La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

Chimica nucleare Radiazioni alfa, beta, gamma Decadimento radioattivo Stabilità nucleare Misura della radioattività

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "Chimica nucleare Radiazioni alfa, beta, gamma Decadimento radioattivo Stabilità nucleare Misura della radioattività"— Transcript della presentazione:

1 Chimica nucleare Radiazioni alfa, beta, gamma Decadimento radioattivo Stabilità nucleare Misura della radioattività

2 Chimica Nucleare La chimica nucleare studia la struttura del nucleo atomico, le trasformazioni cui questo va incontro e le conseguenze chimiche di tali trasformazioni. I nuclei che cambiano spontaneamente la propria struttura atomica emettendo radiazioni sono detti radioattivi.

3 radiazioni elettromagnetiche ad alta frequenza nuclei di He elettroni Esperimento di Rutherford

4 Il nucleo nucleo è insieme di nucleoni (protoni, p e neutroni, n) uniti tra loro. Il NEUTRONE libero, è una particella instabile e tende a decadere (t d ca. 9x10 2 s ), liberando un elettrone ed un protone Il PROTONE libero, è una particella stabile (t d ca s ) La maggior parte (non tutti) dei nuclidi sono isotopi stabili, ovvero tali che un consistente numero di protoni e neutroni si trova in un volume molto piccolo (il nucleo dellatomo) Una forza di attrazione fra i nucleoni vince la repulsione elettrostatica tra i protoni: FORZA FORTE

5 Interazione nucleo-protone Le forze nucleari, che tengono insieme i nucleoni dentro un nucleo, sono forze molto forti fm= m I mesoni sono particelle subatomiche, di massa circa 1/5 dei nucleoni, e sono responsabili delle forze nucleari. Sono continuamente scambiate tra nucleoni

6 Nuclidi Il numero di protoni è il numero atomico Z Il numero totale di nucleoni (protoni + neutroni) è il numero di massa A dell'elemento Il numero di neutroni (N) può variare in misura ridotta e differenzia gli isotopi di un elemento: atomi con medesimo numero atomico ma differente numero di massa (numero di neutroni). Ciascun isotopo di un elemento è detto nuclide

7 ISOTOPI sono elementi che hanno uguale numero atomico Z Es.: gli isotopi del Calcio hanno tutti 20 protoni nel nucleo ma il numero dei neutroni varia da 20 a 28 Z N A simbolo Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca 20 Z : numero atomico N : numero di neutroni A : numero di massa (N+Z)

8 Disintegrazioni nucleari L'emissione di una particella o da un nucleo è il risultato di una disintegrazione (o decadimento) nucleare, cioè della parziale rottura dei nucleo. La disintegrazione trasforma il nucleo in quello di di un altro elemento, figlio Quasi sempre le radiazioni e sono accompagnate da radiazioni : il nuovo nucleo è in una situazione di elevato contenuto energetico e si riassesta emettendo un fotone di una radiazioni

9 Disintegrazione Quando un nucleo emette una particella perde due unità di carica positiva e una massa equivalente a quella di quattro nucleoni. La perdita di due protoni causa una riduzione del numero atomico di due unità (Z -2)

10 Disintegrazione Quando dal nucleo di un atomo viene emessa una particella, essa priva il nucleo di una carica negativa questa perdita può essere interpretata come la trasformazione di un neutrone in un protone il numero atomico del nuclide prodotto aumenta di 1 (Z+1)

11 Altre modalità di disintegrazione Nella cattura elettronica un nucleo cattura uno dei propri elettroni e si ha la diminuzione del numero atomico di una unità (Z-1) Nell'emissione di positroni, viene emesso un positrone (carica +1), ed il numero atomico si riduce di una unità (Z-1)

12 disintegrazioni : Z -2 A –4 - : Z :Z –1- Cattura e- Z –1-

13 La stabilità dei nuclei Un grafico di Z verso N definisce la banda di stabilità, circondata dal mare di instabilità Per Z fino a 20 i nuclidi stabili possiedono uguale numero di protoni e neutroni. Per Z > 20 tutti i nuclidi conosciuti, sia stabili che instabili, possiedono più neutroni che protoni (quindi A >2Z).

