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

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
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•
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.
1. Decadimento α:
il nucleo emette nuclei di elio (2He4) carichi positivamente
2. Decadimento β:
il nucleo emette elettroni negativi
3. Decadimento γ:
il nucleo emette raggi γ (si accompagna a decadimenti α e β)



Esempio (decadimento α)
235 →
231 + He4 + 4,68 MeV
92U
90Th
2
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
t
Nt  N 0 e



 = costante di decadimento
(caratteristica dell’elemento)
diminuisce esponenzialmente
Tempo di dimezzamento: intervallo di tempo dopo il quale metà
degli atomi originari N0 è decaduta
T   log 2

Esempio. Per U238, T = 4,5 x 109 anni; per C14, T = 5730 anni