Fisica nucleare. 3.1 Il nucleo dell atomo. 24 3La Fisica moderna

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1 24 3La Fisica moderna Fisica nucleare Per affrontare l Unità devi sapere Il modello elementare della struttura atomica Le caratteristiche della luce come onda Il significato dell equivalenza tra massa ed energia nucleo elettrone Figura 1 Rappresentazione di un atomo con i suoi componenti principali: il nucleo al centro e gli elettroni che orbitano attorno. NUCLEONI 3.1 Il nucleo dell atomo Un atomo è formato da una parte centrale detta nucleo e da particelle cariche negativamente che orbitano attorno al nucleo (fig. 1). L atomo è innanzitutto fatto di vuoto. Se il nucleo venisse ingrandito sino alle dimensioni di un arancia, il primo elettrone lo incontreremmo dopo alcune centinaia di metri! Quasi tutta la massa dell atomo è concentrata nel nucleo, che è formato da due tipi di particelle, i protoni e i neutroni, che insieme sono chiamati nucleoni. Protoni: hanno carica positiva e massa pari a 1, kg. Neutroni: sono neutri e hanno massa pari a 1, kg. NUMERO ATOMICO Il numero atomico (Z) individua il numero di protoni e caratterizza chimicamente l elemento. NUMERO DI MASSA Il numero di massa (A) indica il numero complessivo di protoni e neutroni, cioè dei nucleoni. Per sintetizzare queste informazioni, accanto al simbolo dell atomo della sostanza, si può scrivere il numero atomico Z in basso a destra e il numero di massa A in alto a destra. Esemplificando, l atomo di ossigeno (simbolo O) che ha 8 protoni e 16 nucleoni (fig. 2) viene indicato così: protone neutrone Figura 2 Il nucleo dell atomo di ossigeno è formato da 16 nucleoni: 8 protoni e 8 neutroni. O 8 16 Che cosa può rappresentare secondo te il numero N = A Z? È facile intuire che N (nel caso dell ossigeno, N = 16 8 = 8) è il numero dei neutroni. Esiste, tuttavia, una variante dell ossigeno: O 8 17

2 Fisica nucleare 25 Questo atomo, pur presentando le stesse caratteristiche chimiche, cioè Z = 8, ha 17 nucleoni, quindi 17 8 = 9 neutroni, vale a dire 1 in più dell ossigeno nella forma consueta e, perciò, una massa maggiore. Si tratta di un isotopo dell ossigeno. Gli atomi i cui nuclei presentano il medesimo numero di protoni (Z), ma un diverso numero di neutroni, sono detti isotopi dell elemento di numero atomico Z. ISOTOPI 3.2 Le forze nucleari Se i protoni (Z) del nucleo, tutti con carica elettrica positiva, interagissero seguendo semplicemente la legge di Coulomb, che cosa accadrebbe? Dato che le cariche dei protoni hanno lo stesso segno, per cui si respingono, il nucleo dovrebbe disintegrarsi. Ciononostante, la materia esiste e resta unita. Secondo l interpretazione che risale al 1935 e dovuta allo scienziato giapponese Yukawa, quando i nucleoni si trovano molto vicini (come accade nel nucleo, dove le distanze sono dell ordine di m), agisce la forza nucleare forte, la quale ha un intensità molte volte superiore alla forza elettromagnetica (che costringe gli elettroni negativi a orbitare attorno al nucleo positivo). La forza nucleare forte è la forza che tiene uniti i nucleoni nel nucleo dell atomo. Per controllare di aver capito, tenendo conto che H è il simbolo dell idrogeno, prova a spiegare la differenza tra vari i isotopi. 1 2 Per esempio: H 1 e H 1. Il primo atomo di idrogeno ha un solo nucleone (A = 1), che evidentemente coincide con l unico protone presente (Z = 1); il secondo, a sua volta, ha nel nucleo N = 2 1 = 1 neutrone. FORZA NUCLEARE FORTE Man mano che i nucleoni si allontanano, questa forza, che è attrattiva ma ha un cortissimo raggio d azione, diminuisce rapidamente, per cui tra i protoni finisce per prevalere l effetto repulsivo della forza elettromagnetica (fig. 3). F forza elettromagnetica repulsiva forza nucleare forte attrattiva r ( m) Figura 3 Andamento qualitativo della forza nucleare forte e di quella elettromagnetica tra due protoni; come si vede, per valori intorno a m, prevale l attrazione dovuta alla forza nucleare forte. Modificando la struttura del nucleo, possono accadere due tipi di evento: 1. si modifica il numero dei nucleoni, e in particolare dei protoni, per cui cambiano le caratteristiche dell elemento; 2. si liberano grandi quantità di energia, in quanto le forze in gioco sono molto intense.

