LABORATORIO DI FISICA NUCLEARE

Presentazione sul tema: "LABORATORIO DI FISICA NUCLEARE"— Transcript della presentazione:

1 LABORATORIO DI FISICA NUCLEARE
IL NUCLEO

2 LA STRUTTURA DEL MODULO
PREREQUISITI Elettromagnetismo: forza di Coulomb, moto di cariche in campo elettrico e magnetico Dinamica degli urti elastici ed anelastici Energia di legame e buche di potenziale Fisica moderna: equivalenza tra massa ed energia, struttura atomica, spin e principio di esclusione ARTICOLAZIONE DELLE UNITA’ DIDATTICHE richiami sulle dimensioni ed i componenti del nucleo l’energia di legame e le caratteristiche della forza nucleare forte (i processi di decadimento) fissione nucleare: reazioni a catena e fisica del reattore (fusione nucleare)

3 RICHIAMI SULLE DIMENSIONI E LE COMPONENTI DEL NUCLEO
Rutherford e le dimensioni del nucleo Lo spettro di massa di un elemento: isotopi e le particelle subnucleari Un modello nucleare sferico

4 UN MODELLO SFERICO: LA GOCCIA
La massa è proporzionale ad A: M(A)930·A [MeV/c2] Se la densità della materia nucleare è indipendente da A allora il volume, come la massa, è proporzionale ad A: il raggio della sfera è R=roA1/3 con ro=1,5·10-15 m=1,5 fm E la densità =M/V 1,4 ·1017 kg/m3

5 IL MODELLO A GOCCIA Equilibrio dinamico tra Repulsione coulombiana
Tensione superficiale I due termini aumentano in modo diverso con Z: Per Z=80 si equivalgono, per Z>92 (U) non esistono nuclei stabili

6 M(A,Z)=Zmp + (A-Z)mn –md,
L’ENERGIA DI LEGAME Il difetto di massa M(A,Z)=Zmp + (A-Z)mn –md, l’energia di legame del nucleo B=md c2 l’energia di legame media per nucleone =B/A. Il difetto di massa nei legami chimici è del tutto trascurabile (pochi eV rispetto a migliaia di MeV)

7 ESEMPI DI ENERGIA DI LEGAME
C-12: M(12,6) = MeV/c2 md = 6mp +6mn –M(12,6) = 92 MeV/c2 L=B/A=7,67 MeV Al-27: M(27,13) = MeV/c2 md = 13mp +14mn – M(27,13) = MeV/c2 L= B/A=8,5 MeV Ca-40: M(40,20) = MeV/c2 md = 20mp +20mn – M(40,20) = MeV/c2 L= B/A=8,55 MeV

8 L’ANDAMENTO DELL’ENERGIA DI LEGAME
In prima approssimazione l’energia di legame media per nucleone è stabile tra 8 e 8,8 MeV La saturazione dei legami nucleari: ogni nucleone interagisce solo con quelli più vicini i nucleoni esterni contribuiscono meno all’energia di legame perché non saturano i legami nucleari Figura 1. L’andamento dell’energia di legame per nucleone in funzione di A

9 IL PROBLEMA DELLA STABILITA’
La stabilità dei nuclei è compromessa per Z>92 a causa della repulsione coulombiana. Potrebbero esistere nuclei pesanti, con A molto alto, ma Z<92: quindi fatti con tanti neutroni e pochi protoni che si respingono? Configurazioni di questo tipo sono sfavorite energeticamente perché comporterebbero masse troppo grandi neutrone protone

10 UN ECCESSO NEUTRONICO ESISTE…
La rappresentazione dei nuclei stabili nel piano N-Z evidenzia un eccesso neutronico nei nuclei pesanti per compensare la repulsione coulombiana