pag.1

1
FISICA NUCLEARE

• Atomo e dimensioni atomiche
• Elementi chimici e isotopi
• Le quattro forze fondamentali
• Forza gravitazionale
• Forza elettrica
• Forze nucleari forte
• Forza nucleare debole
• Stabilità e radioattività
• Decadimenti radioattivi
• Il momento magnetico del protone
• La risonanza magnetica

2
LA FISICA ATOMICA e NUCLEARE

• FISICA ATOMICA
• Considera le proprietà dellatomo intero,
  costituito quindi da nucleo ed elettroni. Le
  proprietà più importanti riguardano i legami,
  mediante la condivisione di elettroni, con altri
  atomi (forze elettriche). La fisica atomica
  studia quindi soprattutto i legami molecolari e
  le proprietà dei composti chimici
• FISICA NUCLEARE
• Considera le proprietà del nucleo non studia
  quindi i legami elettronici tra diversi elementi
  ma le caratteristiche del nucleo (stabilità,
  decadimento, fissione, fusione, )

3
LATOMO
Z protoni mp 1.67 10-27 kg q e
1.6 10-19 C N neutroni mn 1.67 10-27
kg q 0 Z elettroni me 9.07
10-31 kg q -e -1.6 10-19 C


Numero di massa A Z N
Notazione
4
LE DIMENSIONI ATOMICHE
5
GLI ELEMENTI CHIMICI
Nella tavola periodica di Mendeleev gli elementi
sono ordinati in funzione di Z
6
GLI ISOTOPI
Gli isotopi di un elemento hanno stesso numero di
protoni Z ma diverso numero di neutroni N e
quindi diverso numero di massa A Rappresentano
una stessa specie chimica ma con diversa
massa In natura uno stesso elemento si può
presentare in più isotopi che possono essere
stabili (cioè rimangono immutati nel tempo) o
instabili (cioè si modificano nel
tempo) Esistono isotopi prodotti artificialmente
dalluomo
7
LE 4 FORZE FONDAMENTALI
Nel nucleo I protoni risentono di forza
elettrostatica e gravitazionale ecco un
confronto eseguito per due protoni
FORZA gravitazionale
FORZA elettrostatica
La forza gravitazionale è trascurabile in fisica
nucleare! I protoni tuttavia dovrebbero
respingersi violentemente
8
LA FORZA FORTE la colla nucleare
Allinterno dei nuclei atomici si manifesta una
ulteriore nuova forza di attrazione, capace di
incollare tra loro i protoni vincendo la loro
repulsione elettrostatica la forza nucleare
forte.

• E sempre attrattiva
• Si manifesta solo a distanze d ? 10-15 m
• Vale tra protoni, tra neutroni, tra protoni e
  neutroni

9
LA FORZA NUCLEARE DEBOLE
Nei nuclei leggeri si vede che quando ci sono
troppi o pochi neutroni il nucleo non è stabile
Elio Z2
Idrogeno Z1
La forza nucleare non basta ancora ci deve
essere unaltra forza responsabile dei
decadimenti nucleari (radioattivi) la forza
nucleare debole
10
STABILITA
Un nucleo è stabile se non si modifica nel tempo.
Molti elementi sono stabili solo come
isotopi. Nel piano Z-N la zona in cui
si concentrano gli elementi stabili è detta
valle della stabilita
N
Stabilita dei nuclei Nuclei leggeri (Z ? 20) ?
N Z Nuclei pesanti (Z gt 20) ? N gt Z
Z
11
INSTABILITA e RADIOATTIVITA
Se un elemento è instabile si modifica emettendo
una particella o una radiazione (decadimento)
questo fenomeno è detto radioattività Il nuovo
elemento ha un diverso Z

• Quali nuclei decadono?
• I nuclei non compresi nella valle di stabilità
• nuclei con troppi protoni (Zgt92)
• nuclei con troppi neutroni
• nuclei con pochi neutroni
• nuclei con troppa energia (fissione)

12
DECADIMENTI RADIOATTIVI
13
CATENE RADIOATTIVE
14
MOMENTO MAGNETICO DEL PROTONE e PRECESSIONE
1. Il nucleo dellidrogeno (ma in genere tutti
i nuclei) può essere assimilato ad una sferetta
che ruota attorno ad un asse e genera un piccolo
campo magnetico (momento magnetico) come una
bussola
2. Se si applica un campo magnetico lasse
compie un moto di precessione (simile al moto
della terra attorno al suo asse)
15
RISONANZA MAGNETICA
3. Un nuovo opportuno campo magnetico può
amplificare la precessione fino a ribaltare il
momento magnetico (risonanza)
4. Il nucleo a riposo ritorna alla situazione
di partenza emettendo una radiazione che può
essere raccolta da un rivelatore esterno