¿Que es la física atómica?

La física atómica estudia las propiedades y el comportamiento de los átomos. John Dalton (1766-1844), generalmente reconocido como el fundador de la teoría atómica de la materia, pese a que el atomismo tuvo continuados exponentes desde el tiempo de Demócrito. Dalton dio a la teoría contenido científico sólido y la transformó así en la base de la física y de la química. Los átomos de un elemento, dijo, son iguales pero el átomo de un elemento difiere del átomo de otro. Creyó que los átomos eran indivisibles.
En la actualidad, la física atómica desempeña un papel fundamental en la solución de preguntas fundamentales sin resolver en el estudio de los átomos y las moléculas.
La física atómica y molecular es una rama fundamental cuyos desarrollos tienen incidencia sobre muchos otros campos de la ciencia y la sociedad. Los países desarrollados colocan la producción de contribuciones a esta ciencia dentro de las prioridades nacionales. Entre los logros de la física atómica y molecular que tienen incidencia sobre la tecnología están: El laser, la manipulación de átomos con ayuda de láseres, y los fulerenos, que son nuevos materiales formados a partir de conglomerados de átomos de carbono.

que estudia la física atómica..

la física atómica estudia las partículas de átomos  entre las que se encuentra los electrones y los protones. Se podría decir que la física atómica trata con las fuerzas electromagnéticas del átomo y convierte al núcleo en un partícula puntual, con determinadas propiedades intrínsecas de masa, carga y espín.

Historia de la física atómica..

En 1931 el físico estadounidense Harold Clayton Urey descubrió el isótopo del hidrógeno denominado deuterio y lo empleó para obtener agua pesada. El núcleo de deuterio o deuterón (formado por un protón y un neutrón) constituye un excelente proyectil para inducir reacciones nucleares. Los físicos franceses Irène y Frédéric Joliot-Curie produjeron el primer núcleo radiactivo artificial en 1933-1934, con lo que comenzó la producción de radioisótopos para su empleo en arqueología, biología, medicina, química y otras ciencias.


Fermi y numerosos colaboradores emprendieron una serie de experimentos para producir elementos más pesados que el uranio bombardeando éste con neutrones. Tuvieron éxito, y en la actualidad se han creado artificialmente al menos una docena de estos elementos transuránicos. A medida que continuaba su trabajo se produjo un descubrimiento aún más importante. Irène Joliot-Curie, los físicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassmann, la física austriaca Lise Meitner y el físico británico Otto Robert Frisch comprobaron que algunos núcleos de uranio se dividían en dos partes, fenómeno denominado fisión nuclear. La fisión liberaba una cantidad enorme de energía debida a la pérdida de masa, además de algunos neutrones. Estos resultados sugerían la posibilidad de una reacción en cadena automantenida, algo que lograron Fermi y su grupo en 1942, cuando hicieron funcionar el primer reactor nuclear. Los avances tecnológicos fueron rápidos; la primera bomba atómica se fabricó en 1945 como resultado de un ingente programa de investigación dirigido por el físico estadounidense J. Robert Oppenheimer, y el primer reactor nuclear destinado a la producción de electricidad entró en funcionamiento en Gran Bretaña en 1956, con una potencia de 78 megavatios.


La investigación de la fuente de energía de las estrellas llevó a nuevos avances. El físico estadounidense de origen alemán Hans Bethe demostró que las estrellas obtienen su energía de una serie de reacciones nucleares que tienen lugar a temperaturas de millones de grados. En estas reacciones, cuatro núcleos de hidrógeno se convierten en un núcleo de helio, a la vez que liberan dos positrones y cantidades inmensas de energía. Este proceso de fusión nuclear se adoptó con algunas modificaciones -en gran medida a partir de ideas desarrolladas por el físico estadounidense de origen húngaro Edward Teller- como base de la bomba de fusión, o bomba de hidrógeno. Este arma, que se detonó por primera vez en 1952, era mucho más potente que la bomba de fisión o atómica. En la bomba de hidrógeno, una pequeña bomba de fisión aporta las altas temperaturas necesarias para desencadenar la fusión, también llamada reacción termonuclear.


