24 La Fisica moderna

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

3.1 Il nucleo dell’atomo

Un atomo è formato da una parte centrale detta nucleo e da particellecariche negativamente che orbitano attorno al nucleo (fig. 1).

L’atomo è innanzitutto fatto di vuoto. Se il nucleo venisse ingranditosino alle dimensioni di un’arancia, il primo elettrone lo incontreremmodopo alcune centinaia di metri! Quasi tutta la massa dell’atomo è con-centrata nel nucleo, che è formato da due tipi di particelle, i protoni e ineutroni, che insieme sono chiamati nucleoni.

• Protoni: hanno carica positiva e massa pari a 1,6726 ⋅ 10–27 kg.• Neutroni: sono neutri e hanno massa pari a 1,6749 ⋅ 10–27 kg.

Il numero atomico (Z) individua il numero di protoni e caratterizza chi-micamente l’elemento.

Il numero di massa (A) indica il numero complessivo di protoni e neu-troni, cioè dei nucleoni.

Per sintetizzare queste informazioni, accanto al simbolo dell’atomo dellasostanza, si può scrivere il numero atomico Z in basso a destra e ilnumero 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:

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 numerodei neutroni. Esiste, tuttavia, una variante dell’ossigeno:

O817

O816

Fisica nucleare

elettrone

nucleo

++++

+

−

−

−−

−−

− −

protone

neutrone

+

++

+ +++

++

Figura 1 Rappresentazione di un atomocon i suoi componenti principali: il nucleo alcentro e gli elettroni che orbitano attorno.

Figura 2 Il nucleo dell’atomo di ossigenoè formato da 16 nucleoni: 8 protoni e 8 neu-troni.

NUCLEONI

NUMERO ATOMICO

NUMERO DI MASSA

33

Per controllare di aver capito, tenendoconto che H è il simbolo dell’idrogeno,prova a spiegare la differenza tra vari iisotopi.Per esempio: e .Il primo atomo di idrogeno ha un solonucleone (A = 1), che evidentementecoincide con l’unico protone presente(Z = 1); il secondo, a sua volta, ha nelnucleo N = 2 – 1 = 1 neutrone.

H12H1

1

25Fisica nucleare

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 del-l’ossigeno nella forma consueta e, perciò, una massa maggiore. Si trattadi un isotopo dell’ossigeno.

Gli atomi i cui nuclei presentano il medesimo numero di protoni (Z), maun diverso numero di neutroni, sono detti isotopi dell’elemento dinumero atomico Z.

3.2 Le forze nucleari

Se i protoni (Z) del nucleo, tutti con carica elettrica positiva, interagis-sero seguendo semplicemente la legge di Coulomb, che cosa accadrebbe?Dato che le cariche dei protoni hanno lo stesso segno, per cui si respin-gono, il nucleo dovrebbe disintegrarsi. Ciononostante, la materia esiste eresta unita. Secondo l’interpretazione che risale al 1935 e dovuta alloscienziato giapponese Yukawa, quando i nucleoni si trovano molto vici-ni (come accade nel nucleo, dove le distanze sono dell’ordine di 10–15 m),agisce la forza nucleare forte, la quale ha un’intensità molte volte supe-riore alla forza elettromagnetica (che costringe gli elettroni negativi aorbitare attorno al nucleo positivo).

La forza nucleare forte è la forza che tiene uniti i nucleoni nel nucleodell’atomo.

Man mano che i nucleoni si allontanano, questa forza, che è attrattivama ha un cortissimo raggio d’azione, diminuisce rapidamente, per cuitra i protoni finisce per prevalere l’effetto repulsivo della forza elettro-magnetica (fig. 3).

Figura 3 Andamento qualitativo della forzanucleare forte e di quella elettromagneticatra due protoni; come si vede, per valoriintorno a 1 ⋅ 10–15 ÷ 2 ⋅ 10–15 m, prevale l’at-trazione dovuta alla forza nucleare forte.

FORZA NUCLEARE FORTE

ISOTOPI

r (·10−15 m)

F

forza elettromagneticarepulsivaforza nucleare forteattrattiva

1 2 3 4

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 sonomolto intense.

