LA RADIOACTIVITAT
FÍSICA I QUÍMICA. TERCER ESO
Què en saps? 1. Què et suggereix aquesta paraula? (pluja d'idees) 2. En moltes de les dependències d'una central nuclear apareix aquest pictograma. Per als treballadors i treballadores de la central nuclear és obligatori posar-se un vestit molt especial que es treuen al sortir. Per què creus que cal que es posin aquest vestit? 3. L'Aitor és infermer de l'Hospital del Mar de Barcelona. S'encarrega de fer sessions de radioteràpia a malalts de càncer. A la porta de la sala hi ha el mateix pictograma. El malalt s'estira al damunt d'una taula i al damunt seu i a una certa distància hi ha un aparell. Abans d'engegar l'aparell cal que es posi un vestit especial que conté plom o bé es posa darrera d'una pantalla que també conté plom. a) Per què creus que l’Aitor es posa el vestit de plom o va darrere de la pantalla? b) Què deu fer l’aparell que engega? 4. Al final d'aquest tema caldrà que tinguis clares les respostes a les següents preguntes. Ara de moment entre tots els del grup doneu-hi unes primeres respostes: a) Què vol dir que en un lloc hi ha radioactivitat? b) A què creus que es deguda la radioactivitat? Què la produeix? c) Com creus que ens afecta als éssers vius?
Què ens diu la ciència? Què és la radioactivitat? És la propietat que tenen els nuclis inestables d'alguns àtoms d’emetre radiacions. Al nostre planeta Terra i a les capes més altes de l’atmosfera, des dels seus orígens hi ha substàncies que tenen àtoms radioactius. Per exemple, el potassi que hi ha de forma natural està format per una barreja d’àtoms isòtops del potassi; i un d’ells, molt minoritari, el que té el nombre màssic A = 40 és radioactiu. Malgrat que alguns isòtops radioactius han existit sempre, no va ser fins a principis del segle XX que Henry Becquerel i Marie Curie els van descobrir. Van deduir que les radiacions que emeten procedeixen del nucli d’alguns del àtoms. Aquells àtoms isòtops que els seus nuclis emeten espontàniament radiacions s’anomenen isòtops radioactius naturals o bé radioisòtops. Posteriorment l’activitat humana ha aconseguit produir nous nuclis d’àtoms que es transformen alliberant partícules i grans quantitats d’energia. Són els processos anomenats de radioactivitat artificial. D’aquesta manera s’han format nuclis d’elements nous no existents a la natura: és el cas de tots els elements de la taula periòdica a partir de l’urani. Quines són les radiacions que s’emeten? Radiacions α: són partícules formades pel conjunt de 2 protons i 2 neutrons Radiacions β: són partícules formades per electrons. Radiacions γ: no són partícules sinó ones d’energia molt elevada. Rad. alfa
Rad. Beta
R. gamma
Massa
6000 vegades β
Molt petita
(Són energia)
Càrrega elèctrica
Positiva
Negativa
(Són energia)
Què passa quan aquestes radiacions són emeses pels nuclis radioactius? 4. Observa els tres dibuixos següents d'un camió, un cotxe i una moto que circulen per un carrer ple d'obstacles. Fixa't fins a on pot avançar cadascun d'ells. a) Compara l'efecte que produeixen el camió, el cotxe i la moto sobre els obstacles del carrer.
LA RADIOACTIVITAT
FÍSICA I QUÍMICA. TERCER ESO
b) Compara ara fins a quina distància aconsegueix arribar cada un. c) Amb quina radiació compararies cada cas?
Camió
Cotxe
Moto
d) Com és el seu poder de penetració?
e) Com és la destrucció per metre recorregut?
Això és el què passa quan les radiacions α, les β i les γ es troben al seu pas diferents materials:
Així direm que: les radiacions α són les de menys poder de penetració: no poden travessar un full de paper ni la pell humana, les radiacions β travessen el full però no una fina làmina metàl lica i però no una fina làmina metàl lica i les radiacions γ només les deté una paret molt gruixuda de plom o formigó. Cada isòtop radioactiu emet o bé radiacions alfa o bé radiacions beta. Tant les unes com les altres van acompanyades simultàniament de radiacions gamma. Tota l’energia prové del nucli que es desintegra
LA RADIOACTIVITAT
FÍSICA I QUÍMICA. TERCER ESO
Analitzem un cas real... Alexander Litvinenko havia estat un espia rus. El 6 de novembre del 2006 era a Londres i va haver de ser ingressat en un hospital amb símptomes d'enverinament. El 23 de novembre es va morir. Li van trobar els ronyons, fetge i intestins molt malmesos. Hi van trobar restes d'un isòtop radioactiu del poloni, el Po-210. Algú l’havia estat enverinant amb altes dosis d'aquest isòtop radioactiu. Però com a cas policial continua sense resoldre’s.