14 Previsione del tipo di disintegrazione I nuclei sopra la banda di stabilità sono ricchi di neutroni e per rientrare nella banda di stabilità espellono una particella (Z+1) quelli sotto la banda di stabilità sono ricchi di protoni e per spostarsi verso la banda di stabilità –espellono un positrone (Z-1) –oppure catturando un elettrone (Z-1) i nuclidi con Z > 83 devono alleggerirsi eliminando protoni e neutroni: disintegrazioni Neri: stabili Blu: beta emittenti Rosso: alfa emittenti Rosa: positroni o cattura e-

15 Pari e dispari Numero dei nuclidi stabili per numeri pari (even) e dispari (odd) di neutroni e protoni. Quelli con numero pari sono più stabili (es: stagno, Z=50 ha 10 isotopi stabili, mentre antimonio Z=51 ne ha solo 2) Numeri magici: 2, 8, 20, 50, 82 e 126) Elementi con Z <81: Isotopi stabili + 34 isotopi instabili 81 Z 83: Isotopi stabili + 12 isotopi instabili 84 Z 92: Tutti instabili con t 1/2 <10 7 a tranne 232 Th, 235 U, 238 U, 81 Tl, 82 Pb, 83 Bi, 83 Po

16 Velocità delle disintegrazioni nucleari nucleo precursore nucleo prodotto+ radiazione: decadimento uni-molecolare Normalmente si parla di decadimento radioattivo in termini di semivita t l/2 il tempo in cui si disintegra la metà dei nuclei presenti inizialmente nel campione

17 Semivita di alcuni nuclidi

18 Famiglie radioattive Tutti gli isotopi degli elementi dal Polonio allUranio sono radioattivi. Molti di essi hanno tempi di dimezzamento corti, anche nellordine di alcune ore Domanda: se alcuni nuclidi hanno tempi di dimezzamento corti, come fanno ad esistere in natura? Non dovrebbero essere già esauriti da milioni di anni? NO, se essi sono prodotti da nuclidi con tempi di dimezzamento lunghi, che continuano a rifornire costantemente di quel determinato isotopo Esistono alcuni isotopi radioattivi con tempi di dimezzamento molto lunghi (ca 10 7 a) che garantiscono la presenza in natura di una quantità costante di tutta una serie di nuclidi con tempi di dimezzamento molto piu brevi Si definisce pertanto una serie di famiglie di decadimento

19 Serie radioattiva La disintegrazione del nucleo degli atomi pesanti (Z>83) spesso procede a tappe: radiazione alfa seguita da beta o alfa… fino a raggiungere la stabilità (spesso piombo, Z=82) Serie radioattive: Uranio 238 Pb-206 Uranio 235 Pb-207 Torio 232 Pb-208

20

21 Nucleosintesi La formazione degli elementi chimici può essere ottenuta riscaldando una sostanza fino temperature elevatissime bombardando i nuclei con particelle elementari accelerate La trasmutazione indotta da neutroni è più facile: non subisce repulsione elettrostatica dalla carica elettrica del nucleo.

22 Misura della radioattività pellicole fotografiche: l'intensità della radiazione è indicata dal grado di annerimento della pellicola sviluppata contatore Geiger Scintillatori

23 Radiazioni nucleari Schermatura

24 L'attività di una sorgente radioattiva Curie (Ci) da Marie Curie: attività di 1 g di radio-226 si verificano 3,7x disintegrazioni nucleari per secondo. Bequerel (Bq): disintegrazioni per secondo (DPS) Conte per minuto (CPM): relativa allo strumento usato ed alla fonte radioattiva

25 Unità di radiazioni Rad: quantità di radiazione depositata per Kg di tessuto umano Rem: dose efficace che tiene conto del potere distruttivo delle diverse radiazioni

26 Radioattività e temperatura Per lenorme differenza che esiste fra lenergia di legame nucleare e lenergia termica scambiata con lambiente, le energie messe in gioco nel decadimento radioattivo degli isotopi instabili non sono influenzate dalla temperatura.