26 La Fisica moderna

3.3 La radioattività naturale

Lo sai che un antico desiderio dell’umanità era quello di trasformare unmateriale qualsiasi in oro? Tutti gli alchimisti sognavano di riuscirci…Dopo numerosi tentativi miseramente falliti, grazie alla scienza abbiamocapito che per realizzare una metamorfosi del genere occorrerebbe agireproprio sul nucleo, modificandone il numero atomico. In natura vi è un fenomeno, detto radioattività naturale, in seguito alquale il nucleo di determinati elementi chimici, che hanno la caratteri-stica di non essere stabili, decade emettendo particelle e rilasciandoenergia.

La radioattività naturale è un processo in seguito al quale una sostan-za spontaneamente si trasforma in un’altra sostanza tramite l’emissioneda 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 unelemento sono due: emissione di una particella a («alfa») o di una par-ticella b («beta»).

• Le particelle a sono formate da 4 nucleoni (2 protoni e 2 neutroni). Inquesto tipo di decadimento il numero atomico diminuisce di 2, mentreil numero di massa scende di 4.Un esempio è dato da un isotopo dell’uranio (U) il quale, emettendouna particella α, porta Z da 92 a 90 e A da 238 a 234, trasformandosicosì in torio (Th) (fig. 4):

Se si confronta con accuratezza la massa iniziale delnucleo con la massa delle particelle risultanti, ci si accor-ge che ne manca una piccola parte. Essa compare sottoforma di energia cinetica dei prodotti finali (torio e parti-cella α) secondo la nota equazione relativistica E = m ⋅ c2

(vedi Unità 1). Al termine del processo il nuovo nucleospesso si assesta tramite l’emissione di fotoni, che sonoall’origine della radiazione γ.

• Le particelle b sono elettroni. Ma, considerato che nel nucleo non visono elettroni, da dove provengono?Si tratta di un fenomeno spiegato per la prima volta da Enrico Ferminel 1933, in conseguenza del quale un neutrone del nucleo decade,generando un protone, un elettrone e un neutrino (fig. 5):

dove ν («ni») è il simbolo del neutrino.

n01 → p1

1 + e + ν

U92238 → Th90

234 + α24 + energia

Figura 4 Rappresentazione del decadi-mento α.

Figura 5 Rappresentazione del decadi-mento β.

decadimento β+ + +−

neutrone protone elettrone neutrino

n10

+p11

νe +

RADIOATTIVITÀ NATURALE

decadimento α +

uranio torio particella α

U23892 +Th234

90α4

2

27Fisica nucleare

Il neutrino è una particella neutra, priva quindi di carica elettrica, conmassa molto più piccola di quella dell’elettrone (probabilmente nulla).

In definitiva, il neutrone può essere pensato come un protone in qualchemodo tenuto insieme con un elettrone. Il protone che si forma nel deca-dimento β rimane nel nucleo; la coppia elettrone-neutrino, invece, siallontana. L’interazione che regola il legame tra elettrone e nucleone èun nuovo tipo di forza, di intensità inferiore sia alla forza nucleare fortesia a quella elettromagnetica, ed è chiamata forza nucleare debole.

La forza nucleare debole è l’interazione responsabile del legame all’in-terno del nucleo fra l’elettrone e il nucleone.

Se per esempio, consideriamo il decadimento β da parte del torio (Th),dal momento che il numero dei protoni aumenta di 1 e quello deinucleoni rimane costante, si ha la formazione di protoattinio (Pa). Lareazione è la seguente:

Anche in questo caso nella fase finale di riassestamento del nucleo vipuò 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 libera-zione di energia.

Le radiazioni dovute alle particelle α e β, nonché ai raggi γ, possono esse-re dannose per l’uomo. La pericolosità dipende sia dalla loro intensitàsia dai tempi di esposizione a essa. Però esistono anche applicazioni utili della radioattività che l’uomo è ingrado di produrre artificialmente. In medicina, per alcune indagini dia-gnostiche si fa ricorso a traccianti radioattivi che, ingeriti in piccolequantità dal paziente e rivelati poi tramite un opportuno strumentofatto scorrere esternamente sul suo corpo, permettono di stabilire inbase alla loro concentrazione la presenza di parti ammalate.Un altro utilizzo è relativo alle terapie anti-cancerose, nelle quali i raggiγ emessi da un isotopo del cobalto hanno lo scopo di distruggere le cel-lule colpite dalla malattia.Rispetto all’emissione di radiazioni, le sostanze radioattive si comporta-no seguendo modalità piuttosto differenti. Un parametro molto utile daquesto punto di vista, anche per capire quali strategie di protezione met-tere in atto, è il tempo di dimezzamento.

