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Curva caratteristica di un diodo

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Cella fotovoltaica

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Cenni di Fisica dei Nuclei• Nucleo atomico• Forze nucleari• Decadimento radioattivo

– Decadimento alfa– Decadimento beta– Decadimento gamma

• Catene di decadimento

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Nucleo Atomico

• Nucleoni• Protoni: carica positiva

p+ = 1.602 10-19 C mp = 1836.2 me

• Neutroni: privo di carica mn = 1838.7 me

• Z numero di protoni• N numero di neutroni• A numero di massa

A=Z+NEC A

Z⇒146

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Nucleo Atomico

• Isotopi: – Z costante – N variabile

• Isotoni:– N costante– Z variabile

• Isobari:– A costante– Z, N variabili

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Massa e Energia dei Nuclei

• La massa dei nuclei è più piccola di quella dei costituenti

• M c2 < Zmp c2 + Nmn c2

• La differenza delle masse è l’energia di legame

• L’energia di legame è l’energia necessaria per dissociare il nucleo nei singoli costituenti oppure l’energia che viene rilasciata quando N neutroni e Z protoni formano un nucleo di massa A = Z + N

• Reazione di fissione e fusione nucleare

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Esempio

• Atomic Mass Unity (AMU)– 1 amu = 1/12 massa di 12C = 1.66 10-24 g– mp = 1.007596 * 1.66 1024 g– mn = 1.008486 * 1.66 1024 g

• M(18O) = 17.99916 * 1.66 1024 g– Z = 8, N = 10– B = (Z* mp + N*mn – M) c2

– B(18O) = 1.382 *105 keV

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Forza Forte

• Repulsione elettrostatica fra i protoni

• Interazione nucleare forte o forza adronica

• Agisce solo fra nucleoni• E’ trascurabile a distanze

superiori a circa 10-15 m• Per nuclei leggeri la

massima stabilità si ha per Z = N

• Nei nuclei pesanti diventa importante la repulsione elettrica fra i protoni

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Reazioni Nucleari• Chiamiamo Q la differenza di massa fra le particelle

iniziali e quelle finali• La reazione sarà:

– Endotermica (Q<0) se occorre fornire energia perché abbia luogo

– Esotermica (Q>0) se la reazione provoca un rilascio di energia

– A + a B + b – Q = (mA + ma – mB + mb) c2

• Esempio: OHHeN 178

11

42

147 +→+

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Decadimento Radioattivo• Solo certi nuclei si

trovano in una configurazione stabile (Stato di minima energia)

• Altri nuclei decadono verso una situazione energetica più stabile emettendo particelle o radiazione elettromagnetica

• I nucleoni si trovano su livelli energetici in modo simile agli elettroni in un atomo (modello nucleare a shell)

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Decadimento Alfa• Si ha principalmente in

nuclei pesanti• Emissione di particelle α• Nucleo di Elio

• Tipica reazione

• Nel caso dell’Uranio

He42→α

α+⇒ −−− 242 N

AZN

AZ XX

α+⇒ ThU 23490

23892

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Decadimento beta• Il decadimento β

consiste nella emissione di:– Un e- e converte un

neutrone in un protone

– Un e+ (positrone) e converte un protone in un neutrone

ν

ν

++→

++→+

−

enpepn

Z

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Esempi

+

−

+→

+→

eBC

eNC115

116

147

146

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Decadimento gamma

• Nuclei che si trovano in un livello eccitato tornano nello stato fondamentale emettendo un raggio γ

• La radiazione gamma èformata da onde elettromagnetiche molto energetiche

• λ < 10-15 m• Ν > 1013 Hz• E > 1 MeV

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Leggi del decadimento radioattivo

Ttt

t eNeNeNtN ⋅−−− ⋅=⋅=⋅= 44.1

000)( τλ

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Leggi del decadimento radioattivo

• Supponendo di avere inizialmente N0 nuclidi si avrà:

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Equilibrio radioattivo di una catena

• La velocità con cui una certa quantità N di nuclidi diminuisce è data:

• D = N λ• Se si isola una certa quantità di un nuclide

capostipite, questo inizierà a decadere nel nuclide N2

• Ogni nuclide della serie arriverà ad una situazione in cui la velocità di produzione uguaglia quella di decadimento:

• N1λ1 = N2 λ2 = N3 λ3 = …..• La condizione di equilibrio sarà:

11 NNi

i λλ

=

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Radioattività ambientale

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Catena di decadimento dell’uranio 238

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Datazione con isotopi radioattivi