3 26 La Fisica moderna 3.3 La radioattività naturale Lo sai che un antico desiderio dell umanità era quello di trasformare un materiale qualsiasi in oro? Tutti gli alchimisti sognavano di riuscirci Dopo numerosi tentativi miseramente falliti, grazie alla scienza abbiamo capito che per realizzare una metamorfosi del genere occorrerebbe agire proprio sul nucleo, modificandone il numero atomico. In natura vi è un fenomeno, detto radioattività naturale, in seguito al quale il nucleo di determinati elementi chimici, che hanno la caratteristica di non essere stabili, decade emettendo particelle e rilasciando energia. RADIOATTIVITÀ NATURALE La radioattività naturale è un processo in seguito al quale una sostanza spontaneamente si trasforma in un altra sostanza tramite l emissione da parte del suo nucleo di alcune particelle. Si parla in tal caso anche di decadimento radioattivo. Le modalità con le quali può avvenire il decadimento radioattivo di un elemento sono due: emissione di una particella a («alfa») o di una particella b («beta»). Le particelle a sono formate da 4 nucleoni (2 protoni e 2 neutroni). In questo tipo di decadimento il numero atomico diminuisce di 2, mentre il numero di massa scende di 4. Un esempio è dato da un isotopo dell uranio (U) il quale, emettendo una particella α, porta Z da 92 a 90 e A da 238 a 234, trasformandosi così in torio (Th) (fig. 4): U Th α 4 2 energia Se si confronta con accuratezza la massa iniziale del U 238 Th 234 α nucleo con la massa delle particelle risultanti, ci si accorge che ne manca una piccola parte. Essa compare sotto decadimento α forma di energia cinetica dei prodotti finali (torio e particella α) secondo la nota equazione relativistica E = m c 2 (vedi Unità 1). Al termine del processo il nuovo nucleo uranio torio particella α spesso si assesta tramite l emissione di fotoni, che sono Figura 4 Rappresentazione del decadimento α. all origine della radiazione γ. Le particelle b sono elettroni. Ma, considerato che nel nucleo non vi sono elettroni, da dove provengono? Si tratta di un fenomeno spiegato per la prima volta da Enrico Fermi nel 1933, in conseguenza del quale un neutrone del nucleo decade, generando un protone, un elettrone e un neutrino (fig. 5): n 0 1 p 1 1 eν dove ν («ni») è il simbolo del neutrino. n 1 0 p 1 1 e ν Rappresentazione del decadi- Figura 5 mento β. decadimento β neutrone protone elettrone neutrino

4 Fisica nucleare 27 Il neutrino è una particella neutra, priva quindi di carica elettrica, con massa molto più piccola di quella dell elettrone (probabilmente nulla). NEUTRINO In definitiva, il neutrone può essere pensato come un protone in qualche modo tenuto insieme con un elettrone. Il protone che si forma nel decadimento β rimane nel nucleo; la coppia elettrone-neutrino, invece, si allontana. L interazione che regola il legame tra elettrone e nucleone è un nuovo tipo di forza, di intensità inferiore sia alla forza nucleare forte sia a quella elettromagnetica, ed è chiamata forza nucleare debole. La forza nucleare debole è l interazione responsabile del legame all interno del nucleo fra l elettrone e il nucleone. FORZA NUCLEARE DEBOLE Se per esempio, consideriamo il decadimento β da parte del torio (Th), dal momento che il numero dei protoni aumenta di 1 e quello dei nucleoni rimane costante, si ha la formazione di protoattinio (Pa). La reazione è la seguente: Th Pa β Anche in questo caso nella fase finale di riassestamento del nucleo vi può essere l emissione di fotoni (raggi γ). La radioattività naturale può dare luogo a due tipi di decadimento: decadimento α, che comporta l emissione di particelle costituite da 2 protoni e 2 neutroni accompagnata da liberazione di energia; decadimento