Gran parte de las investigaciones actuales se dedican a la producción de un dispositivo de fusión controlada, no explosiva, que sería menos radiactivo que un reactor de fisión y proporcionaría una fuente casi ilimitada de energía. En diciembre de 1993 se logró un avance significativo en esa dirección cuando los investigadores de la Universidad de Princeton, en Estados Unidos, usaron el Reactor Experimental de Fusión Tokamak para producir una reacción de fusión controlada que proporcionó durante un breve tiempo una potencia de 5,6 megavatios. Sin embargo el reactor consumió más energía de la que produjo.

¿que es la energía atómica ?

La energía atómica (también conocida como energía nuclear) es la energía liberada por la desintegración del núcleo de ciertos átomos, los átomos inestables.

Para obtener una mejor estabilidad, el átomo inestable se transforma en otro tipo de átomo mediante la expulsión de la energía en forma de radiación: el fenómeno de laradioactividad.

En la naturaleza, la mayoría de los elementos son estables. Pero, también existen algunos inestables, y para lograr la estabilidad, se desintegran gradualmente emitiendo una o varias partículas y allí aparece la energía en forma de radiación. A esto se le llama radiactividad. Este fenómeno se produce de modo natural. Vivimos en el tiempo, y desde siempre, en un medio ambiente naturalmente radiactivo : estamos hablando de la radioactividad natural.

Toda la materia del Universo, incluyendo los organismos vivientes, están constituidos por una pequeña proporción de átomos radioactivos: el cuerpo humano es ligeramente radiactivo.

La radiación está presente desde el origen del Universo, hace aproximadamente 20000 millones de años, ya que intervino en la gran explosión: Big Bang. Es así que la radiactividad existía en nuestro planeta mucho antes que la aparición de la vida sobre el mismo, todo organismo vivo contiene vestigios de sustancias radioactivas. Pero hace menos de un siglo que la humanidad descubrió este fenómeno gracias a científicos como Henri Becquerel, Wilhelm Röentgen y Marie y Pierre Curie entre otros.

En 1945 se puede decir que comenzó trágicamente la "Era Nuclear" con la caída de las primeras bombas atómicas en las ciudades de Hiroshima y Nagasaki. A partir de allí la certeza de que las bombas nucleares podrían acabar con nuestra civilización afecta a las decisiones políticas y la actitud hacia la guerra. Pero afortunadamente el hombre ha logrado el uso pacífico de esta energía como por ejemplo en la Medicina.

 planta nuclear:

Historia de la energía atómica:

El filósofo griego Demócrito de Abdera fue el primero en dar una definición de átomo: la parte más pequeña constituyente de la materia. Esto fue en el siglo V a. de C. Átomo proviene del griego y significa “no-divisible”. Aunque más tarde aparecería el concepto de fisión nuclear que precisamente se trata de obtener energía dividiendo átomos.

Más tarde, en 1803, el químico británico John Dalton afirmaba en su libroA New System of Chemical Philosophy que los elementos se formaban a partir de determinadas combinaciones de átomos y que todos los átomos de un mismo elemento eran idénticos. Es decir, que todos los átomos del hierro o del uranio són idénticos.

A partir de aquí el trabajo de los científicos se centraba en identificar todos los elementos y clasificaros. El primero en proponer una ordenación fue el químico inglés Newlands. Una propuesta que otros científicos como Lothar Meyer, Dimitri Mendeleiev o Moseley se encargaron de estudiar y modificar hasta obtener la Tabla Periódica actual.

En 1897, J. J. Thompson anunció el descubrimiento de una partícula cargada negativamente a la que llamó electrón. Fue capaz de deducir también la relación entre la carga de una partícula (e) y su masa (m). Los electrones son elementos que cargados negativamente que van orbitando alrededor de un núcleo como si se tratara de planetas orbitando alrededor del Sol. El conjunto de núcleo y electrones forman el átomo como descubrirá más adelante Rutherford.

En 1896, el físico francés Antoine Henri Becquerel comprobó que determinadas sustancias, como las sales de uranio, producían radiaciones penetrantes de origen desconocido. Este fenómeno fue conocido como radiactividad.

Descubrió la radioactividad:

El ntífico francés estaba trabajando en su laboratorio y dejó descuidadamente unas sales de uranio junto a unas placas fotográficas que aparecieron posteriormente veladas, a pesar de estar protegidas de la luz solar. Después de investigarlo se dio cuenta que el causante fueron las placas era el uranio. Gracias a su descubrimiento Becquerel se convirtió en el “padre de la energía nuclear”.

