Capitolo 28 Fisica nucleare e radioattività Copyright © 2009 Zanichelli editore 28.1 La struttura del nucleo Gli atomi sono formati da elettroni orbitanti intorno a un nucleo centrale. Il nucleo di un atomo è formato da protoni e neutroni, denominati nucleoni. Copyright © 2009 Zanichelli editore 28.1 La struttura del nucleo Numero di massa Numero atomico N4 12 4A 4 3 = 12 4Z 4 3+1 42 3 Numero di protoni e neutroni Copyright © 2009 Zanichelli editore Numero di protoni Numero di neutroni 28.1 La struttura del nucleo I nuclei con lo stesso numero di protoni Z ma un numero differente di neutroni si chiamano isòtopi. Copyright © 2009 Zanichelli editore 28.1 La struttura del nucleo ( ) 13 r ! 1,2 "10 m A Copyright © 2009 Zanichelli editore #15 28.1 La struttura del nucleo Esempio 1 Piombo e ossigeno a confronto La densità del piombo solido è molto più elevata rispetto a quella dell’ossigeno gassoso. Usando l’espressione del raggio nucleare, stabilisci se la densità del nucleo di piombo è maggiore, minore o uguale rispetto a quella del nucleo di ossigeno. != massa mA = = costante indipendente da A volume cA La densità di un nucleo di piombo è approssimativamente uguale a quella di un nucleo di ossigeno. Copyright © 2009 Zanichelli editore 28.2 L’interazione nucleare forte e la stabilità dei nuclei Due cariche positive molto vicine, come due protoni in un nucleo, si respingono reciprocamente con una forza elettrostatica intensa. Cosa tiene insieme il nucleo atomico? L’interazione nucleare forte, o interazione forte. Copyright © 2009 Zanichelli editore 28.2 L’interazione nucleare forte e la stabilità dei nuclei Affinché un nucleo sia stabile, la repulsione elettrostatica fra i protoni deve essere compensata dall’attrazione fra nucleoni dovuta all’interazione nucleare. Quando il numero Z di protoni aumenta, il numero N di neutroni, per mantenere la stabilità del nucleo, deve crescere in maniera più rapida. Copyright © 2009 Zanichelli editore 28.3 Il difetto di massa del nucleo e l’energia di legame ( ) 2 ( ) energia di legame = difetto di massa c = !m c Copyright © 2009 Zanichelli editore 2 28.3 Il difetto di massa del nucleo e l’energia di legame Esempio 3 Il contributo degli elettroni La massa atomica dell’ 42He è 4,0026 u e la massa atomica dell’ 11H è 1,0078 u. Calcola l’energia di legame del nucleo di 42He. Copyright © 2009 Zanichelli editore 28.3 Il difetto di massa del nucleo e l’energia di legame !m = 4,0330 u " 4,0026 u = 0,0304 u 1 u ! 931,5 MeV energia di legame = 28,3 MeV Copyright © 2009 Zanichelli editore 28.3 Il difetto di massa del nucleo e l’energia di legame Copyright © 2009 Zanichelli editore 28.4 La radioattività Visto che le particelle in moto sono deviate da un campo magnetico solo se sono elettricamente cariche, i raggi α e β consistono di particelle cariche, mentre i raggi γ sono neutri. Copyright © 2009 Zanichelli editore 28.4 La radioattività DECADIMENTO α A Z P ! Copyright © 2009 Zanichelli editore A"4 Z "2 F + 4 2 He 28.4 La radioattività Un rivelatore di fumo. Copyright © 2009 Zanichelli editore 28.4 La radioattività DECADIMENTO β A Z P ! Copyright © 2009 Zanichelli editore A Z +1 F + 0 "1 e 28.4 La radioattività DECADIMENTO γ A Z P # Livello eccitato Copyright © 2009 Zanichelli editore " A Z P + ! Livello inferiore 28.5 Il neutrino Quando viene emessa una particella β da un nucleo radioattivo, viene prodotta simultaneamente energia. Sperimentalmente, però, si nota che la maggior parte delle particelle β non ha un’energia cinetica sufficiente per giustificare tutta l’energia prodotta. L’energia “mancante” viene trasportata da un’altra particella, emessa insieme alla β: il neutrino. 234 90 Th ! Copyright © 2009 Zanichelli editore 234 91 Pa + 0 "1 e + # 28.6 Decadimento radioattivo e attività Si definisce il tempo di dimezzamento emivita T1/2 di un isotopo radioattivo come il tempo necessario affinché la metà dei nuclei presenti decadano. N = N 0e !" t ln 2 T1 2 = ! Copyright © 2009 Zanichelli editore 28.6 Decadimento radioattivo e attività Copyright © 2009 Zanichelli editore 28.7 Datazioni radiometriche Se un oggetto, al momento della sua formazione, contiene nuclei radioattivi, il loro decadimento registra lo scorrere del tempo come un orologio, in quanto la metà dei nuclei decade durante ogni tempo di dimezzamento. La datazione con il radiocarbonio utilizza l’isotopo 146C del carbonio, che subisce un decadimento β con un tempo di dimezzamento di 5730 anni. Copyright © 2009 Zanichelli editore 28.8 Famiglie radioattive Quando un nucleo padre instabile decade spesso produce un nucleo figlio instabile. Il nucleo figlio decade producendo a sua volta un nucleo figlio e così via, fino alla produzione di un nucleo completamente stabile. Questa sequenza di decadimenti di un nucleo dopo l’altro dà luogo a una famiglia radioattiva. Copyright © 2009 Zanichelli editore 28.8 Famiglie radioattive Copyright © 2009 Zanichelli editore 28.8 Famiglie radioattive Contatore Geiger Copyright © 2009 Zanichelli editore
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