Universit

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• Università degli studi di Torino
• Corso SIS AA 2003-2004
•  
• Laboratorio di Fisica Nucleare
• prof. Maina
•  
• Specializzanda Sandra Bramardi
• sandra.bramardi_at_libero.it
•  
•  
•  Studio di isotopi nella variazione climatica e
  datazione di core di sedimento
•  
•  
•  
• La scelta didattica che intendo seguire consente
  di trattare due temi inerenti la fisica nucleare
  analizzando in dettaglio una applicazione pratica
  attraverso la quale i ragazzi possono toccare con
  mano limportanza dei concetti studiati e
  analizzarli in maniera approfondita.
•  
• lo studio degli isotopi
• il fenomeno della radioattività naturale  
•  

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Prerequisiti richiesti
  Ø      Saper leggere a grandi linee la tavola
periodica degli elementi Ø      Conoscere la
differenza tra atomi e molecole Ø      Conoscere
alcuni elementi chimici composti, come
lacqua Ø      Conoscere alcune semplici
trasformazioni chimiche Ø      Saper leggere un
grafico o costruirne uno in base allandamento di
una determinata funzione Ø      Conoscenze
statistiche di base, in particolare sapere
calcolare un fit lineare
Obiettivi didattici
  Ø      Conoscere i componenti del nucleo Ø     
Conoscere il significato fisico di N, Z, A Ø     
Conoscere il significato fisico di isotopo Ø     
Saper valutare la presenza in natura di alcuni
isotopi e capire le cause Ø      Studiare
particolari problematiche fisiche sfruttando il
frazionamento isotopico Ø      Conoscere le leggi
fisiche legate alla radioattività naturale Ø     
Conoscere le caratteristiche delle particelle
alfa e beta Ø      Saper analizzare la catena
radioattiva delluranio e analizzare in dettaglio
alcuni dei decadimenti intermedi, in base a
esigenze sperimentali Ø      Capire il fenomeno
del decadimento radioattivo legato alla datazione
di core di sedimento Ø      Interpretare
fisicamente la tavola periodica degli elementi  
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NUCLEI
NA-Z
ANZ
Z
ISOTOPI
Idrogeno deuterio trizio
due nuclei aventi lo stesso valore di Z e
diversi valori di A, cioè costituiti dello stesso
numero di protoni ma da un numero diverso di
neutroni
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FRAZIONAMENTO ISOTOPICO
E il rapporto tra due isotopi di un elemento, di
cui uno è il più abbondante in natura.
Per il CARBONIO si ha
Dipende dalla produttività biologica (biomassa) e
dallinsolazione a terra
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SPETTROMETRO DI MASSA
I campioni opportunamente controllati e trattati
vengono inseriti nello spettrometro di massa per
la misura del frazionamento isotopico.

• MISURA CON LO SPETTROMETRO DI MASSA
• trasformazione del CaCO3 in fase gassosa (CO2)
• purificazione del gas
• separazione isotopica del gas

CORREZIONE RISPETTO AGLI STANDARD DEI VALORI
OTTENUTI
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SPETTROMETRO DI MASSA
I carbonati cadendo nellacido generano la
seguente reazione chimica   CaCO3 H3PO4 CO2
H2O ...
Il sistema agisce in condizione di vuoto spinto
Il fascio viene deflesso dal campo magnetico
Il campione cade nellacido fosforico iperpuro
Il trattamento termico a -90C congela lacqua
I due gas sono connessi alla ion source tramite
sottili capillari e luguale pressione permette
di avere identici bersagli allinterno dello ion
source.
Nella ion source la CO2 pura viene ionizzata a
CO2.
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SPETTROMETRO DI MASSA

• il fascio viene deflesso e separato nelle
  componenti isotopiche principali

44(12C16O16O) 45(13C16O16O) 46(12C16O18O)

• il rapporto 46/44 e 45/44, riferiti allo
  standard, forniscono il valore di d18O e d13C del
  campione

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(No Transcript)
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onda di 200 anni ricostruita dalle anomalie di
temperatura globale (Mann, Bradley e Hughes,
1998) onda ricostruita (componenti 1,2) dei 200
anni della serie di d18O nei Globigerinoides ruber
Le due onde sono in fase.
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Confronto tra i valori di d13C del core GT90-3 e
il numero annuo di giorni con pioggia gt di 2 mm
sulla piattaforma di Gallipoli (dati storici
dalla stazione meteorologica di Lecce).
Formula sperimentale di Spero (1993) tra
illuminamento in vitro e d13C
Dd13C 0.02 x 12 W/m2 0.24
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RADIOATTIVITÀ NATURALE
La radioattività consiste nel fatto che i nuclei
di alcuni elementi con Zgt80 emettono, a un certo
istante, un corpuscolo, trasformandosi
spontaneamente nel nucleo di un altro elemento.

• particelle alfa, cioè nuclei di atomi di elio
• particelle beta, cioè elettroni

T1/2
periodo di dimezzamento
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Gli elementi radioattivi che si osservano in
natura (come il radio, il radon, ecc.) fanno
parte di tre famiglie radioattive, che sono
indicate con i nomi dei loro capostipiti
Ø      famiglia delluranio (U) Ø      famiglia
del torio (Th) Ø      famiglia dellattinio (Ac)
Lultimo componente di ciascuna famiglia è un
isotopo stabile dellelemento piombo (Pb, Z82).
b
a
210Pb
T1/2 22.3 y
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DATAZIONE DEI CORE
I sedimenti marini sono datati attraverso il

• METODO RADIOMETRICO
• metodo del 210Pb e del 137Cs
• consente la datazione su 200 anni circa trovando
  il rateo di sedimentazione.

La presenza del 210Pb nei sedimenti di recente
estrazione ha due sorgenti principali a)    fall
out dallatmosfera il 210Pb prodotto dal
decadimento del 222Rn emanato in atmosfera si
deposita nel sedimento b)   decadimento in situ
del 226Ra
lattività è valutata con la misura del b di alta
energia del figlio 210Bi (T1/2 5.013 d) in
equilibrio secolare, con rivelatore b a basso
fondo
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DATAZIONE DEI CORE
Per profondità superiori a 17-18 cm lattività
risulta praticamente costante e corrisponde
allattività del 210Pb supportata in situ dal
226Ra
Misura dellattività del 210Pb nel core GT 14 in
funzione della profondità del sedimento. Le linee
tratteggiate e continue indicano lattività
totale e quella in eccesso la linea tratto-punto
è il fit dellattività in eccesso. Nellangolo
inferiore sinistro viene riportata lattività del
137Cs (Bonino el al., 1993).
s 0.064 cm/y
rateo di sedimentazione
con precisione di 5