En la misma época, el matrimonio francés formado por Pierre y Marie Curie dedujeron con sus investigaciones la existencia de otro elemento de actividad más elevada que el uranio, que en honor a su patria fue llamado polonio. También fueron los descubridores de un segundo elemento al que denominaron radio.

Estos tres elementos, por sus características, tomaran una gran importancia en el desarrollo de la energía nuclear. Actualmente, el combustible de prácticamente todas las centrales nucleares de producción de energía eléctrica utilizan el uranio como combustible.

Posteriormente, como resultado de las investigaciones de Rutherford y Soddy, se demostraría que el uranio y otros elementos pesados, emitían tres tipos de radiaciones: alfa, beta y gamma. Las dos primeras estaban constituidas por partículas cargadas, comprobándose que las partículas alfa eran núcleos de átomos de helio y las partículas beta eran electrones. Además, se comprobó que las radiaciones gamma eran de naturaleza electromagnética.

El modelo atómico de rutherford:

El descubrimiento de la naturaleza de las radiaciones permitió a Rutherford estudiar la estructura de la materia. Con sus experimentos pudo deducir que el átomo estaba constituido por una zona central positiva donde se concentraba toda la masa y que los electrones giraban en órbitas alrededor del núcleo, como si fuera un pequeño sistema solar. Esto significaba que el átomo no era macizo como se creía hasta entonces.

El descubrimiento de la constante de planck y la teoría cuántica:

En 1900, el físico alemán Max Planck formuló que la energía es emitida en pequeñas unidades individuales conocidas como quantos. Descubrió una constante de carácter universal conocida como la constante de Planck, representada como h2.

La ley de Planck establece que la energía de cada quanto es igual a la frecuencia de la radiación electromagnética multiplicada por dicha constante universal.

Los descubrimientos de Planck representaron el nacimiento de un nuevo campo para la física, conocido como mecánica cuántica y proporcionaron las bases para la investigación en campos como el de la energía nuclear.

Teoría de la relatividad de alberd einsten:

Se considera Albert Einstein como el científico más bien considerado de la historia del siglo XX. Su conocida ecuación E=mc² formulada resultó ser revolucionaria para los posteriores estudios de física nuclear, aunque en aquellos tiempos no se disponía de medios para demostrarla experimentalmente. Así, E representa la energía y m la masa, ambas interrelacionadas a través de la velocidad de la luz c. Esta ecuación relacionaba las conversiones másicas de energía, de forma que se podía afirmar, que ambas entidades son distintas manifestaciones de una misma cosa.

El físico danés Niels Böhr desarrolló en 1913 una hipótesis, según la cual los electrones estaban distribuidos en capas definidas, o niveles cuánticos, a cierta distancia del núcleo, constituyendo la configuración electrónica de los distintos elementos.

Para el físico danés, los electrones giraban en órbitas estacionarias desde las que no se emitía ninguna radiación, enterrándose así el viejo concepto del átomo como algo indivisible, inerte y simple, y apareciendo la hipótesis de una estructura compleja que daría posteriormente complicadas manifestaciones energéticas.

Modelo atómico de bohr:

El descubrimiento del neutrón fue realizado por James Chadwick en 1932. Chadwick “midió” la masa de la nueva partícula deduciendo que era similar a la del protón pero con carga eléctricamente neutra. Así, se observó que el núcleo atómico estaba compuesto por neutrones y protones, siendo el número de protones igual al de electrones.

Descubrimiento de el neutrón:

Con su descubrimiento, Chadwick consiguió un “proyectil” de características ideales para provocar reacciones nucleares.

Descubrimiento de la radioactividad artificial:

El matrimonio formado por Frédèric Joliot e Irene Curie fueron los descubridores de la radiactividad artificial.

Las conclusiones a las que llegó el matrimonio Joliot-Curie, se basaban en la idea de que la radiactividad, hasta entonces de carácter natural, podía ser producida por el hombre, construyendo elementos radiactivos mediante el bombardeo con partículas alfa de algunos elementos químicos.

que estudia la energía atómica:

La tecnología nuclear constituye actualmente una espada de Damocles que pende sobre nuestras cabezas. Es la fuente energética de mayor poder, aunque no la más rentable. Sus dos principales problemas son: - Desechos radiactivos de larga vida. - Alta potencialidad aniquiladora en caso de accidente. El estudio de su impacto ambiental debe llevarse a cabo, analizando todo el proceso de producción de la energía nuclear:

1. Extracción, concentrado y enriquecimiento de Uranio:

- La extracción del mineral provoca la contaminación por:

  Sólidos: estériles de minería, que por su pobre concentración en uranio son desechados, aunque sean activos.

