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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