Física de 2º: problemas de física nuclear

La física nuclear forma parte del bloque D de la Física de 2º de Bachillerato y en la PAU de Física aparece casi siempre con cálculo: la energía de enlace de un núcleo expresada en MeV, la energía que libera una reacción a partir de las masas, el tiempo que tarda una muestra en reducir su actividad o la edad de un resto arqueológico. Este material reúne problemas de ese tipo para practicar después de haber estudiado la radiactividad, la fisión y la fusión.

El cuestionario tiene doce problemas. Calcularás el defecto de masa y la energía de enlace por nucleón del helio-4 y del litio-7, y decidirás cuál es más estable comparando la magnitud adecuada. Ajustarás una reacción de fisión del uranio-235 con la conservación del número másico y del número atómico, y obtendrás la energía liberada en esa fisión y en la fusión de deuterio y tritio a partir de masas atómicas. Contarás las desintegraciones alfa y beta de la serie del uranio-238 al plomo-206. En la parte de la ley de desintegración trabajarás con radioisótopos reales: el porcentaje de yodo-131 que queda tras varios días, la actividad de un microgramo de yodo-131, el tiempo que tarda el tecnecio-99m en reducir su actividad a la décima parte, la constante de desintegración y la vida media del radón-222 y la datación de una madera con carbono-14. El último problema estima la energía de la fisión completa de un kilogramo de uranio-235. Los distractores reproducen errores típicos: comparar energías de enlace totales, dejar la constante de desintegración en días⁻¹, confundir vida media y periodo de semidesintegración o suponer una disminución lineal.

Las tarjetas de memoria recogen el defecto de masa, la energía de enlace, la ley de desintegración, la relación entre constante de desintegración y periodo, la vida media, la actividad y su unidad, las desintegraciones alfa y beta menos, la fisión, la fusión, la equivalencia entre u y MeV y el uso médico del tecnecio-99m.

El trabajo escrito plantea ocho tareas para resolver a mano: la energía de enlace del hierro-56 y la interpretación de la curva de energía de enlace por nucleón, la deducción de la relación entre periodo, constante y vida media, un problema de actividad de una muestra de cobalto-60, la energía de una desintegración alfa del radio-226, la comparación razonada de fisión y fusión, el fundamento y los límites de la datación con carbono-14, el criterio de elección de radioisótopos en medicina y el ajuste de varias reacciones nucleares.

Todos los datos necesarios (masas en u, periodos de semidesintegración, constantes) se dan en cada enunciado, con coma decimal y la equivalencia 1 u = 931,5 MeV/c². El material sirve para entrenar el cálculo que se pide en el examen.

• Calcular el defecto de masa y la energía de enlace por nucleón y usarla para comparar la estabilidad de los núcleos.
• Ajustar reacciones nucleares y series radiactivas con la conservación del número másico y del número atómico.
• Calcular la energía liberada en reacciones de fisión, fusión y desintegración a partir de las masas.
• Aplicar la ley de desintegración: periodo de semidesintegración, constante, vida media y actividad.
• Resolver problemas de datación con carbono-14 y de radioisótopos de uso médico.

Material de práctica elaborado por Zestly a partir de los saberes básicos del bloque D (Núcleos atómicos y estabilidad de isótopos; radiactividad natural y otros procesos nucleares; aplicaciones) de Física de 2º de Bachillerato, Real Decreto 243/2022. Masas atómicas de tablas de uso general.