  Líquidos: aguas superficiales y subterráneas, que por procesos de lixiviación (filtración), arrastran los materiales de la mina.

  Gases: Radón, gas radiactivo, que se libera a la atmósfera una vez abierta la mina y que entre en contacto directo con los mineros.

- El proceso de concentrado y enriquecimiento se realiza en plantas de tratamiento, que generan idénticos desechos que en el proceso de extracción, pero en diferentes concentraciones. Una vez enriquecido el Uranio, está en disposición de ser utilizado como combustible en centrales de producción eléctrica nuclear.

2. Producción de energía:

En este apartado los problemas se plantean desde dos localizaciones:

- Centrales eléctricas nucleares: el proceso nuclear genera una gran cantidad de residuos radiactivos, que deben almacenarse en las dependencias de la misma central y en depósitos especiales para material radiactivo. Producen contaminación de aguas (con las que se refrigera), tierras y aire.

- Reactores nucleares: constituyen unidades energéticas móviles e independientes, generalmente utilizadas para la propulsión de submarinos y portaaviones de los ejércitos. Su peligro potencial es inmenso:

  El riesgo de accidentes obliga a extremar las precauciones en el manejo de estas naves, pues una colisión, significaría la propagación en el mundo marino de la contaminación radiactiva.

  El funcionamiento de estos reactores implica la producción de residuos contaminados, que han de ser depositados en algún lugar.

  Riesgo de exposiciones a la radiación por parte del personal de las naves, debido a negligencias o averías.

  Posible utilización de material bélico nuclear (después de Hiroshima y Nagashaki, no es necesario explicar sus posibles efectos).

3. Aplicación en medicina, industria, investigación y transporte:

De todos es de sobra conocido el tristemente famoso caso del acelerador de partículas en el hospital de Zaragoza. El fallo producido en la bomba de cobalto provocó la muerte de más de 20 personas. Este suceso es lo suficientemente descriptivo, para tomar en consideración la potencial peligrosidad de los elementos radiactivos.

Otra aplicación es la utilización, por parte de la industria, de materiales irradiados para obtener medidas de densidad espesor, etc.

Los peligros que esconden muchos centros de investigación y experimentación nuclear, son tan variados como el tipo de trabajo que se esté realizando en ellos. Y en la mayoría de las ocasiones desconocidos.

4. Clausura de centros nucleares:

El problema principal que se plantea a la hora de clausurar estas instalaciones es ¿qué hacer con los residuos radiactivos acumulados durante años?

Lo más corriente es que los residuos de alta actividad de almacenen en piscinas dentro de los recintos de las centrales nucleares y los de baja y media actividad se envíen a cementerios nucleares.

En resumidas cuentas, la clausura de centros nucleares suele ser más peligrosa y costosa que su puesta en marcha.

La existencia de las instalaciones nucleares, aparte del peligro potencial de accidente al estilo Chernobil, del peligro de radiación permanente que sufren sus trabajadores, de la liberación a la atmósfera y a las corrientes fluviales de partículas radiactivas, derivadas del funcionamiento normal de la central, de la producción de residuos radiactivos de larga vida, etc., también produce un freno al desarrollo económico de la zona (aparte del generado por la propia instalación), ya sea por coartar el turismo, por limitar las actividades agrarias o ganaderas o por ser el foco y la causa de conflictos sociales.

La manifiesta peligrosidad de esta fuente energética y de las instalaciones que la soportan, es fácilmente observable, si analizamos la excesiva frecuencia en que se produce algún tipo de accidente o anomalía, teniendo en cuenta los datos y las estadísticas conocida. Pero, ¿cuantos incidentes no habrán trascendido a la opinión pública por conveniencia de los poderes políticos y económicos? ¿Cuantas cuestiones desconocemos, debiendo conocerlas? ¿Qué consecuencias nos traerá a la larga toda esta historia? Es difícil saberlo.