β, in cui si ha la trasformazione nel nucleo di 1 neutrone in 1 protone con emissione di una coppia elettrone-neutrino e liberazione di energia. Le radiazioni dovute alle particelle α e β, nonché ai raggi γ, possono essere dannose per l uomo. La pericolosità dipende sia dalla loro intensità sia dai tempi di esposizione a essa. Però esistono anche applicazioni utili della radioattività che l uomo è in grado di produrre artificialmente. In medicina, per alcune indagini diagnostiche si fa ricorso a traccianti radioattivi che, ingeriti in piccole quantità dal paziente e rivelati poi tramite un opportuno strumento fatto scorrere esternamente sul suo corpo, permettono di stabilire in base alla loro concentrazione la presenza di parti ammalate. Un altro utilizzo è relativo alle terapie anti-cancerose, nelle quali i raggi γ emessi da un isotopo del cobalto hanno lo scopo di distruggere le cellule colpite dalla malattia. Rispetto all emissione di radiazioni, le sostanze radioattive si comportano seguendo modalità piuttosto differenti. Un parametro molto utile da questo punto di vista, anche per capire quali strategie di protezione mettere in atto, è il tempo di dimezzamento. Il tempo di dimezzamento è il tempo necessario affinché la metà dei nuclei presenti in una determinata quantità di sostanza radioattiva decada emettendo radioattività. TEMPO DI DIMEZZAMENTO Per farsi un idea di massima, si ha che, mentre il tempo di dimezzamento del cripto Kr 36 è di appena 3 minuti, quello dello iodio I 53 è pari a circa 8 giorni e, per finire, quello del radio arriva a 1600 anni! R 88

5 28 La Fisica moderna 3.4 La fissione nucleare Dalla constatazione che nel nucleo dell atomo sono in gioco forze di notevole intensità, all idea che se ne potrebbero ricavare grandi quantità di energia, il passo è breve. Ripercorriamo brevemente le tappe principali che hanno portato allo sfruttamento dell energia nucleare. Nel 1939 due fisici tedeschi, Otto Hahn e Fritz Strassman, scoprirono che un nucleo di uranio colpito da un neutrone si divide in frammenti più piccoli, generando due atomi con numero atomico inferiore a quello dell uranio, due o tre neutroni e liberando energia (data dalla differenza tra la massa iniziale e quella finale dei prodotti). In generale, questa reazione prende il nome di fissione, mentre la sostanza che la può subire è detta fissile. FISSIONE La fissione è una reazione nucleare che si ottiene bombardando un atomo di materiale fissile con neutroni e che produce energia. Gli elementi fissili più comuni sono l isotopo 235 dell uranio plutonio Ecco un esempio di fissione: (P ). (U ) e il n 1 0 U Nb Sb n 1 0 energia L U , assorbendo un neutrone, si scinde in due frammenti, cioè l antimonio (Sb) e il niobio (Nb) (fig. 6). Figura 6 Esempio di fissione nucleare: i prodotti della fissione sono un isotopo del Niobio (Nb) e uno dell antimonio (Sb), entrambi radioattivi. Si noti che rimangono invariati sia il numero di massa (1 235 = = ) sia quello atomico (0 92 = = ). n 1 0 U fissione Nb Sb n 1 0 neutrone uranio niobio antimonio neutroni In una fissione nucleare: il numero totale A dei nucleoni si conserva; il numero totale Z dei protoni si conserva; vengono prodotti mediamente 2 3 neutroni. L energia che si libera in una fissione è 50 milioni di volte maggiore di quella che si può avere nella combustione di un atomo di carbonio, cioè dell ordine di 200 MeV. MeV Il MeV (che sta per megaelettronvolt) equivale a 10 6 elettronvolt (ev), essendo quest ultimo una particolare unità di misura dell energia tale che 1 ev = 1, J. I neutroni che si producono in una fissione possono a loro volta essere utilizzati come proiettili per ulteriori reazioni di fissione, innescando in tal modo un processo continuo in grado di autoalimentarsi, denominato reazione a catena. Poiché l energia che si sviluppa in questo tipo di reazione nucleare è enorme, diventa indispensabile mettere sotto controllo la reazione a catena per non provocare effetti distruttivi catastrofici. Nel

