FICHA E3-P01

El bismuto-204 y su detector

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TipoPrincipal PaperPaper 2 Dificultad Puntos9 pts · 9/9 Tiempo máx.18 min Media13 min Si no sabes la teoría+25 min Origen preguntaExamen oficial Verificación soluciónEstimación Completado con IA
Material necesario — Cuadernillo de datos: sí — energía de enlace, E=mc², 1 u = 931,5 MeV, Tema E.3.
Prerrequisitos
  • Un detector de radiación siempre registra, además de la muestra, una tasa de conteo de FONDO (radiación ambiental) que hay que restar para obtener la actividad real de la muestra
  • La energía liberada en una desintegración proviene del defecto de masa: Δm = mreactivos − mproductos, convertido a energía con E = Δmc² (usando 1 u = 931,5 MeV)
  • La emisión beta-más sigue la ecuación ᴬZX → ᴬ(Z−1)Y + e⁺ + ν; al trabajar con masas NUCLEARES (no atómicas), hay que restar también la masa del positrón emitido

Se coloca una muestra pura radiactiva de bismuto-204 (²⁰⁴₈₃Bi) cerca de un detector conectado a un contador. El bismuto-204 se desintegra dando lugar a plomo (²⁰⁴₈₂Pb) por desintegración beta-más: ²⁰⁴₈₃Bi → ²⁰⁴₈₂Pb + e⁺ + ν. En el gráfico se muestra la variación con el tiempo t de la tasa de conteo R: la curva parte de R≈3000 hora⁻¹ en t=0 y decae hasta estabilizarse en una asíntota de R≈600 hora⁻¹ hacia t=100 horas.

a(i) Indica la tasa de conteo de la radiación de fondo. [1]
a(ii) Estima la semivida del ²⁰⁴₈₃Bi. [3]
a(iii) Indica y explica cómo la energía de enlace por nucleón del ²⁰⁴₈₃Bi se compara con la del ²⁰⁴₈₂Pb. [2]
a(iv) La distancia entre la muestra y el detector es de 20 cm. Indica por qué esta distancia sería inapropiada para una muestra que se desintegra por desintegración alfa. [1]
b Masas nucleares: bismuto = 203,932254 u; plomo = 203,928034 u. Calcula la energía liberada en la desintegración de un núcleo de bismuto-204. [2]
Pistas progresivas
Teoría básica
  • La tasa de conteo de fondo es el valor al que se estabiliza la curva a tiempos largos; la actividad real de la muestra es R_corregida = R_medida − fondo.
  • Defecto de masa y energía liberada: E = Δmc², con Δm en u convertido usando 1 u = 931,5 MeV. En desintegración beta-más con masas nucleares, resta también la masa del positrón (0,00054858 u). — Cuadernillo de datos, Tema E.3.
  • Alcance de partículas alfa en el aire: unos pocos centímetros, mucho menor que el de partículas beta o la radiación gamma, por su gran masa y carga.
Refuerzo
Libro — Oxford Physics 2023 — Topic E.3 Radioactive decay, tasa de conteo, semivida y defecto de masa.
Cuadernillo — Cuadernillo de datos de Física — Tema E.3, E=mc² y 1 u = 931,5 MeV.
Vídeo — ↗ — «»
Apartado a(i)) — Fondo ≈ 600 hora⁻¹ (asíntota de la curva).
Apartado a(ii)) — t½ ≈ 10 horas (estimación gráfica; se acepta 8-12 h), usando R_corregida = R−600 y buscando cuándo se reduce a la mitad de 2400.
Apartado a(iii)) — El plomo tiene MAYOR energía de enlace por nucleón que el bismuto, ya que la desintegración libera energía espontáneamente (productos más estables).
Apartado a(iv)) — Las partículas alfa tienen un alcance de solo unos centímetros en el aire; a 20 cm serían absorbidas antes de llegar al detector.
Apartado b) — Δm = 203,932254 − 203,928034 − 0,00054858 = 0,003671 u → E ≈ 3,42 MeV.