Las espectaculares consecuencias de un accidente nuclear, como el caso de Chernobil, los devastadores efectos de los usos bélicos nucleares, el potencial peligro de sabotaje por parte de elementos terroristas, la candidatura a objetivo preferente en caso de conflicto bélico y el partidista e interesado manejo político al que se presta la tecnología y la industria nuclear, debería hacernos desistir de seguir por el camino de la locura atómica, que sólo nos puede llevar al desastre.

Otros impactos derivados del uso de la energía, aunque no relacionados con ninguna fuente energética en concreto, son los derivados del tendido eléctrico: - Electrocución de animales, sobre todo durante y después de las lluvias, provocando cortocircuitos y apagones en las poblaciones cercanas. - Choque de aves en pleno vuelo, durante las noches y días cubiertos. (A modo de comprobación estadística, se realizó en la Comunidad de Madrid, un seguimiento, durante 20 meses a lo largo de 32 Km de tendido eléctrico, recogiéndose 248 aves afectadas, entre las que se podían contar: 57 ratoneros, 56 cárabos, 45 milanos reales y negros, 21 azores, 7 águilas imperiales, un buitre negro, un búho real y una cigüeña negra).

Como conclusión valga la siguiente reflexión: la manipulación de las fuentes energéticas acentúa la influencia de determinados estratos de poder en las estructuras sociales. Evitemos la dominación sin conciencia, a veces evidente, a veces solapada, pero siempre tiránica, sobre los recursos naturales. Entendamos que la puerta del futuro energético del planeta se abre con tres llaves:

- AHORRO.
- EFICIENCIA.
- ENERGÍAS LIMPIAS.

4. EL P.A.C. DE LA ENERGÍA

Planteamiento de actividades continuadas:

Este apartado constituye una serie de recomendaciones y consejos destinados a corregir los comportamientos inadecuados, desde el punto de vista del ahorro, y proponer un uso más racional de la energía.

Actualmente, políticos y científicos empiezan a ser conscientes de los problemas que ahogan nuestro plantea: contaminación, efecto invernadero, agujero de ozono, etc. Estos y otros problemas tienen su origen principalmente en el empleo de combustibles fósiles y la sobreexplotación de sistemas de energía contaminantes y perjudiciales para el hombre y entorno.

Es pues necesario tomar medidas a corto plazo que corrijan la peligrosa tendencia destructiva actual. Hay que fomentar un uso racional y eficaz de la energía y promover el ahorro energético y el desarrollo de las "energías limpias" como principales fuentes energéticas del futuro.

Pero, en concreto ¿qué puede hacer el ciudadano de a pie?

SOLUCIONES DEL P.A.C. DE LA ENERGÍA:

* No dejar funcionando cualquier aparato si su rendimiento NO esta siendo APROVECHADO.

* Analizar si realmente se necesitan todos los ELECTRODOMÉSTICOS que hay en casa. Algunos son fastidiosos de manejar, no ahorran trabajo además existen alternativas manuales totalmente válidas para sustituirlos.

* Existen en el mercado BOMBILLAS fluorescentes de bajo consumo y alto rendimiento, que sustituyen con ventaja a las tradicionales bombillas de filamento. Son más caras pero se amortizan rápidamente.

* Graduar el TERMOSTATO a una temperatura intermedia, subiéndola únicamente si se siente incomodidad. El exceso de calor perjudica la salud y el bolsillo.

* El mejor sistema de calefacción es un buen AISLAMIENTO. Además es el más barato. Por ejemplo: poner cinta aislante bajo puertas y ventanas para evitar corrientes de aire que enfríen el ambiente; también la doble ventana, que es un sistema efectivo, aunque caro. En cualquier caso una pesada cortina puede ser la mejor barrera contra el frío.

Es importante VENTILAR adecuadamente las dependencias y habitaciones para evitar aire viciado y gases contaminantes, sobre todo si la calefacción está basada en la combustión.

* Si se disfruta de calefacción con radiadores fijos existen dos trucos que pueden conseguir un importante ahorro de energía y de dinero:

  NO BLOQUEAR la parte frontal de los radiadores con muebles o similares y colocar las cortinas detrás de los mismos.

  Instalar PLACAS DE PAPEL DE ALUMINIO entre la pared y el radiador. Reflejarán el calor que normalmente absorbe la pared.

* En cuando al transporte, recuerda que:

  El medio más económico y seguro es el TRANSPORTE PÚBLICO.

  Reducir la VELOCIDAD ahorra combustible, contaminación y algún que otro susto.