6 Fisica nucleare , a Chicago, un gruppo di fisici guidati da Enrico Fermi raggiunse questo obiettivo realizzando il primo reattore nucleare a fissione. Il reattore nucleare è un impianto che produce energia attraverso lo sfruttamento della fissione delle sostanze fissili. Il reattore nucleare (fig. 7) nelle sue linee principali è composto da una parte fondamentale, spesso cilindrica, detta nòcciolo, nel quale si trova il combustibile nucleare, costituito da U 92, che non è fissile, a cui viene aggiun to U 92 in percentuale più alta rispetto al minerale naturale di uranio. Gli elementi di combustibile si trovano sotto forma di barrette cilindriche del diametro di pochi centimetri e lunghezza intorno ai 2 metri. Le barrette vengono immerse nel moderatore, una sostanza necessaria per rallentare i neutroni e far loro raggiungere così l energia opportuna per innescare la fissione. Fra i moderatori più utilizzati si ricordano l acqua normale, l acqua pesante (che al posto dell idrogeno ha un suo isotopo, il deuterio, con massa maggiore) e la grafite. Taluni moderatori svolgono anche la funzione di refrigerante (di cui parleremo più avanti). Il reattore è, inoltre, dotato di barre di controllo costruite con materiali come il boro capaci di catturare i neutroni. Le barre, opportunamente inserite, consentono di controllare la reazione a catena, di ridurla ed eventualmente interromperla in qualsiasi momento, evitando che il processo sfugga appunto al controllo. Quando nel nocciolo si verifica la condizione per la quale uno solo dei neutroni prodotto da ciascuna fissione provoca a sua volta un altra reazione di fissione, si parla in questo caso di reattore critico, che corrisponde alla condizione di normale funzionamento per la produzione di energia. L energia termica prodotta nel nocciolo viene prelevata dal refrigerante (gas, acqua bollente o in pressione, sodio liquido per citarne alcuni) disposto, tutt attorno al nocciolo e trasferita a un circuito in cui viene generato del vapore, che a sua volta alimenta una turbina. Collegando l albero della turbina a quello di un alternatore, si può infine produrre energia elettrica (fig. 8). La potenza elettrica di un reattore nucleare raggiunge facilmente valori attorno ai 1000 MW (cioè 10 9 watt). REATTORE NUCLEARE nocciolo refrigerante e/o moderatore barre di controllo barrette di combustibile Figura 7 Schema di un reattore nucleare ad acqua in pressione; in questo caso l acqua svolge sia il ruolo di moderatore sia di refrigerante. turbina reattore scambiatore di calore pompa alternatore Figura 8 L energia prodotta con la fissione in un reattore nucleare produce, tramite uno scambiatore di calore, del vapore che aziona una turbina, che, infine, alimenta un alternatore da cui si ha in uscita energia elettrica. Tra i principali problemi che hanno pesato nelle decisioni dei diversi Paesi in campo energetico, connessi con l uso dei reattori nucleari, possiamo citare: la sicurezza degli impianti; la produzione di plutonio, materiale fissile che può servire sia come combustibile nei reattori stessi sia come elemento di base per la costruzione delle bombe atomiche; la formazione delle scorie radioattive, che devono essere immagazzinate per alcuni secoli affinché diventino non dannose per l ambiente e la salute (alcune sostanze restano a lungo radiologicamente pericolose in quanto hanno tempi di dimezzamento pari a migliaia di anni).