Il tempo di dimezzamento è il tempo necessario affinché la metà deinuclei presenti in una determinata quantità di sostanza radioattiva deca-da emettendo radioattività.

Per farsi un’idea di massima, si ha che, mentre il tempo di dimezzamen-to del cripto è di appena 3 minuti, quello dello iodio è pari aI53

131 Kr36

89

Th90234 → Pa91

234 + β

NEUTRINO

FORZA NUCLEARE DEBOLE

TEMPO DI DIMEZZAMENTO

circa 8 giorni e, per finire, quello del radio arriva a 1600 anni!R88226

28 La Fisica moderna

3.4 La fissione nucleare

Dalla constatazione che nel nucleo dell’atomo sono in gioco forze dinotevole intensità, all’idea che se ne potrebbero ricavare grandi quantitàdi energia, il passo è breve. Ripercorriamo brevemente le tappe princi-pali che hanno portato allo sfruttamento dell’energia nucleare. Nel 1939 due fisici tedeschi, Otto Hahn e Fritz Strassman, scoprironoche un nucleo di uranio colpito da un neutrone si divide in frammentipiù piccoli, generando due atomi con numero atomico inferiore a quel-lo dell’uranio, due o tre neutroni e liberando energia (data dalla diffe-renza tra la massa iniziale e quella finale dei prodotti). In generale, que-sta reazione prende il nome di fissione, mentre la sostanza che la puòsubire è detta fissile.

La fissione è una reazione nucleare che si ottiene bombardando unatomo di materiale fissile con neutroni e che produce energia.

Gli elementi fissili più comuni sono l’isotopo 235 dell’uranio e il (U92235 )

+fissione

+ + +

neutrone uranio niobio antimonio neutroni

n10

+ U23592

Nb10141

+ Sb13351

+ 2· n10

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 diquella che si può avere nella combustione di un atomo di carbonio, cioèdell’ordine di 200 MeV.

Il MeV (che sta per megaelettronvolt) equivale a 106 elettronvolt (eV),essendo quest’ultimo una particolare unità di misura dell’energia taleche 1 eV = 1,6 ⋅ 10–19 J.

I neutroni che si producono in una fissione possono a loro volta essereutilizzati come proiettili per ulteriori reazioni di fissione, innescando intal modo un processo continuo in grado di autoalimentarsi, denominatoreazione a catena. Poiché l’energia che si sviluppa in questo tipo di rea-zione nucleare è enorme, diventa indispensabile mettere sotto controllola reazione a catena per non provocare effetti distruttivi catastrofici. Nel

FISSIONE

MeV

Figura 6 Esempio di fissione nucleare: iprodotti della fissione sono un isotopo delNiobio (Nb) e uno dell’antimonio (Sb),entrambi radioattivi. Si noti che rimangonoinvariati sia il numero di massa (1+ 235 = = 101 + 133 + 2) sia quello atomico (0 + 92 == 41 + 51 + 2 ⋅ 0).

plutonio Ecco un esempio di fissione:

L’ assorbendo un neutrone, si scinde in due frammenti, cioè l’anti-monio (Sb) e il niobio (Nb) (fig. 6).

U92235 ,

n01 + U92

235 → Nb41101 + Sb51

133 + 2 ⋅ n01 + energia

(P94239 ).

29Fisica nucleare

1942, a Chicago, un gruppo di fisici guidati da Enrico Fermi raggiunsequesto obiettivo realizzando il primo reattore nucleare a fissione.

Il reattore nucleare è un impianto che produce energia attraverso losfruttamento della fissione delle sostanze fissili.

Il reattore nucleare (fig. 7) nelle sue linee principali è composto da una partefondamentale, spesso cilindrica, detta nòcciolo, nel quale si trova il com-bustibile nucleare, costituito da , che non è fissile, a cui viene aggiun-U 92

238

barre dicontrollo

barrette dicombustibile

refrigerantee/o

moderatore

nocciolo

REATTORE NUCLEARE

Figura 7 Schema di un reattore nuclearead acqua in pressione; in questo caso l’ac-qua svolge sia il ruolo di moderatore sia direfrigerante.

