’isòtop 232Th. • Sèrie de l’actini: • S’inicia amb l’isòtop 235U • Les tres sèries acaben amb isòtops del plom.

33. REACCIONS NUCLEARS • NATURALS: • PARTÍCULES α • PARTÍCULES β • β- • β+ • RADIACIÓ  • ARTIFICIALS: • CONTROLADES: centrals nuclears. • DESCONTROLADES: bombes nuclear. • FISSIÓ • FUSIÓ

34. REACCIONS NUCLEARS ARTIFICIALS • Es provoca una col·lisió entre un projectil i un nucli (blanc), i sobtenen altres nuclis, partícules i energia. • Projectils: • Protons, neutrons, electrons….. • S’obtenen en els acceleradors de partícules. • L’energia de la reacció ve donada pel defecte de masses. • En tota reacció nuclear es conserven el nombre màssic i el nombre atòmic.

35. FISSIÓ NUCLEAR • Un nucli pesat es trenca en dos nuclis al bombardejar-los amb neutrons que tenen una energia de l’ordre de 1MeV.

36. CENTRALS NUCLEARS

37. PRODUCCIÓ D’ENERGIA ELÈCTRICA A ESPANYA • CENTRALS TÈRMIQUES: 51% • CENTRALS NUCLEARS: 29% • CENTRALS HIDRÀULIQUES: 20%

38. PARTS D’UNA CENTRAL NUCLEAR • CIRUIT PRIMARI: • REACTOR • CIRCUIT SECUNDARI: • GENERADOR DE VAPOR • CIRCUIT TERCIARI: • TORRE DE REFRIGERACIÓ

39. CIRCUIT PRIMARI • REACTOR • VAS DEL REACTOR • NUCLI DEL REACTOR • FONT DE NEUTRONS • COMBUSTIBLE NUCLEAR • MODERADOR • BARRES DE CONTROL • REFRIGERANT: CIRCUIT PRIMARI. • BOMBA D’IMPULSIÓ.

40. CIRCUIT SECUNDARI • GENERADOR DE VAPOR • TURBINA DE VAPOR • ALTERNADOR • CONDENSADOR • BOMBA D’IMPULSIÓ.

41. CIRCUIT TERCIARI • VESCANVIADOR DE CALOR. • TORRE DE REFRIGERACIÓ • BOMBA D’IMPULSIÓ.

42. CENTRAL NUCLEAR

43. CENTRAL TÈRMICA

44. FUSIÓ NUCLEAR • Es fan col·lisionar dos nuclis lleugers a gran velocitat fins a aconseguir un nucli més gran i energia. • Per aconseguir la fisió cal escalfar els àtoms fins a temperatures de centenars de milions de graus centígrads. • A aquestes temperatures els àtoms s’ionitzen totalment perdent tots els seus electrons. És el plasma.

45. FUSIÓ NUCLEAR • La majoria dels experiments de fusió es fan per confinament del plasma en un camp magnètic. • L’energia s’obté del defecte de massa: • La massa del nucli més passat és més petita que la massa dels nuclis abans de fusionar-se. • Aquesta massa s’ha transformat en energia: E=Δm.c2. • El sol i les estrelles son immenses centrals de fusió: • El deuteri i el triti es transforma en heli.

46. BOMBES NUCLEARS • Una bomba nuclear és una reacció en cadena totalment descontrolada. • Bàsicament n’hi ha de dos tipus: • Bombes A: de fissió. • Urani • Plutoni • Bombes H: de fusió. • Hidrogen. • En la Segona Guerra Mundial es va impulsar la seva fabricació per motius militars.

47. BOMBES NUCLEARS • Cronologia històrica: • Any 1944: en la base militar de “Los Àlamos (Nuevo Méjico)” Texas es reuneixen el científics per estudiar el nucli i fer proves. • 16 de juliol de 1945: prova termonuclear en el desert . • 6 d’agost de 1945: bomba d’urani sobre Hiroshima. • 9 d’agost de 1945: bomba de plutoni sobre Nagasaki. • 10 d’agost de 1945: el Japó es rendeix.

48. POTÈNCIA DE LES BOMBES NUCLEARS • La potència d’una bomba nuclear s’expressa en kilotons (kt) o megatons (mt): • Tonelades de l’explosiu més fort convencional: la TRILITA (trinitrotoluè) • La bomba de Hiroshima: 20 kt • Han anat augmentant la potència: 100 kt.....500 kt • Bomba “H”: 20 mt

49. EFECTES BOMBA HIROSHIMA distància velocitat danys materials personals (m) vent (km/h) • 750 800 destrucció destrucció total total • 1250 450 destrucció murs 50% morts fins a 50 cm entre 2 i 12 set. • 1600 300 esquerdes murs cremades de de formigó 3r grau • 2400 160 grans desperfectes cremades de en els edificis 2n grau • 3300 80 sostres arrencats cremades de 1r grau • Desperfectes materials de menor importància fins a 12.000 m.

50. EFECTES BIOLÒGICS DE LA RADIACIÓ • Altera el bon funcionament de les cèl·lules: les ionitza. • Les conseqüències sobre l’organisme: • Somàtiques • Genètiques.