S. M. S. “D’AZEGLIO- LUCARNO” - Genova
La classe III E presenta:
LA RADIOATTIVITA’
A.s. 2000-2001
Progetto e coordinamento: prof. Margherita Politi
Collaborazione: proff. Marcella Ciancio e Alba Sciutto
Consulenza tecnica: prof. Piermario Grosso
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ARGOMENTI TRATTATI
• La radioattivita’
• Gli elementi radioattivi
• Le radiazioni nucleari
• Le reazioni nucleari
• I problemi del nucleare
• Il futuro del nucleare
La radioattivita’
La radioattività è la capacità che ha
un nucleo instabile di emettere
spontaneamente radiazioni.
La radioattività fu scoperta dal
famoso fisico francese Becquerel
nel 1896, mentre lavorava con sali
di uranio che , esposti alla luce,
emettevano radiazioni e riuscirono
ad impressionare una lastra
fotografica. Il fenomeno osservato
fu chiamato “radioattività” e
l’uranio fu definito “elemento
radioattivo”. Più tardi Pierre e
Marie Curie continuarono gli
esperimenti e scoprirono un nuovo
elemento radioattivo, il Radio.
Pierre e Marie Curie
I coniugi Curie, sposatisi nel 1895,
furono i primi a scoprire l’enorme
potenzialità della radioattività.
Scoprirono, lavorando insieme
come fisici, alla scuola di fisica e
chimica della Sorbona, che la
radioattività della “pechblenda”,
minerale dell’uranio, è quattro
volte superiore a quella dell’uranio
stesso: occorreva quindi isolare
questo elemento, traendone il
Polonio ed il Radio. Per i risultati
ottenuti, nel 1903 furono insigniti
del premio Nobel per la fisica.
Marie, dopo la morte prematura del
marito, continuò la ricerca
scientifica ed ottenne un secondo
premio Nobel per la chimica nel
1911. Morì nel 1934 a 67 anni.
Elementi radioattivi
Elementi stabili con isotopi radioattivi:nuclei di elementi stabili con isotopi(atomi aventi lo stesso n° di
protoni, ma un n°differente di neutroni nel nucleo)radioattivi.
Elementi radioattivi naturali: elementi instabili (in decadimento radioattivo) che hanno un n° atomico
elevato.
Elementi radioattivi artificiali: trasformazione di elementi naturali in altri elementi instabili che hanno
le stesse proprietà degli elementi radioattivi naturali.Essi hanno un n° atomico compreso tra 93 e 109;
possono essere ottenuti soltanto in laboratorio: nuclei stabili vengono bombardati con particelle dotate di
energia molto elevata.Tali particelle sono prodotte all’interno di un dispositivo detto “ciclotrone”, capace
di accelerare le particelle del nucleo. Il fenomeno di tale radioattività prende il nome di “radioattività
artificiale”,
Le radiazioni nucleari
Sono costituite da:
• Raggi alfa: sono costituiti da
nuclei di elio, formati da due
protoni e da due neutroni e
quindi caricati positivamente.
• Raggi beta: sono costituiti da
elettroni e risultano quindi
caricati negativamente.
• Raggi gamma: sono radiazioni
di natura elettromagnetica e
sono pertanto privi di massa e
di carica elettrica.
Raggi α,β,γ
La caratteristica principale delle radiazioni è la loro capacità di penetrare attraverso la
materia.
Fra i diversi tipi di radiazioni, i raggi gamma sono i più penetranti e possono passare
facilmente attraverso i materiali più diversi, anche attraverso spessi strati di
piombo.
I raggi alfa hanno scarsissimo potere di penetrazione, essi possono essere fermati da
un foglio di carta.
I raggi beta passano attraverso la carta, ma non attraverso un sottile strato di
alluminio.
Tutti gli atomi che emettono tali tipi di particelle si dicono radioattive.
Le trasmutazioni nucleari
Il sogno di trasmutare sostanze semplici in altre
complesse era già presente nell’antichità.
La trasmutazione di elementi è la
trasformazione di elementi chimici.
