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1 LABORATORIO DI FISICA NUCLEARE IL NUCLEO. 2 LA STRUTTURA DEL MODULO PREREQUISITI Elettromagnetismo: forza di Coulomb, moto di cariche in campo elettrico.

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1 1 LABORATORIO DI FISICA NUCLEARE IL NUCLEO

2 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 1. richiami sulle dimensioni ed i componenti del nucleo 2. lenergia di legame e le caratteristiche della forza nucleare forte 3. (i processi di decadimento) 4. fissione nucleare: reazioni a catena e fisica del reattore 5. (fusione nucleare)

3 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 4 UN MODELLO SFERICO: LA GOCCIA La massa è proporzionale ad A: M(A) 930 · A [MeV/c 2 ] Se la densit à della materia nucleare è indipendente da A allora il volume, come la massa, è proporzionale ad A: il raggio della sfera è R=r o A 1/3 con r o =1,5 · m=1,5 fm E la densit à =M/V 1,4 · kg/m 3

5 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 6 LENERGIA DI LEGAME Il difetto di massa M(A,Z)=Z m p + (A-Z) m n – m d, l energia di legame del nucleo B= m d c 2 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 7 ESEMPI DI ENERGIA DI LEGAME C-12: M(12,6) = MeV/c 2 m d = 6m p +6m n –M(12,6) = 92 MeV/c 2 L =B/A=7,67 MeV Al-27: M(27,13) = MeV/c 2 m d = 13m p +14m n – M(27,13) = MeV/c 2 L = B/A=8,5 MeV Ca-40: M(40,20) = MeV/c 2 m d = 20m p +20m n – M(40,20) = MeV/c 2 L = B/A=8,55 MeV

8 8 LANDAMENTO DELLENERGIA DI LEGAME In prima approssimazione lenergia di legame media per nucleone è stabile tra 8 e 8,8 MeV La saturazione dei legami nucleari: ogni nucleone interagisce solo con quelli pi ù vicini i nucleoni esterni contribuiscono meno all energia di legame perch é non saturano i legami nucleari Figura 1. Landamento dellenergia di legame per nucleone in funzione di A

9 9 IL PROBLEMA DELLA STABILITA La stabilit à 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 perch é comporterebbero masse troppo grandi neutrone protone

10 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


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