Figura 8 L’energia prodotta con la fissionein un reattore nucleare produce, tramite unoscambiatore di calore, del vapore che azionauna turbina, che, infine, alimenta un alterna-tore da cui si ha in uscita energia elettrica.

alternatore

turbina

scambiatoredi calore

pompa

reattore

Tra i principali problemi che hanno pesato nelle decisioni dei diversiPaesi in campo energetico, connessi con l’uso dei reattori nucleari, pos-siamo 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 lacostruzione delle bombe atomiche;

• la formazione delle scorie radioattive, che devono essere immagazzi-nate per alcuni secoli affinché diventino non dannose per l’ambiente ela salute (alcune sostanze restano a lungo radiologicamente pericolosein quanto hanno tempi di dimezzamento pari a migliaia di anni).

to in percentuale più alta rispetto al minerale naturale di uranio. Gli elementi di combustibile si trovano sotto forma di barrette cilindri-che del diametro di pochi centimetri e lunghezza intorno ai 2 metri. Le barrette vengono immerse nel moderatore, una sostanza necessariaper rallentare i neutroni e far loro raggiungere così l’energia opportunaper innescare la fissione. Fra i moderatori più utilizzati si ricordano l’ac-qua normale, l’acqua pesante (che al posto dell’idrogeno ha un suo isoto-po, il deuterio, con massa maggiore) e la grafite. Taluni moderatori svol-gono anche la funzione di refrigerante (di cui parleremo più avanti). Il reattore è, inoltre, dotato di barre di controllo costruite con materia-li come il boro capaci di catturare i neutroni. Le barre, opportunamenteinserite, consentono di controllare la reazione a catena, di ridurla edeventualmente interromperla in qualsiasi momento, evitando che il pro-cesso sfugga appunto al controllo. Quando nel nocciolo si verifica lacondizione per la quale uno solo dei neutroni prodotto da ciascuna fis-sione provoca a sua volta un’altra reazione di fissione, si parla in questocaso di reattore critico, che corrisponde alla condizione di normalefunzionamento 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 vienegenerato del vapore, che a sua volta alimenta una turbina. Collegandol’albero della turbina a quello di un alternatore, si può infine produrre ener-gia elettrica (fig. 8).La potenza elettrica di un reattore nucleare raggiunge facilmente valoriattorno ai 1000 MW (cioè 109 watt).

U 92235

30 La Fisica moderna

Purtroppo, la prima volta in cui l’uomo utilizzò l’energia nucleare non fuper scopi pacifici, bensì bellici. Il 6 agosto 1945, alla fine della secondaGuerra 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 diuranio per formare la cosiddetta massa critica, vale a dire quella parti-colare quantità di materiale fissile nella quale la reazione a catena nonpuò essere più controllata, per cui si libera una grandissima quantità dienergia 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 combustibilifossili (carbone, petrolio,…), da tempo riveste un carattere di particola-re urgenza. Tra le varie possibilità, alcune delle quali già ampiamentecollaudate (energia solare, eolica ecc.), in un futuro più o meno lontanouna soluzione interessante potrebbe venire da un altro tipo di reazionenucleare, uguale a quella che si ha nel Sole e nelle stelle: la fusione.

La fusione è una reazione nucleare nella quale due nuclei leggeri (conbasso numero atomico) si fondono, dando origine a un nucleo piùpesante e a liberazione di energia.

Una di queste reazioni riguarda la fusione fra deuterio (D) e trizio (T), chesono due isotopi dell’idrogeno, per formare elio (He). La reazione è (fig. 9):

L’energia prodotta in tal modo è in media di 20 MeV.

D12 + T1

3 → He24 + n0

1 + energia

deuterio

D21

+ T31

He42

+ n10

+ +fusione

trizio elio neutrone

I vantaggi della fusione rispetto alla fissione sono: • gli elementi leggeri necessari per alimentare la reazione sono facil-

mente 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 statisuperati alcuni ostacoli tecnologici che impediscono lo sfruttamentoconcreto della fusione. Per quanto riguarda l’innesco della reazione, gli scienziati stanno lavo-rando secondo due strategie diverse. Una consiste nel portare la miscela

FUSIONE

Figura 9 Rappresentazione della reazionedi fusione, in cui un nucleo di deuterio sifonde con un nucleo di trizio, generando unnucleo di elio, un neutrone ed energia.