Dopo gli studi in epoca araba e medioevalerinascimentale, la prima trasmutazione di
un elemento chimico fu realizzata nel 1919
in Inghilterra dal fisico neozelandese
Rutherford che bombardò nuclei di Azoto,
usando raggi alfa di radio, riuscendo a
trasmutare nuclei di Ossigeno.Le particelle,
viaggiando ad una velocità di 10000
Km/sec., colpirono nuclei di azoto cedendo
ad essi un protone.
Portarono avanti questi studi i coniugi Curie,
sino alla scoperta della fusione nucleare, nel
1915 da parte di Harkins. Nel 1932 fu
scoperta la fissione nucleare da parte di
Chadwick.
Le reazioni nucleari
La fissione nucleare : avviene attraverso il bombardamento di un nucleo atomico con
particelle accelerate cariche o neutre. Alcuni isotopi, come l’uranio 235 e il plutonio, per
la loro elevata instabilità, sono particolarmente adatti ad essere sottoposti a fissione. La
fissione si ottiene bombardando il nucleo di questi elementi instabili con neutroni. Nel
processo di fissione si ottengono atomi aventi N° atomico più basso, due o tre neutroni
liberi e una enorme quantità di energia. Dalla fissione di un kg di uranio, si libera tanta
energia quanta se ne ottiene bruciando due milioni e mezzo di Kg di carbone. I neutroni
che si liberano durante la fissione dell’uranio, possono a loro volta colpire altri atomi di
uranio innescando un processo che prende il nome di reazione a catena. Lo
sfruttamento dell’energia prodotta nella fissione nucleare avviene attraverso l’impiego
dei reattori nucleari.
Le reazioni nucleari
La fusione nucleare: avviene nel Sole e in tutte le stelle. Nuclei di atomi
leggeri si uniscono per formare un nucleo più pesante. La fusione più
conosciuta è quella che avviene fra i nuclei di due isotopi dell’idrogeno, il
trizio e il deuterio, con formazione di un nucleo di elio. In questo processo si
libera un neutrone, i due nuclei perdono una parte del loro peso e si sviluppa
un’enorme quantità di energia.
EFFETTI BIOLOGICI DELLE
RADIAZIONI:
• Alcuni tipi di Isotopi come lo Iodio 131,
il Tecnezio 99, il Carbonio 14, vengono
usati per scopi biologici, ma in genere le
dosi impiegate non costituiscono nel
tempo dei seri pericoli per i pazienti;
l’irradiazione con il Cobalto 60 a scopo
terapeutico trova invece lotta contro i
tumori, distruggendo i tessuti
neoformati.
SCALA DI PERICOLOSITA’ NUCLEARE
7- Incidente molto grave: Charnobyl, 1986.
6- Incidente grave, fuga importante: piani
di protezione per la popolazione.
5- Incidente con rischi esterni alla centrale:
fuga limitata, Windscale, 1957.
4- Incidente all’interno della centrale:
piccola fuga, Saint Laurent, 1980.
• Radiazioni molto intense possono
uccidere il sistema nervoso centrale
provocando la morte immediata; bassi
livelli di radiazioni invece possono
causare leucemie, o cancro.Se i livelli
delle radiazioni sono bassi si può avere
nausea o vomito per settimane e mesi.
3- Incidente importante: contaminazione,
sovraesposizione dei lavoratori, Vandellos,
1992.
• Le radiazioni nucleari provocano
effetti mutageni a carico del DNA.
1- Anomalie che non provocano rischi, ma
che evidenziano carenze nei sistemi di
sicurezza.
2- Incidente: anomalie che non alterano la
sicurezza all’interno della centrale, Trillo,
1992.
In una piccola città dell’Ucraina, Chernobyl, il 26 aprile 1986,
due esplosioni distrussero uno dei quattro reattori della locale
centrale nucleare, causando la fuoriuscita di gas altamente
radioattivo.
Nel giro di pochi giorni la nube radioattiva, spinta dai venti, si
spostò, inizialmente verso la Polonia e la Scandinavia, finendo
poi per interessare gradatamente tutta l’Europa Centrale e la
nostra stessa penisola; tracce anormali di radioattività furono
rilevate anche negli Stati Uniti e Tokyo. I dati ufficiali del
settembre 1986 parlavano di 30 morti per esposizione a
radiazioni, di 1000 contaminati e oltre 135000 persone
costrette ad abbandonare un vasto territorio attorno alla
centrale.