5. a) Pensa en els àtoms de Po-210 que anaven entrant en el cos de l’ex-espia des del moment que van començar a enverinar-lo. Per quins aparells i òrgans del cos devien passar? b) Quins efectes creus que anaven produint aquests àtoms de Po-210 radioactius? c) Pensant en els efectes produïts, argumenta quin dels tres tipus de radiació deu emetre el Po-210.
Quines transformacions sofreixen els nuclis radioactius quan emeten cada una d’aquestes radiacions? 6. Recordant què és cada radiació i que surten del nucli, completa cadascun d’aquests processos anotant el nucli resultant després que els següents nuclis perdin les partícules indicades: 238
U92
–
α
14
C6
–
β
14
C6
–
γ
Quan un nucli emet una partícula α o β canvia el nombre de protons (Z) i per tant passa a ser un nucli d’un altre element. Aquest nou nucli pot ser que sigui estable i en aquest cas acabarà aquí la desintegració. Però si el nou nucli és inestable (radioactiu), continuarà emetent la mateixa o una altra radiació fins que es formi un nucli estable. Les emissions de radiacions γ acompanyen sempre les emissions de les altres radiacions.
Radiació i vida 7. Busca informació sobre quins efectes produeixen aquestes radiacions sobre els éssers vius, i de quins factors depenen. Camps d’aplicació Armament nuclear 8. El 6 d’agost de 1945 un bombarder de l’exèrcit dels EUA va fer explotar una bomba d’ 235U sobre la ciutat japonesa d’Hiroshima. Tres dies després una altra bomba atòmica, aquesta de 239Pu, la feien explotar sobre Nagasaki. a) Quines varen ser les conseqüències en aquell moment i lloc?
b) Quines conseqüències es manifestaren al cap dels anys?
9. La bomba atòmica d’Hiroshima era una bomba de fissió nuclear. a) Dibuixa un diagrama que representi el procés de reacció de fissió en cadena que es produeix quan un àtom d’urani és bombardejat per un neutró. Cal que diferenciïs els nuclis d’urani dels nuclis residus que no són radioactius. b) Segons el teu dibuix, què és el que provoca els efectes destructius de la bomba?
c) Què és el que provoca els efectes al cap dels anys? 10. Parlem de les armes nuclears en el nostre món.
LA RADIOACTIVITAT
FÍSICA I QUÍMICA. TERCER ESO
a) Actualment, quins països tenen armament nuclear?
b) Per què les tenen aquests països i els altres no?
c) Què en saps de les proves nuclears que s’han fet en el Pacífic?
d) Parleu-ne en el grup. Després escriu aquí la teva opinió
Centrals nuclears 11. Parlem de les centrals nuclears. a) Quines centrals nuclears hi ha a Catalunya?
b) Per a què serveixen les centrals nuclears? Per a què s’utilitza l’energia que produeixen?
c) Dibuixa un diagrama de les principals parts d’una central nuclear. Posa-hi els seus noms: d) Què passa en el reactor d’una central nuclear? Com s’obté l’energia? e) Quines són les principals substàncies que s’utilitzen en el reactor? f) La reacció que es produeix en una central nuclear és una reació en cadena de FISSIÓ nuclear. Dibuixa un diagrama que representi el procés que es produeix quan un àtom d'urani és bombardejat per un neutró. Assenyala els residus radioactius. Posa-hi noms i colors. g) Què vol dir que els residus són contaminants? En què consisteix la contaminació que fan?