7 30 La Fisica moderna Purtroppo, la prima volta in cui l uomo utilizzò l energia nucleare non fu per scopi pacifici, bensì bellici. Il 6 agosto 1945, alla fine della seconda Guerra Mondiale, una bomba atomica a fissione scoppiò su Hiroshima (in Giappone) con effetti devastanti sulla popolazione civile e sulle cose. L esplosione venne ottenuta portando a contatto due masse separate di uranio per formare la cosiddetta massa critica, vale a dire quella particolare quantità di materiale fissile nella quale la reazione a catena non può essere più controllata, per cui si libera una grandissima quantità di energia in una frazione infinitesima di secondo. 3.5 La fusione nucleare: come accendere una stella La ricerca di fonti di energia alternative, diverse cioè dai combustibili fossili (carbone, petrolio, ), da tempo riveste un carattere di particolare urgenza. Tra le varie possibilità, alcune delle quali già ampiamente collaudate (energia solare, eolica ecc.), in un futuro più o meno lontano una soluzione interessante potrebbe venire da un altro tipo di reazione nucleare, uguale a quella che si ha nel Sole e nelle stelle: la fusione. FUSIONE La fusione è una reazione nucleare nella quale due nuclei leggeri (con basso numero atomico) si fondono, dando origine a un nucleo più pesante e a liberazione di energia. Una di queste reazioni riguarda la fusione fra deuterio (D) e trizio (T), che sono due isotopi dell idrogeno, per formare elio (He). La reazione è (fig. 9): D 1 2 T 1 3 He 2 4 n 0 1 energia L energia prodotta in tal modo è in media di 20 MeV. D 2 1 T 3 1 He 4 2 n 1 0 Figura 9 Rappresentazione della reazione di fusione, in cui un nucleo di deuterio si fonde con un nucleo di trizio, generando un nucleo di elio, un neutrone ed energia. deuterio fusione trizio elio neutrone I vantaggi della fusione rispetto alla fissione sono: gli elementi leggeri necessari per alimentare la reazione sono facilmente rintracciabili sulla Terra; non ci sono rischi significativi dovuti a incidenti nucleari; la produzione di scorie radioattive è da 10 a 100 volte inferiore. Al momento, pur essendo le ricerche molto avanti, non sono ancora stati superati alcuni ostacoli tecnologici che impediscono lo sfruttamento concreto della fusione. Per quanto riguarda l innesco della reazione, gli scienziati stanno lavorando secondo due strategie diverse. Una consiste nel portare la miscela

8 Fisica nucleare 31 di deuterio e trizio a una temperatura dell ordine di 100 milioni di gradi e mantenerla per un periodo opportuno. In questo caso il problema che si pone è quello di trovare un contenitore adatto a sopportare tali temperature senza fondere. Una soluzione potrebbe consistere nel circoscrivere la materia all interno di campi magnetici molto intensi con una tecnica detta confinamento magnetico. L Unione Europea, che è all avanguardia in questo settore, è già riuscita a ottenere la fusione per confinamento magnetico, anche se è durata meno di un secondo. L altra, denominata confinamento inerziale, comporta una compressione della miscela di deuterio e trizio a livelli molto elevati di densità per cui i nuclei, portati in condizioni di estrema vicinanza, innescano la reazione. Tuttavia, l energia occorrente in questo caso è piuttosto elevata e non si è ancora sicuri che l energia prodotta risulti superiore a quella impiegata per avvicinare i nuclei. 3.6 Le ultime frontiere Nei decenni appena trascorsi è stato scoperto un numero elevatissimo di particelle e, tra queste, quark, neutrini ed elettroni sembrano essere i costituenti di base della materia. Nessuno però può escludere che non esista una particella ancora più elementare e che tutte le forze non siano riconducibili a un unica forza fondamentale. In effetti, nei laboratori più avanzati di Fisica oggi gli scienziati continuano tenacemente ad andare a caccia del mattone che dovrebbe essere all origine di ogni cosa. Il panorama attuale delle particelle conosciute comprende schematicamente due grandi gruppi. 