31Fisica nucleare

di deuterio e trizio a una temperatura dell’ordine di 100 milioni di gradie mantenerla per un periodo opportuno. In questo caso il problema chesi pone è quello di trovare un contenitore adatto a sopportare tali tempe-rature senza fondere. Una soluzione potrebbe consistere nel circoscrive-re la materia all’interno di campi magnetici molto intensi con una tecni-ca detta confinamento magnetico. L’Unione Europea, che è all’avan-guardia in questo settore, è già riuscita a ottenere la fusione per con-finamento magnetico, anche se è durata meno di un secondo. L’altra, denominata confinamento inerziale, comporta una compres-sione della miscela di deuterio e trizio a livelli molto elevati di densitàper cui i nuclei, portati in condizioni di estrema vicinanza, innescano lareazione. Tuttavia, l’energia occorrente in questo caso è piuttosto eleva-ta e non si è ancora sicuri che l’energia prodotta risulti superiore a quel-la impiegata per avvicinare i nuclei.

3.6 Le ultime frontiere

Nei decenni appena trascorsi è stato scoperto un numero elevatissimo diparticelle e, tra queste, quark, neutrini ed elettroni sembrano essere icostituenti di base della materia. Nessuno però può escludere che nonesista una particella ancora più elementare e che tutte le forze non sianoriconducibili a un’unica forza fondamentale. In effetti, nei laboratori piùavanzati di Fisica oggi gli scienziati continuano tenacemente ad andarea caccia del mattone che dovrebbe essere all’origine di ogni cosa. Il pano-rama attuale delle particelle conosciute comprende schematicamentedue grandi gruppi.

1. Particelle implicate nella struttura della materia.

• Adroni (protoni, neutroni…), formati da particelle più elementaridette quark. I quark sono tenuti insieme nel nucleo dalla forza nucleare forte,hanno carica frazionaria (1/3 e 2/3) rispetto alla carica elementare ene esistono 6 tipi: Up e Down, Strange e Charme, Bottom e Top.

• Leptoni (elettrone, muone, tauone e tre tipi di neutrini), interessatidalle forze elettromagnetiche e dalla forza nucleare debole.

2. Particelle implicate nella trasmissione delle forze.

• Gluoni, mediatori della forza nucleare forte tra i quark.• Fotoni, mediatori delle forze elettromagnetiche.• Bosoni W± e Z0 , mediatori della forza nucleare debole.• Gravitoni, mediatori della forza gravitazionale.

ADRONI,LEPTONI

GLUONI, FOTONI,BOSONI, GRAVITONI

32

Costruisci il tuo riepilogo

Completa a matita le parti con i puntini. Concluso il riepilogo, verifica la correttezza dei tuoiinterventi, 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:

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’elet-

trone e il nucleone.

9 In entrambi i tipi di radioattività naturale vi è emissione di ...........................................................

sotto forma di raggi ...........................................

10 La fissione nucleare consiste nella scissione di un nucleo di materiale detto .................

................................................... con liberazione di grandi quantità di ............................................................

11 Il reattore è un impianto che produce ............................................................................................................

grazie a un processo chiamato reazione a .....................................................................................................

12 Tra i componenti più importanti dei reattori nucleari si ricordano:

• ............................................................................................; •....................................................................................................

• ............................................................................................; •....................................................................................................

13 La fusione nucleare consiste nell’unione di due .....................................................................................

in uno più ................................................... con liberazione di ...............................................................................

14 Le particelle possono essere divise in due grandi gruppi che sono alla base della strut-

tura della .............................................. e della trasmissione delle ....................................................................

15 I quark sono i costituenti elementari di particelle chiamate nel loro insieme ..................

................................................., tra cui si trovano i ........................................................................................................

Mo................

La Fisica moderna

33Fisica nucleare

6 Colpendo un nucleo di uranio 235 con un neu-trone si può avere una fissione del tipo:

Quale delle seguenti relazioni è corretta?

