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Un po' di fisica nucleare: La radioattività. Cosa pensate vedendo.. =

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Presentazione sul tema: "Un po' di fisica nucleare: La radioattività. Cosa pensate vedendo.. ="— Transcript della presentazione:

1 Un po' di fisica nucleare: La radioattività

2 Cosa pensate vedendo.. =

3 Il sincrotrone del Centro Nazionale di Adroterapia =

4 La radioattività La radioattività è il fenomeno per cui alcuni nuclei si trasformano in altri emettendo particelle. La radioattività non è stata inventata dall'uomo, ma è un fenomeno naturale, presente ovunque: nelle Stelle, nella Terra e nei nostri stessi corpi. Il nucleo dellatomo è composto da protoni (carica elettrica positiva,+) e da neutroni (carica nulla). L'atomo è elettricamente neutro: il nucleo è circondato da elettroni (carica -), uguali in numero ai protoni presenti nel nucleo.

5 La struttura dellatomo è la stessa per tutti gli elementi chimici che conosciamo. Quello che cambia da un elemento allaltro è il numero dei protoni e dei neutroni che latomo contiene. Il numero totale di protoni nel nucleo viene chiamatonumero atomico e si indica con la lettera Z. L'elemento chimico con 8 protoni è l'ossigeno (O), quello con 26 p è il ferro, quello con 79 p è l'oro, quello con 92 p è l'uranio... Poiché in un nucleo di una data specie possono essere presenti anche N neutroni, la somma A=N+Z viene chiamata numero di massa. I nuclei con lo stesso valore di Z ma diverso valore di A (ossia, con un numero diverso di neutroni) vengono chiamati isotopi. La radioattività: isotopi

6 La radioattività: i decadimenti Gli isotopi presenti in natura sono quasi tutti stabili. Tuttavia, alcuni isotopi naturali, e quasi tutti gli isotopi artificiali, sono instabili, a causa di un eccesso di protoni e/o di neutroni. Tale instabilità provoca la trasformazione spontanea in altri isotopi accompagnata dall'emissione di particelle. Questi isotopi sono detti isotopi radioattivi. La trasformazione di un nucleo radioattivo porta alla produzione di un altro nucleo, che può essere anch'esso radioattivo oppure stabile. Essa è chiamata decadimento radioattivo.

7 La radioattività: la vita media Il tempo medio che occorre aspettare (che può essere estremamente breve o estremamente lungo) viene detto vita media del radioisotopo e può variare da frazioni di secondo a miliardi di anni.

8 Radiazioni alfa, beta e gamma Esistono tre diversi tipi di decadimenti radioattivi, che si differenziano dal tipo di particella emessa a seguito del decadimento. Le particelle emesse vengono indicate col nome generico di radiazioni. alfa beta gamma

9 La radioattività – Decadimento In seguito ad un decadimento alfa, il nucleo (Z,A) emette una particella (= un nucleo di elio = 2 protoni+ 2 neutroni) e si trasforma in un nucleo diverso, con numero atomico (Z - 2) e numero di massa (A – 4). Le radiazioni sono poco penetranti e possono essere completamente bloccate da un semplice foglio di carta Le radiazioni sono poco penetranti e possono essere completamente bloccate da un semplice foglio di carta

10 La radioattività – Decadimento Decadimento : Il nucleo emette un e - e un antineutrino e si trasforma in un nucleo con carica (Z+1), ma stesso numero di massa A. Le radiazioni beta sono più penetranti di quelle, ma sono bloccate da piccoli spessori di materiali metallici

11 La radioattività – Decadimento Decadimento : Il nucleo non si trasforma ma passa in uno stato di energia inferiore ed emette un fotone; la radiazione gamma accompagna spesso quella o. Al contrario delle radiazioni e, le radiazioni sono molto penetranti, e per bloccarle occorrono materiali ad elevata densità come il piombo. Utilizzo: terapie oncologiche

12 Legge del decadimento radioattivo Il decadimento radioattivo avviene con la legge statistica:N = numero di atomi presenti al tempo t; = costante di decadimento: probabilita che ogni singolo nucleo ha di decadere nellunita di tempo. dN /dt = - N La legge del decadimento radioattivo: N 0 = numero di nuclidi presenti allistante t=0 N(t) = N 0 e - t

13 tempo di dimezzamento Un parametro molto importante e il tempo di dimezzamento: il tempo dopo il quale il numero iniziale di nuclei radioattivi e diventato la meta: T 1/2 = ln2/ L attivita di una sorgente radioattiva e definita come il numero di decadimenti nellunità di tempo. Essa si misura in Bequerel (Bq) che equivale ad un decadimento al secondo.

14 Approssimazione utile Se il tempo di misura e molto piccolo in rapporto con T 1/2, il numero di decadimenti è:

15 LAMERICIO 241 Pu T 1/2 =13 anni decad. T 1/2 =433 anni decad. Np Viene considerato stabile Perche ha un tempo di dimezzamento di 2, anni.

16 Come vediamo le particelle??? Esistono diversi tipi di rivelatori di particelle che sfruttano diversi meccanismi: alcuni sono elettronici (sfruttano un segnale elettrico indotto dalla particella), altri memorizzano la sua traccia, ecc. Oggi qui useremo un particolare tipo di rivelatore: il CR39, un rivelatore nucleare a tracce.

17 Come funziona? S GeV/nucleone

18 Tantissime applicazioni Raggi cosmici Monopoli magnetici, nucleariti… Studio delle reazioni nucleari Dosimetria delle radiazioni Misure ambientali (radon) …

19 Composizione dei raggi cosmici: in pallone o satelliti Un esempio: lesperimento CAKE

20 Esperimento CAKE : ~ 2 m 2 sr per nuclei di Fe

21 Monopoli magnetici Matteria strana di quark Q-balls… Esperimento in alta quota per:

22 Laboratorio di Chacaltaya, Bolivia 5230 m a.s.l

23 Lesperimento Area totale ~ 440 m 2 Un modulo (24 24 cm 2 ) Absorber Nuclear track detectors

24 MACRO: Esperimento sotto terra (LNGS)

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27 CR39 -50% -20% Efficienza della misura = 30%


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