1. Particelle implicate nella struttura della materia. Adroni (protoni, neutroni ), formati da particelle più elementari dette quark. I quark sono tenuti insieme nel nucleo dalla forza nucleare forte, hanno carica frazionaria (1/3 e 2/3) rispetto alla carica elementare e ne esistono 6 tipi: Up e Down, Strange e Charme, Bottom e Top. Leptoni (elettrone, muone, tauone e tre tipi di neutrini), interessati dalle forze elettromagnetiche e dalla forza nucleare debole. ADRONI, LEPTONI 2. Particelle implicate nella trasmissione delle forze. Gluoni, mediatori della forza nucleare forte tra i quark. Fotoni, mediatori delle forze elettromagnetiche. Bosoni W ± e Z 0, mediatori della forza nucleare debole. Gravitoni, mediatori della forza gravitazionale. GLUONI, FOTONI, BOSONI, GRAVITONI

9 32 La Fisica moderna Costruisci il tuo riepilogo Completa a matita le parti con i puntini. Concluso il riepilogo, verifica la correttezza dei tuoi interventi, consultando le pagine di questa Unità. 1 Il nucleo di un atomo è formato da... e da..., che insieme si chiamano... 2 Il numero atomico... individua il numero dei... 3 Il numero di massa... individua il numero totale di... 4 Gli isotopi di una sostanza sono due atomi che hanno lo stesso numero di... ma un diverso numero di... 5 Se un isotopo del molibdeno (Mo) ha Z = 42 e A = 102, il suo simbolo è:... Mo... 6 Tra le particelle del nucleo agisce la forza nucleare... 7 La radioattività naturale è un fenomeno nel quale il nucleo di un atomo emette una particella, formata da...; oppure una particella..., che è un... 8 La forza nucleare... è responsabile del legame nel nucleo tra l elettrone e il nucleone. 9 In entrambi i tipi di radioattività naturale vi è emissione di... sotto forma di raggi La fissione nucleare consiste nella scissione di un nucleo di materiale detto con liberazione di grandi quantità di Il reattore è un impianto che produce... grazie a un processo chiamato reazione a Tra i componenti più importanti dei reattori nucleari si ricordano:...;......; La fusione nucleare consiste nell unione di due... in uno più... con liberazione di Le particelle possono essere divise in due grandi gruppi che sono alla base della struttura della... e della trasmissione delle I quark sono i costituenti elementari di particelle chiamate nel loro insieme......, tra cui si trovano i...

10 Fisica nucleare 33 Scegli la risposta esatta tra quelle proposte 1 Se un atomo ha Z = 10 e A = 22, possiamo dedurre che il numero dei neutroni è: A 10 B 22 C 12 D 32 2 Sapendo che Co è un atomo di cobalto e 60 Co 27 un suo isotopo, quale delle seguenti affermazioni è corretta? A L isotopo ha lo stesso numero di neutroni e 1 protone in più del cobalto B L isotopo ha lo stesso numero di protoni e 33 neutroni in più del cobalto C L isotopo ha lo stesso numero di nucleoni del cobalto D L isotopo ha lo stesso numero di protoni e 1 neutrone in più del cobalto 3 Le forze nucleari sono: A Repulsive e agiscono fra elettroni e nucleo nel suo insieme B Attrattive e agiscono all interno del nucleo C Repulsive e agiscono all interno del nucleo D Attrattive e agiscono fra elettroni e nucleo nel suo insieme 4 Quale delle seguenti affermazioni sulla radioattività naturale è corretta? A È dovuta all emissione spontanea di particelle α o di particelle β B È dovuta all emissione spontanea soltanto di particelle α C È dovuta all emissione spontanea soltanto di particella β D È dovuta all emissione