Questo territorio è tuttora in fase di decontaminazione, e
ancora per molto tempo non potrà essere utilizzato in alcun
modo. Il reattore che aveva provocato il disastro, fu seppellito
con tonnellate di sabbia e cemento.
Il carico radioattivo depositato da una nube provocò
l’inquinamento del terreno, furono distrutte molte piante.
Il disastro a Chernobyl causò più di 100.000 casi di cancro; le
altre nazioni non erano preparate a questo disastro e non
seppero come risolverlo.
Nel mondo ci sono stati molti incidenti nucleari che hanno
interessato diverse zone del mondo ma non come quello di
Chernobyl.
Le scorie radioattive sono un
problema per l’uomo perché
la loro radioattività si
mantiene a lungo.
Le scorie racchiuse in contenitori isolati sono trattenute
nelle centrali per un certo tempo per diminuirne la
radioattività. Da qui sono inviate ai centri di
riprocessamento, nei quali vengono recuperati l’uranio 235
e il plutonio 239, ancora utilizzabili.
Greenpeace afferma che la soluzione migliore per smaltire
la scorie è quello attuato in Svezia dove vengono costruiti
depositi sottomarini ultrasicuri, per lo scopo.
Il metodo attualmente preferito dagli esperti per lo
smaltimento delle scorie radioattive è quello di seppelirle,
nei loro contenitori, a grande profondità, in zone
geologicamente stabili.
Sia lo smaltimento del
materiale fissile delle testate
nucleari sia del plutonio
come combustibile nelle
centrali nucleari, presenta
molti problemi e costi
elevati; si è parlato della
necessità di usare reattori
nucleari civili per smaltire
l’Uranio 235 e di riaprire i
reattori veloci, come il
francese “Superphenix”, per
smaltire il plutonio. E’
necessario che il processo di
smaltimento delle scorie
radioattive sia effettuato in
impianti”intrinsecamente
sicuri”.
Realistiche previsioni ci fanno pensare che il bisogno di
energia crescerà notevolmente nei prossimi anni: non è
possibile ipotizzare una diminuzione dello standard di vita
in quanto le esigenze dell’economia e della società sono
notevolmente aumentate. Ma allora, quale futuro?
Gli studi si rivolgono inevitabilmente verso il nucleare
pulito e verso le fonti alternative quali quella solare, delle
maree, eolica e delle biomasse.
Oltre al fisico italiano Rubbia, molti fisici e scienziati
stanno lavorando a questo.
Ci auspichiamo che le sperimentazioni attuate nei vari
campi di ricerca abbiano esiti positivi, rivolti al nostro
benessere.
RUBBIA: dagli studi di simulazione dimostra come ottenere un nucleare sempre
più pulito. Con l’americano Bowman, ad Erice, esaminando il ciclo torio-uranio,
ha scoperto che, bombardando, in un acceleratore di particelle, con un fascio di
protoni, il torio, questo diventa uranio 233 e i suoi neutroni, in questo processo,
producono l’energia. Ne segue il vantaggio che un simile reattore non potrebbe
mai fondere, perché non c’è reazione a catena; per interrompere il processo
inoltre, basterebbe spegnere l’interruttore del fascio di protoni. Anche le scorie
nucleari prodotte sono minori, con una vita di 300 anni contro i 15000 degli
attuali reattori.
VANTAGGI dell’ipotesi di Rubbia:
Reattore intrinsecamente sicuro. Scorie che decadono in breve tempo.
Produzione di materiale energetico, non bellico. Soluzione al problema della
disponibilità di energia a lungo termine, data l’abbondanza del torio sulla crosta
terrestre.
FROM…………………..
TO….….
THE BIRTH OF LIFE
Gli allievi della III E: Alessandro Agostino, Manuela Beghin, Ilaria Bignardi, Alessandra
Bruzzese, Bianca Carini, Nicolò Cerisola, Emanuele Chiacchietta, Ornella Ciaramitaro,
Simone Ciccia, Andrea Costi, Marta Fabbri, Fritz Flores, Andrea Francalanza, Laura
Garbarini, Elena Mastinu, Marta Noceti, Federica Salvatori, Luca Spinetti, Riccardo Volpi.