Appunti di Fisica del reattore nucleare

Revisionato il 14/07/2026

di andreaturno

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Gli appunti di Fisica del reattore nucleare comprendono:- Atomi e nuclei;- Il legame nucleare;- Modelli nucleari;- Decadimenti radioattivi;- Decadimento alfa;- Decadimento beta;- Emissioni …

Esame Fisica del reattore nucleare

Facoltà Ingegneria

Dal corso del Prof. Cicalò Corrado

Università Università degli Studi di Cagliari

A.A. 2022-2023

108 pagine

Appunti esame

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Estratto del documento

Appunti di fisica del reattore nucleare

Atomi e nuclei

L'oggetto di studio del reattore nucleare sono le reazioni di fissione nucleare, che coinvolgono i nuclei fissili. Il processo di fissione è un processo a livello nucleare, quindi dobbiamo capire come è fatto il nucleo e cosa può succedere all'interno di esso. Per fare questo dobbiamo introdurre qualche unità di misura.

Lunghezza

Nel Sistema Internazionale, l'unità di misura è il metro (m) definito come: lo spazio percorso dalla luce, nel vuoto, in 1/299792458 di secondo. Si è pertanto abbandonata la vecchia definizione relativa alla barra di platino-iridio conservata a Sèvres. Un'unità di misura importante è il femtometro (fm) = 10^-15m detto anche fermi. Le altre unità di misura dell'ordine dei fermi. Gli atomi hanno dimensione dell'ordine dell'ångström (1Å = 10^-10m). L'atomo è praticamente vuoto.

Tempo

L'unità di misura è il secondo (s). In campo nucleare e subnucleare si ha a che fare con tempi diversissimi:

Vita di una risonanza adronica: 10^-23s;
Tempo di dimezzamento del 238U: 4,5•10⁹ anni.

Massa

Nel Sistema Internazionale, l'unità di misura della massa è il kg, definito come: la massa del cilindro di Pt-Ir (Platino-Iridio) conservato presso il museo di Sèvres. Un tempo il kg era anche la massa di riferimento, ma in realtà c'è una piccola differenza con la definizione precedente. Si sta cercando di abbandonare la definizione basata sul cilindro di Pt-Ir in favore di un'unità campione realizzabile in loco.

Energia

L'energia siamo abituali a misurarla in Joule o in KiloWattora, nelle scale che ci interessano si misura in elettronVolt (eV).

1 elettronVolt (eV): energia cinetica acquisita da un elettrone accelerato da una differenza di potenziale di 1 Volt.
Questa definizione si può immediatamente legare al Joule tramite questa relazione:
1 eV = q • V = 1,60219•10^-19 C • 1 V = 1,60219•10^-19 J
1 J = 0,6241^4•10-19 eV

Impianti usati sono: keV, MeV, GeV, TeV

Alcuni esempi

13,6 eV: energia di una molecola di ossigeno;
0,2 eV: _fermio di un cerino;
5•10⁶ eV: raggi X;
25 keV: energia degli elettroni in un tubo televisivo;
10⁴ eV: acceleratore adronico;
10¹³: energia massima negli acceleratori di particelle;
10^-1 eV: energia cinetica di una pallina da tennis.

Calcolare quanto vale 1 keV in kWh:

1 eV= 9•V = 1,60219•10^-19 C • 1 V = 1,60219•10^-19 J
1 MeV = 1,602•10^-13 J
1 kWh = 10³ W • 3,6 s = 3,6•10⁶ Ws = 3,6•10⁶J
1 J = ^{1 kWh}/_3,6•10⁶
1 MeV = 6,602•10^-13 kJ/kWh = 4,45•10^-20 kWh
1 kWh = 0,22•10²⁰ MeV = 2,2•10²⁰ MeV

Particelle

Elettrone (e)

Massa a riposo m_e = 9,10954 · 10^-31 kg
Carica elettrica e = 1,60219 · 10^-19 C
Elettroni (e^-) e positroni (e⁺) = annichilazione
I positroni appartengono all'antimateria.

Neutrone (n)

m_n = 1,67495 · 10^-27 kg
Carica elettrica nulla
Se libero decade: n ➔ p+ + e^- + ν (vita media 885,15 minuti)

Protone (p)

Massa a riposo m_p = 1,67265 · 10^-27 kg
Carica elettrica +e

Fotone (g)

Massa e carica nulle

Neutrino (ν)

Massa trascurabile e carica nulla. Ne esistono 6 tipi.

Struttura atomica

L'atomo è formato da un nucleo che contiene protoni e neutroni (nucleoni: p e n) e gli elettroni che costituiscono la nube elettronica che si trova a distanza dell'ångström. Il numero atomico Z di un atomo è il numero di protoni nel nucleo (Z). La carica elettrica totale del nucleo si indica con +Ze, si prende come unità di misura la carica elettrica dell'elettrone e la si moltiplica per Z. Il numero di neutroni nel nucleo si indica con N, ed aumenta man mano che cresce Z. La massa atomica A è la somma di Z ed N: A = Z+N.

Forze fondamentali

All'interno dei nuclei si esercitano le forze, cioè ciò che è responsabile dell'interazione delle particelle che costituiscono la materia:

Tipo di forza	Intensità	Dipendenza dalla distanza	Raggio d'azione
Forza forte	10²	1/r²	4,3 fm
Forza elettromagnetica	10^-4	1/r²	Infinito
Forza debole	10^-15	Da 4df/3 e 1/4f	10^-3 fm
Forza gravitazionale	10^-40	1/r²	Infinito

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