27 datazione con radiocarbonio Il carbonio 14 è presente in natura e in tutti gli esseri viventi, ed ha tempo di semivita di 5730 anni. Viene costantemente immesso nell'ambiente perché prodotto da nuclei di azoto dell'atmosfera bombardati da neutroni prodotti dai raggi cosmici Negli esseri viventi il rapporto 14 C/ 12 C è circa 1/10 12

28 Difetto di massa Per entrare a fare parte di un nucleo ogni nucleone paga un contributo energetico, per pagare questo contributo lui attinge dalla sua massa, trasformandola in energia sulla base della equazione di Einstein E=mc 2 c=2.998X10 8 m s -1 Regione di massima stabilità Curva di energia di legame per nucleone Fusione Fissione

29 Fissione nucleare La trasformazione di fissione nucleare dovrebbe essere spontanea, perché è accompagnata da un enorme guadagno energetico Vi è pero una barriera di potenziale che impedisce una reazione di fissione e fa si che, spontaneamente, gli isotopi stabili subiscano il processo di decadimento, molto meno vantaggioso in termini energetici

30 Reazioni a catena U+ n Kr Ba +3n Sr Xe +2n Reazione a catena

31 Reazioni a catena Lisotopo naturale più abbondante dellUranio è 238 U che NON è fissile La fissione nucleare, nellUranio nella sua composizione isotopica naturale non avviene spontaneamente perché si tratta di una reazione SPORADICA, ed i neutroni che vengono liberati sono dispersi e NON vanno a colpire altri nuclidi fissili E dunque necessario arricchire lUranio rispetto alla sua composizione isotopica naturale, ovvero mettere a punto un procedimento per ottenere quantità di 235 U separato dagli altri isotopi

32 Reazioni a catena Tuttavia anche piccole quantitò 235 U NON provocano la reazione a catena, perché i neutroni sono dispersi verso lesterno E dunque necessario avere una massa minima, definita MASSA CRITICA, affinché il numero di neutroni generati dalla fissione che incontra un altro nuclide fissile sia maggiore del numero di neutroni che viene dispersi verso lesterno LA velocità della reazione a catena puo essere controllata se si inseriscono, allinterno del materiale fissile, della barre di grafite, sostanza capace di assorbire neutroni e quindi capace di rallentare ed, al limite, interrompere, il processo della reazione a catena

33 Energia nucleare Fissione nucleare: cioè la rottura di un nucleo in due nuclei più piccoli di massa simile. Fusione nucleare: costringere nuclei di H a fondersi tra loro per formare nuclei di He o Li.

34 Radioisotopi in biologia e medicina Sono usati come traccianti o come fonti di energia distruttiva (radioterapia) Devono avere semivita di giorni o mesi Non devono accumularsi nellorganismo Si devono trasformare in isotopi stabili Es. Fosforo 32 (beta, 14 d), Zolfo 35 (Beta, 88 d), Iodio 125 (beta, 60 d), Trizio H 3, C 14.

35 Conclusioni La stabilità dei nuclei sta in una fascia molto ristretta. Quelli instabili emettono alfa (se pesanti), beta e gamma con decadimenti monomolecolari. Le radiazioni sono molto energetiche e dannose Lattività è misurata in Bq


Scaricare ppt "Chimica nucleare Radiazioni alfa, beta, gamma Decadimento radioattivo Stabilità nucleare Misura della radioattività"

Presentazioni simili


Annunci Google