1. Il nucleo. La radioattività La fisica nucleare 1. Il nucleo. La radioattività

N1.1 Il nucleo Il nucleo è composto da protoni e neutroni (detti nucleoni) Numero atomico, Z = numero di protoni (o elettroni) Numero di massa, A = numero di nucleoni (protoni + neutroni) Isotopi: atomi aventi stesso numero atomico, Z (quindi stesse proprietà chimiche), ma diverso numero di massa, A. Differiscono per il numero di neutroni ed hanno diverse proprietà nucleari. Es.: C12, C13, C14 (radioattivo, datazione reperti) Dimensioni del nucleo ≈ 10-14 cm

N1.2 Energia di legame dei nuclei La massa di un nucleo è sempre minore della somma delle masse delle particelle che lo costituiscono (difetto di massa). Tale differenza di massa è l’energia di legame (ΔE = Δm c2), che viene liberata nelle reazioni nucleari (fissione, fusione) L’energia di legame per nucleone: aumenta per nuclei leggeri (A ≤ 20) rimane costante (8 MeV) per 20< A< 80 diminuisce all’aumentare di A per l’aumentare della repulsione coulombiana tra i protoni (A > 80)

N1.3 Radioattività naturale Negli elementi radioattivi (Z > 82) la repulsione coulombiana tra i protoni del nucleo supera la forza forte che tiene uniti i nucleoni e il nucleo emette spontaneamente delle particelle liberando energia. Decadimento α: il nucleo emette nuclei di elio (2He4) carichi positivamente Decadimento β: il nucleo emette elettroni negativi Decadimento γ: il nucleo emette raggi γ (si accompagna a decadimenti α e β) Esempio (decadimento α) 92U235 → 90Th231 + 2He4 + 4,68 MeV Un elemento radioattivo si trasforma via via in altri fino a diventare un elemento stabile (serie radioattiva)

N1.3 Legge decadimento radioattivo Relazione che esprime l’attività di una sostanza radioattiva in funzione del tempo: Il numero di atomi non decaduti all’istante t, Nt, è proporzionale al numero iniziale di atomi, N0, e al tempo trascorso t  = costante di decadimento (caratteristica dell’elemento) diminuisce esponenzialmente Tempo di dimezzamento: intervallo di tempo dopo il quale metà degli atomi originari N0 è decaduta Esempio. Per U238, T = 4,5 x 109 anni; per C14, T = 5730 anni