Page 783 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

764 Capítulo 39 La física nuclear y el núcleo

Isótopos

Es posible que dos átomos del mismo elemento tengan un núcleo que contiene diferente nú­
mero de neutrones. Este tipo de átomos se llaman isótopos.
Los isótopos son átomos que tienen el mismo número atómico Z pero diferen­
tes números de masa A.
Por ejemplo, el carbono que existe en forma natural es una mezcla de dos isótopos. La forma
más abundante, tiene seis protones y seis neutrones en su núcleo. La otra forma, ^C,
tiene un neutrón adicional. Algunos elementos tienen hasta 10 formas isotópicas diferentes.
La comprobación experimental de la existencia de isótopos se realiza con un espectró­
metro de masas. Este dispositivo, que muestra la figura 39.3, permite separar los isótopos de
un elemento. Una fuente de átomos ionizados de una sola clase de un elemento particular se
coloca sobre el selector de velocidades. A estos iones les falta un electrón y por tanto tienen
una carga de +e. Son impulsados con diferente rapidez en los campos cruzados E y B del
selector de velocidades. Los iones que tienen velocidades suficientes para hacer que la fuerza
magnética F sea igual y opuesta a la fuerza eléctrica F^ pasarán a través de la ranura que hay
en el fondo sin desviarse. Si se recuerda que Fe = eE y que Fm = evB, escribimos

evB = eE
de donde se obtiene

E
v = - (39.4)
B
Únicamente los iones con esta velocidad pasarán a través de la ranura del fondo del selector.
Los iones positivos que se mueven con mayor rapidez, pasarán después hacia la región de
abajo, donde otro campo B actúa sobre ellos haciendo que experimenten una fuerza magné­
tica perpendicular. La magnitud de esta fuerza será constante e igual a evB, pero su dirección
formará siempre ángulos rectos con respecto a la velocidad del ion. El resultado es una tra­
yectoria circular de radio R. La fuerza magnética proporciona la fuerza centrípeta necesaria.
En este caso, tenemos
77 — 77
r magnética r centrípeta
o bien

mv2
evB = ----
R

Fuente de iones positivos
a diferentes velocidades

Figura 39.2 El espectrómetro de masas se utiliza para separar isótopos de masa diferente; las cruces indi­
can que la dirección del campo magnético es hacia adentro del papel.