Università degli studi di Torino Corso SIS AA

Presentazione sul tema: "Università degli studi di Torino Corso SIS AA"— Transcript della presentazione:

1 Università degli studi di Torino Corso SIS AA 2003-2004
Laboratorio di Fisica Nucleare prof. Maina Specializzanda: Sandra Bramardi  Studio di isotopi nella variazione climatica e datazione di core di sedimento La scelta didattica che intendo seguire consente di trattare due temi inerenti la fisica nucleare analizzando in dettaglio una applicazione pratica attraverso la quale i ragazzi possono toccare con mano l’importanza dei concetti studiati e analizzarli in maniera approfondita. lo studio degli isotopi il fenomeno della radioattività naturale  

2 Prerequisiti richiesti
Ø      Saper leggere a grandi linee la tavola periodica degli elementi Ø      Conoscere la differenza tra atomi e molecole Ø      Conoscere alcuni elementi chimici composti, come l’acqua Ø      Conoscere alcune semplici trasformazioni chimiche Ø      Saper leggere un grafico o costruirne uno in base all’andamento di una determinata funzione Ø      Conoscenze statistiche di base, in particolare sapere calcolare un fit lineare Obiettivi didattici Ø      Conoscere i componenti del nucleo Ø      Conoscere il significato fisico di N, Z, A Ø      Conoscere il significato fisico di isotopo Ø      Saper valutare la presenza in natura di alcuni isotopi e capire le cause Ø      Studiare particolari problematiche fisiche sfruttando il frazionamento isotopico Ø      Conoscere le leggi fisiche legate alla radioattività naturale Ø      Conoscere le caratteristiche delle particelle alfa e beta Ø      Saper analizzare la catena radioattiva dell’uranio e analizzare in dettaglio alcuni dei decadimenti intermedi, in base a esigenze sperimentali Ø      Capire il fenomeno del decadimento radioattivo legato alla datazione di core di sedimento Ø      Interpretare fisicamente la tavola periodica degli elementi

3 NUCLEI PARTICELLE COMPOSTE PARTICELLE ELEMENTARI atomo nucleo elettrone nucleoni neutrone protone quark N=A-Z A=N+Z Z ISOTOPI Idrogeno deuterio trizio due nuclei aventi lo stesso valore di Z e diversi valori di A, cioè costituiti dello stesso numero di protoni ma da un numero diverso di neutroni

4 FRAZIONAMENTO ISOTOPICO
E’ il rapporto tra due isotopi di un elemento, di cui uno è il più abbondante in natura. Per l’OSSIGENO si ha: Dipende dalla temperatura Per il CARBONIO si ha: Dipende dalla produttività biologica (biomassa) e dall’insolazione a terra

5 SPETTROMETRO DI MASSA I campioni opportunamente controllati e trattati vengono inseriti nello spettrometro di massa per la misura del frazionamento isotopico. MISURA CON LO SPETTROMETRO DI MASSA: trasformazione del CaCO3 in fase gassosa (CO2) purificazione del gas separazione isotopica del gas CORREZIONE RISPETTO AGLI STANDARD DEI VALORI OTTENUTI

6 SPETTROMETRO DI MASSA I carbonati cadendo nell’acido generano la seguente reazione chimica: CaCO3 + H3PO4 = CO2 + H2O + ... Il sistema agisce in condizione di vuoto spinto Il fascio viene deflesso dal campo magnetico Il campione cade nell’acido fosforico iperpuro Il trattamento termico a -90°C congela l’acqua I due gas sono connessi alla ion source tramite sottili capillari e l’uguale pressione permette di avere identici bersagli all’interno dello ion source. Nella ion source la CO2 pura viene ionizzata a CO2+.

7 SPETTROMETRO DI MASSA il fascio viene deflesso e separato nelle componenti isotopiche principali: 44(12C16O16O) 45(13C16O16O) 46(12C16O18O) il rapporto 46/44 e 45/44, riferiti allo standard, forniscono il valore di d18O e d13C del campione

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9 — onda di 200 anni ricostruita dalle anomalie di temperatura globale (Mann, Bradley e Hughes, 1998) — onda ricostruita (componenti 1,2) dei 200 anni della serie di d18O nei Globigerinoides ruber Le due onde sono in fase.

10 Confronto tra i valori di δ13C del core GT90-3 e il numero annuo di giorni con pioggia > di 2 mm sulla piattaforma di Gallipoli (dati storici dalla stazione meteorologica di Lecce). Formula sperimentale di Spero (1993) tra illuminamento in vitro e d13C: Dd13C = 0.02 x 12 W/m2 = 0.24‰

11 RADIOATTIVITÀ NATURALE
La radioattività consiste nel fatto che i nuclei di alcuni elementi con Z>80 emettono, a un certo istante, un corpuscolo, trasformandosi spontaneamente nel nucleo di un altro elemento. particelle alfa, cioè nuclei di atomi di elio particelle beta, cioè elettroni T1/2 = periodo di dimezzamento N N0 N0/2 T1/2

12 Gli elementi radioattivi che si osservano in natura (come il radio, il radon, ecc.) fanno parte di tre famiglie radioattive, che sono indicate con i nomi dei loro capostipiti: Ø      famiglia dell’uranio (U) Ø      famiglia del torio (Th) Ø      famiglia dell’attinio (Ac) L’ultimo componente di ciascuna famiglia è un isotopo stabile dell’elemento piombo (Pb, Z=82). b a 210Pb T1/2 = 22.3 y

13 DATAZIONE DEI CORE I sedimenti marini sono datati attraverso il
METODO RADIOMETRICO: metodo del 210Pb e del 137Cs consente la datazione su 200 anni circa trovando il rateo di sedimentazione. La presenza del 210Pb nei sedimenti di recente estrazione ha due sorgenti principali: a)    fall out dall’atmosfera: il 210Pb prodotto dal decadimento del 222Rn emanato in atmosfera si deposita nel sedimento b)   decadimento in situ del 226Ra l’attività è valutata con la misura del b di alta energia del figlio 210Bi (T1/2 = d) in equilibrio secolare, con rivelatore b a basso fondo

14 DATAZIONE DEI CORE rateo di sedimentazione: s = 0.064 cm/y
Per profondità superiori a cm l’attività risulta praticamente costante e corrisponde all’attività del 210Pb supportata in situ dal 226Ra Misura dell’attività del 210Pb nel core GT 14 in funzione della profondità del sedimento. Le linee tratteggiate e continue indicano l’attività totale e quella in eccesso; la linea tratto-punto è il fit dell’attività in eccesso. Nell’angolo inferiore sinistro viene riportata l’attività del 137Cs (Bonino el al., 1993). rateo di sedimentazione: s = cm/y con precisione di ~ 5%