A 2 Z A 2 Z. PROTONI: carica +e, massa 1840 m e NEUTRONI: carica nulla, massa 1842 m e

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "A 2 Z A 2 Z. PROTONI: carica +e, massa 1840 m e NEUTRONI: carica nulla, massa 1842 m e"

Gennaro Rosi
7 anni fa
Visualizzazioni

1 PROTONI: carica +e, massa 1840 m e NEUTRONI: carica nulla, massa 184 m e Z = numero atomico = numero dei protoni (elettroni) proprietà chimiche A = numero di massa = numero dei protoni + neutroni massa stabilità Atomi con stesso Z ma diverso A sono detti isotopi A Z A Z A Z INTERAZIONE NUCLEARE FORTE: tiene insieme Protoni e Neutroni più Neutroni, più stabilità INTERAZIONE ELETTROMAGNETICA: respinge Protoni adiacenti più Protoni, meno stabilità Per Z>16 il numero dei Neutroni cresce per compensare l aumento deli interazione elettromagnetica Per Z>8, non ci riesce più e i nuclei diventano instabili Per Z>103, non esistono elementi conosciuti!"## $ %

2 & ' ( 1896: Antoine Becquerel: l Uranio emette radiazioni. 1898: Marie e Pierre Curie: anche il Torio e due nuovi elementi, il Polonio e il Radio, emettono radiazioni. 1899: Ernest Rutherford: i composti dell Uranio producono tre diversi tipi di radiazioni, che hanno diversa interazione con un campo magnetico e diversa lunghezza di penetrazione nella materia.!"## $ )

3 ALFA BETA GAMMA trasmutazione trasmutazione riarrangiamento!"## $ *

4 & ' ( & radioisotopi caratterizzati da periodi di dimezzamento lunghissimi come l uranio 38 (4,5 miliardi di anni) o il potassio 40 (1,3 miliardi di anni) hanno vissuto appena qualche periodo di dimezzamento dalla creazione della TerraPERIODO DI DIMEZZAMENTO radioisotopi prodotti di decadimento dei precedenti (ad es. il radio 6 prodotto dalla disintegrazione dell uranio) sono continuamente rigeneratifamiglie RADIOATTIVE radioisotopi prodotti incessantemente dai raggi cosmici che bombardano la nostra atmosfera (come il carbonio 14)RADIODATAZIONE!"## $

5 +&,, Il decadimento radioattivo del singolo atomo è un PROCESSO CASUALE: non si può prevedere quando avverrà. Dato un SOLIDO RADIOATTIVO, si può prevedere dopo quanto tempo la META degli atomi che lo compongono saranno decaduti. Ogni elemento radioattivo ha un caratteristico: TEMPO DI DIMEZZAMENTO T. -./" ".00.$/ 1-#/$" "#".$/ -./" 3." / - λ - 1 τ 0 0 ; λ τ ln Per tutti quei materiali radioattivi che vengono usati in medicina (radioterapia) è importante conoscere anche il Tempo di Dimezzamento Biologico T bio, ovvero il tempo dopo il quale il corpo umano ha spontaneamente smaltito la metà dell isotopo radioattivo immesso al suo interno. 1!"## $ 1 1

6 4& ' In natura esistono tre famiglie radioattive nelle quali si verifica la generazione di elementi radioattivi in seguito ai decadimenti alfa e beta di altri elementi radioattivi, e questo per un certo numero di generazioni fino a giungere finalmente a un nucleo stabile. Queste famiglie radioattive sono indicate con il nome dei loro capostipiti: la famiglia dell uranio (U) del torio (Th) e la famiglia dell attinio (Ac). La famiglia dell uranio parte dall uranio 38, comprende 14 elementi, e termina con il piombo 06; La famiglia del torio, che inizia con il torio 3, comprende 13 nuclidi e termina con il piombo 08; La famiglia dell attinio, che inizia con l uranio 35, comprende 17 elementi e termina con il piombo 07.!"## $

7 Il carbonio 14 (6 protoni + 8 neutroni) è un isotopo radioattivo (T 5% $$ 6 del carbonio, scoperto nel 1940 da Martin Kamen e Sam Ruben, presente sulla Terra in un abbondanza relativa di 1 parte su E creato dall interazione tra i raggi cosmici e l azoto gassoso presente nella troposfera e nella stratosfera: l azoto ingloba neutroni termici e diventa carbonio 14 espellendo un protone (1). Il carbonio-14 così prodotto reagisce con l'ossigeno a dare anidride carbonica 14 CO che viene riutilizzata dalle piante durante la fotosintesi. In questo modo il carbonio-14 si trasferisce nei composti organici e attraverso la rete alimentare è presente ovunque secondo un preciso rapporto (abbondanza isotopica). Alla morte dell essere vivente, il carbonio 14 smette di accumularsi e comincia a decrescere monotonicamente a causa del suo naturale decadimento (). In epoche recenti, cause antropiche (massiccio uso di combustibili fossili, bombe ad idrogeno) hanno alterato tale andamento. La radiodatazione con il carbonio 14 non può spingersi oltre i anni. &,!"## $ 7