A1 + A2 = 235

A1 + A2 + 2 = 236

Z1 + Z2 = 235

Z1 + Z2 + 2 = 92

7 In un reattore nucleare quale compito svolgonole barre di controllo?

Aumentano il numero di neutroni

Accelerano i neutroni

Catturano i neutroni

Trasformano i neutroni in protoni grazie al decadi-mento β

8 Un materiale si dice fissile quando un suo ato-mo:

Dà luogo alla reazione di fusione se colpito da unatomo dello stesso tipo

Decade spontaneamente αDà luogo alla reazione di fissione se colpito da unneutrone

Decade spontaneamente β

9 Che cos’è la fusione?

Una reazione nucleare in cui un nucleo pesante siscinde in due più leggeri, liberando energia

Una reazione nucleare in cui un elettrone scinde ilnucleo in due parti, assorbendo energia

Una reazione nucleare in cui due nuclei leggeri sifondono in uno più pesante, liberando energia

Una reazione nucleare simile alla fissione, ma checomporta la produzione di un quantitativo minoredi scorie radioattive

10 Che cosa sono i quark?

Particelle che formano i protoni e i neutroni

Particelle implicate nella trasmissione della forzanucleare forte

Particelle che formano gli elettroni e i fotoni

Particelle implicate nella trasmissione della forzaelettromagnetica

D

C

B

A

D

C

B

A

D

C

B

A

D

C

B

A

D

C

B

A

n01 + U92

235 → NbZ1

A1 + SbZ2

A2 + 2 ⋅ n01

1 Se un atomo ha Z = 10 e A = 22, possiamodedurre che il numero dei neutroni è:

10

22

12

32

2 Sapendo che è un atomo di cobalto e

un suo isotopo, quale delle seguenti affer-

mazioni è corretta?

L’isotopo ha lo stesso numero di neutroni e 1 proto-ne in più del cobalto

L’isotopo ha lo stesso numero di protoni e 33 neu-troni in più del cobalto

L’isotopo ha lo stesso numero di nucleoni del cobalto

L’isotopo ha lo stesso numero di protoni e 1 neutro-ne in più del cobalto

3 Le forze nucleari sono:

Repulsive e agiscono fra elettroni e nucleo nel suoinsieme

Attrattive e agiscono all’interno del nucleo

Repulsive e agiscono all’interno del nucleo

Attrattive e agiscono fra elettroni e nucleo nel suoinsieme

4 Quale delle seguenti affermazioni sulla radioat-tività naturale è corretta?

È dovuta all’emissione spontanea di particelle α odi particelle βÈ dovuta all’emissione spontanea soltanto di parti-celle αÈ dovuta all’emissione spontanea soltanto di parti-cella βÈ dovuta all’emissione spontanea di raggi γ o neu-trini

5 Le particelle a sono formate da:

2 protoni e 2 neutroni

4 elettroni

4 protoni

Protoni, elettroni e neutrini in numero variabile D

C

B

A

D

C

B

A

D

C

B

A

D

C

B

A

Co2760

Co2759

D

C

B

A

Scegli la risposta esatta tra quelle proposte

34 La Fisica moderna

La datazione con il radiocarbonioAccade spesso che scoperte scientifiche fatte in un ambito ristretto e specifico vengano poiapplicate in settori completamente diversi. Un esempio interessante è rappresentato dalcaso del carbonio–14 (il cui simbolo chimico è ), chiamato comunemente radiocarbo-nio.L’isotopo del carbonio subisce spontaneamente il decadimento β a un ritmo ben preci-so secondo la reazione:

Tale isotopo è presente nell’anidride carbonica (CO2) dell’atmosfera in una percentualepiuttosto bassa, ma ben determinata e soprattutto costante nel tempo. Dal momento che laCO2 dell’aria entra in circolo negli organismi viventi, in essi si ritroverà il nella medesi-ma 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 trascorre-re del tempo. Di conseguenza, in base al rilevamento, tramite un contatore, del tasso diradioattività di un reperto archeologico (quale può essere un fossile o qualunque altro ele-mento di origine organica) causato dal radiocarbonio, è possibile risalire alla sua concen-trazione e quindi, con un certa approssimazione, alla data della sua morte.

C614

C614 → N7

14 + β + v

C614

C614

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