spontanea di raggi γ o neutrini 5 Le particelle a sono formate da: A 2 protoni e 2 neutroni B 4 elettroni C 4 protoni D Protoni, elettroni e neutrini in numero variabile 6 Colpendo un nucleo di uranio 235 con un neutrone si può avere una fissione del tipo: A B C D n 1 0 U 235 A 92 Nb 1 A Z1 Sb 2 1 Z2 2 n 0 Quale delle seguenti relazioni è corretta? A 1 A 2 = 235 A 1 A 2 2 = 236 Z 1 Z 2 = 235 Z 1 Z 2 2 = 92 7 In un reattore nucleare quale compito svolgono le barre di controllo? A Aumentano il numero di neutroni B Accelerano i neutroni C Catturano i neutroni D Trasformano i neutroni in protoni grazie al decadimento β 8 Un materiale si dice fissile quando un suo atomo: A Dà luogo alla reazione di fusione se colpito da un atomo dello stesso tipo B Decade spontaneamente α C Dà luogo alla reazione di fissione se colpito da un neutrone D Decade spontaneamente β 9 Che cos è la fusione? A Una reazione nucleare in cui un nucleo pesante si scinde in due più leggeri, liberando energia B Una reazione nucleare in cui un elettrone scinde il nucleo in due parti, assorbendo energia C Una reazione nucleare in cui due nuclei leggeri si fondono in uno più pesante, liberando energia D Una reazione nucleare simile alla fissione, ma che comporta la produzione di un quantitativo minore di scorie radioattive 10 Che cosa sono i quark? A Particelle che formano i protoni e i neutroni B Particelle implicate nella trasmissione della forza nucleare forte C Particelle che formano gli elettroni e i fotoni D Particelle implicate nella trasmissione della forza elettromagnetica

11 34 La Fisica moderna La datazione con il radiocarbonio Accade spesso che scoperte scientifiche fatte in un ambito ristretto e specifico vengano poi applicate in settori completamente diversi. Un esempio interessante è rappresentato dal 14 caso del carbonio 14 (il cui simbolo chimico è C 6 ), chiamato comunemente radiocarbonio. 14 L isotopo C 6 del carbonio subisce spontaneamente il decadimento β a un ritmo ben preciso secondo la reazione: C 14 6 N 14 7 β v Tale isotopo è presente nell anidride carbonica (CO 2 ) dell atmosfera in una percentuale piuttosto bassa, ma ben determinata e soprattutto costante nel tempo. Dal momento che la 14 CO 2 dell aria entra in circolo negli organismi viventi, in essi si ritroverà il C 6 nella medesima concentrazione rispetto a quella che si ha nell anidride carbonica atmosferica. Tuttavia, quando l organismo muore, il ciclo biologico si arresta, per cui la percentuale di carbonio 14 diminuirà, a causa del suo decadimento naturale, sempre di più al trascorrere del tempo. Di conseguenza, in base al rilevamento, tramite un contatore, del tasso di radioattività di un reperto archeologico (quale può essere un fossile o qualunque altro elemento di origine organica) causato dal radiocarbonio, è possibile risalire alla sua concentrazione e quindi, con un certa approssimazione, alla data della sua morte. INFN L Istituto Nazionale di Fisica Nucleare ha attivato un «Progetto speciale di divulgazione scientifica» il cui sito nella rete ha il seguente indirizzo: Sulla sinistra della schermata compaiono le opzioni DIVULGAZIONE, ATTIVITÀ, MOSTRE VIRTUALI, INFN NOTIZIE, SITI INTERESSANTI e INFN. Scegliendo ATTIVITÀ e qui cliccando su AUDIOVISIVI, hai la possibilità di visionare audiovisivi video oppure interattivi, tra i quali «L avventura delle particelle», «Generare un protone» ecc. Inoltre, viene messo a disposizione il formato elettronico del notiziario dell Istituto tramite la parola chiave INFN NOTIZIE e quindi INIZIA LA VISITA, dove puoi reperire gli articoli numero per numero, oppure fare la ricerca su un termine specifico nell ambito della rivista per mezzo di una apposita casella.