8 &, Radiodatazioni più antiche, come quelle necessarie in geocronologia, vengono effettuate misurando il rapporto 1 isotopico tra coppie di elementi padre e elementi figlio caratterizzate da tempi di decadimento confrontabili con la ln(1 ) datazione che si vuole ottenere. λ!"## $ 8

9 &,,, Che fine fanno le particelle/fotoni emessi nei decadimenti radioattivi? 1) Viaggiano attraverso la materia con il loro carico energetico Radiazioni Ionizzanti ) Possono essere controllate e usate fini terapeutici e diagnostici ioni positivi (particelle alfa) elettroni e positroni raggi gamma neutroni penetra azione +$0 /$ $ 8.. 8#...!"## $ 5

10 +'-&,,, CALCOLO DELL ENERGIA PERSA NELL URTO La lunghezza di penetrazione delle particelle alfa è direttamente proporzionale alla loro energia e inversamente proporzionale alla densità del mezzo che attraversano: una particella alfa di 5 MeV pu percorrere 4 cm in aria ma non può attraversare un foglio di carta. Attraversando la materia la particella alfa urta gli atomi cedendo ogni volta energia, ma senza variare significativamente la sua traiettoria Quando arriva a 1 MeV, la particella alfa acquista due elettroni e diventa un atomo di Elio. Per l elettrone estratto, V e prima dell urto << di V e dopo l urto la quantità di moto trasferita dallo ione all elettrone è F9:. ;V e V e ). V e l energia trasferita è circa ½. (F96 V e Poichè la forza elettrica F q, carica dello ione, e la durata della collisione 9 1/v velocità dello ione la quantità di moto trasferita F9 q/v l energia trasferita (F96 q / v - - Più lo ione è grande, più energia perde nel singolo urto, meno penetra!"## $ <

11 &+&-&,,, - - La lunghezza di penetrazione di un elettrone o di un positrone è molto più alta di quella delle particelle alfa, perchè hanno massa 1000 volte più piccola. Analogamente alle particelle alfa, elettroni e positroni attraversando la materia urtano gli atomi cedendo ogni volta energia, e variando significativamente la loro traiettoria Quando un elettrone e un positrone si incontrano, e la loro velocità è sufficientemente bassa, si annichilano emettendo fotoni gamma.!"## $ %

12 & 444 -&,,, I Raggi Gamma non ionizzano direttamente la materia ma vengono assorbiti dagli elettroni trasformandoli in agenti ionizzanti PRINCIPALI MODALITA DI ASSORBIMENTO Effetto fotoelettrico (E < 1 MeV): elettrone delle shell interne di un atomo assorbe completamente il fotone e viene emesso. Effetto Compton (E 1 MeV): diffusione elettrone-fotone in cui il fotone cede parte della sua energia all elettrone, che viene poi emesso dall atomo, e continua il suo percorso nella materia. Produzione di coppie elettrone-positrone (E > 1 MeV): si verifica in prossimità di un nucleo quando il fotone ha un energia maggiore dell energia totale di massa delle due particelle (m e c = 1.0 MeV) Più il fotone è energetica, più è difficile che venga assorbito diventa più penetrante, ovvero più duro!"## $ )

13 &-&,,, I neutroni interagiscono solo con i nuclei atomici, più difficili da incontrare degli elettroni massima penetrazione PRINCIPALI MODALITA DI PERDITA DI ENERGIA Scattering nucelare: il neutrone viene diffuso dai nuclei atomici con cui colllide, perdendo parte della sua energia nell urto. Reazioni nucleari: il neutrone viene assorbito dal nucleo con cui collide, inducendo una reazione nucleare. Assorbimento (E < 1 ev): il neutrone viene assorbito dal nucleo con cui collide, emettendo un raggio gamma.!"## $ *

Documenti analoghi

La Radioattività. da:ispra istituto superiore per la ricerca e protezione ambientale

La Radioattività. da:ispra istituto superiore per la ricerca e protezione ambientale La Radioattività da:ispra istituto superiore per la ricerca e protezione ambientale Isotopi: Nuclei diversi del medesimo elemento chimico Vi sono elementi con atomi che, a parità di numero di protoni,