h) Quins avantatges té l’obtenció d’energia a partir d’una central nuclear? i) Quins inconvenients té? 12. Actualment es diu que estem en un moment de crisi energètica, especialment pels problemes que genera el petroli. Hi ha gent que pensa que el que cal és augmentar el nombre de centrals nuclears. Hi ha altres solucions? Parleu-ne en el grup. Després escriu la teva opinió: Medicina nuclear Cas clínic 1 Una dona de més de 50 anys i que pateix un dolor intens a la zona dels ronyons, va al metge i aquest li aplica un mètode de diagnosi de medicina nuclear. La tècnica consisteix en que la pacient ha de jeure a una taula d'escàner, injectar-li una petita quantitat d'una substància anomenada radioisòtop al braç (el radioisòtop viatjarà pel torrent sanguini) i després d'uns minuts, prendre imatges durant un temps total de 30 minuts a 1 hora. Més tard, un computador analitza les imatges i proporciona una informació detallada de les funcions dels ronyons. Aquestes imatges formen el que s'anomena “renograma isotòpic”. Després de la prova es recomana ingerir una bona quantitat de líquids i orinar freqüentment per poder excretar el material radioactiu de l'organisme. 13. a) Què vol dir que li apliquen un mètode de diagnosi? b) Què vol dir una taula d'escàner? Què deu haver-hi? c) Fes un dibuix amb tots els elements que composen aquesta tècnica d) Quin tipus de radiació déu emetre l’isòtop radioactiu que li han injectat? En què et bases? e) Quina informació ens aporten les imatges? f) Quins poden ser els diagnòstics per aquest cas?
LA RADIOACTIVITAT
FÍSICA I QUÍMICA. TERCER ESO
Cas clínic 2 Un malalt de càncer de pròstata ha d'anar a l'hospital cada dia per rebre sessions de radioteràpia. La tècnica consisteix en emetre un feix de radiació d'un material radioactiu com el cobalt sobre la zona del pacient on es localitza el tumor i destruir les cèl lules canceroses. El malalt també està ajagut en una taula i rep les radiacions que emet l’isòtop radioactiu de cobalt que té al damunt. 14. a) Què és un tumor cancerós? b) Quin dels tres tipus de radiacions ha d’emetre el cobalt? Per què?
c) Què provoquen les radiacions del cobalt en el pacient? Per què?
d) Quins inconvenients té aquesta tècnica?
e) Creus que aquest també és un cas d'aplicació d'un mètode de diagnosi? Per què?
f) Què vol dir “un mètode de teràpia”?
g) Quines són les conseqüències positives de la utilitat dels radioisòtops en els dos casos clínics que hem vist? h) Altres mètodes de diagnosi en medicina nuclear: Investigació i altres aplicacions Una altra de les aplicacions de radioactivitat serveix per realitzar la datació (saber l'edat) de roques i de fòssils. A mitjans del segle XX es va determinar, amb aquests mètodes, que l'edat del planeta Terra era de 4550 milions d'anys. Els càlculs es van fer analitzant el procés de desintegració d'elements radioactius dels quals es coneix el període de semidesintegració.
15. a) Explica què és el període de semidesintegració d'un àtom radioactiu.
b) El període de semidesintegració del Carboni-14 és de 5.730 anys i el del Xenó-133, de 5 dies. Quin dels dos tardarà més a desaparèixer? Per què? c) Explica com és possible fer la datació (esbrinar l'edat) de roques i fòssils 16. L'isòtop A= 90 de l'estronci emet partícules beta i s'utilitza per a controlar que el gruix del paper que es fabrica sigui sempre igual. a) Explica-ho i ajuda't amb un dibuix. b) Argumenta què passaria si en comptes de l’estronci-90 que emet partícules β hi posessin el bismut-210 que emet partícules α?
Una científica molt especial: Marie Sklodowska (Marie Curie) 17. Llegeix el text i després respon: a) Què t'ha sobtat i què t'ha agradat més del que has llegit?
b) Fes un esquema de la trajectòria de la seva vida personal i professional
c) Principals descobriments d) Premis rebuts e) Digues els noms d'altres dones científiques que coneguis
f) Digues noms d'homes científics que coneguis
LA RADIOACTIVITAT
FÍSICA I QUÍMICA. TERCER ESO
Què has après? 18. Abans de treballar el tema vas respondre unes preguntes. Torna a la primera pàgina, exercicis 1, 2 i 3 i llegeix el que hi vas escriure. Si ara penses que canviaries les respostes, fes-ho aquí: Vaig escriure: Ara penso que: 19. Fes un quadre general de resum de totes les aplicacions de la radioactivitat i posa exemples de cada un.
Camps d'aplicació
Exemples