Capitolo 28 -...

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Capitolo 28

Fisica nuclearee radioattività


28.1 La struttura del nucleo

Gli atomi sono formati da elettroni orbitantiintorno a un nucleo centrale.Il nucleo di un atomo è formato da protonie neutroni, denominati nucleoni.



A Numero di protoni e neutroni

124 34 = Z Numero di protoni

124 34 + N Numero di neutroni

124 34

Numeroatomico

Numerodi massa



I nuclei con lo stesso numero di protoni Z ma un numero differentedi neutroni si chiamano isòtopi.



r ! 1,2 "10

#15m( ) A

1 3



Esempio 1 Piombo e ossigeno a confronto

La densità del piombo solido è molto più elevata rispettoa quella dell’ossigeno gassoso. Usando l’espressionedel raggio nucleare, stabilisci se la densità del nucleo di piomboè maggiore, minore o uguale rispetto a quella del nucleodi ossigeno.

! =

massa

volume=

mA

cA= costante indipendente da A

La densità di un nucleo di piombo è approssimativamente uguale aquella di un nucleo di ossigeno.


28.2 L’interazione nucleare forte e la stabilità dei nuclei

Due cariche positive molto vicine, come due protoni in un nucleo, si respingono reciprocamentecon una forza elettrostatica intensa. Cosa tiene insieme il nucleo atomico?

L’interazione nucleare forte, o interazione forte.


28.2 L’interazione nucleare forte e la stabilità dei nuclei

Affinché un nucleo sia stabile,la repulsione elettrostatica fra i protonideve 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 crescerein maniera più rapida.


28.3 Il difetto di massa del nucleo e l’energia di legame

energia di legame = difetto di massa( )c2 = !m( )c2



Esempio 3 Il contributo degli elettroni

La massa atomica dell’ 42He è 4,0026 u e la massa atomica dell’ 11Hè 1,0078 u. Calcola l’energia di legame del nucleo di 42He.



!m = 4,0330 u " 4,0026 u = 0,0304 u

1 u 931,5 MeV!

energia di legame 28,3 MeV=


28.4 La radioattività

Visto che le particelle in moto sono deviate da un campo magneticosolo se sono elettricamente cariche, i raggi α e β consistonodi particelle cariche, mentre i raggi γ sono neutri.



DECADIMENTO α

ZAP !

Z"2

A"4F +

2

4He



Un rivelatoredi fumo.



DECADIMENTO β

ZAP !

Z+1

AF +

"1

0e



DECADIMENTO γ

! P P +"# A

Z

A

Z

Livello eccitatoLivello 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 βnon ha un’energia cinetica sufficiente per giustificare tutta l’energia prodotta.

L’energia “mancante” viene trasportata da un’altra particella, emessainsieme alla β: il neutrino.

90

234Th !

91

234Pa +

"1

0e + #


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

!

2ln

21=T


28.6 Decadimento radioattivo e attività


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.


28.8 Famiglie radioattive

Quando un nucleo padre instabile decade spesso produce un nucleo figlioinstabile. 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 luogoa una famiglia radioattiva.



Contatore Geiger

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