FICHA E4-P04

Los residuos del reactor

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TipoSecundaria Dificultad Puntos8 pts Tiempo máx.13 min Media8 min Origen preguntaAdaptado Verificación soluciónVerificado por razonamiento independiente Completado con IA
Prerrequisitos
  • En una desintegración β⁻, un neutrón se convierte en protón: Z aumenta en 1 y A no cambia; se emiten un electrón y un antineutrino
  • Tras n semividas, la cantidad de núcleos radiactivos que queda es la mitad, n veces: N = N₀ × (1/2)ⁿ
  • Los productos de la fisión suelen ser radiactivos; algunos tienen semividas de decenas de años o más

Entre los residuos de un reactor de fisión hay cesio-137 (¹³⁷₅₅Cs), que se desintegra por emisión β⁻ y tiene una semivida de 30 años. Una muestra de residuos contiene inicialmente 2,0 kg de Cs-137. masa inicial de Cs-137 = 2,0 kg semivida = 30 años

a Escribe la ecuación de la desintegración β⁻ del Cs-137 e identifica el nuclido hijo (símbolo, Z y A). [2]
b Calcula la masa de Cs-137 que queda en la muestra al cabo de 90 años. [2]
c Explica por qué este tipo de residuos obliga a un almacenamiento seguro durante periodos muy largos, y menciona una medida para hacerlo. [2]
d Indica una ventaja y un inconveniente de la fisión nuclear frente a los combustibles fósiles para generar electricidad. [2]
Pistas progresivas
Teoría básica
  • Desintegración β⁻: el núclido (Z, A) pasa a (Z + 1, A) y se emiten un electrón y un antineutrino. Se conservan A, Z (la carga) y la energía.
  • Semivida: tiempo en que se reduce a la mitad el número de núcleos radiactivos; tras n semividas queda (1/2)ⁿ.
  • Los residuos de alta actividad requieren blindaje, aislamiento y almacenamiento geológico profundo durante largos periodos.
Refuerzo
Libro — Oxford Physics 2023 — Topic E.4 Fission, productos de fisión y gestión de residuos; Topic E.3, desintegración β.
Cuadernillo — No aplica en este problema — conservación de A y Z; fórmulas de memoria en NM.
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Apartado a) — ¹³⁷₅₅Cs → ¹³⁷₅₆Ba + e⁻ + ν̄. El nuclido hijo es el bario-137 (Z = 56, A = 137).
Apartado b) — 90 años/30 años = 3 semividas. Masa restante = 2,0 × (1/2)³ = 0,25 kg.
Apartado c) — Tras cada semivida solo desaparece la mitad de los núcleos radiactivos; con una semivida de 30 años, la muestra sigue siendo activa durante siglos y emite radiación ionizante dañina. Hay que aislarla (por ejemplo, en contenedores blindados y en almacenamiento geológico profundo) hasta que su actividad sea segura.
Apartado d) — Ventaja: no emite CO₂ durante su funcionamiento y proporciona gran cantidad de energía con poco combustible. Inconveniente: produce residuos radiactivos de larga duración y existe el riesgo de accidentes nucleares.