Concetti Chiave
- L'Uranio-238 è celebre per la sua radioattività e ha un tempo di dimezzamento di 4,5 miliardi di anni, decadendo fino a diventare Piombo-206.
- La fissione nucleare scinde nuclei pesanti, come l'uranio, in nuclei più leggeri, generando circa 200 MeV di energia e neutroni capaci di innescare reazioni a catena.
- La scoperta della radioattività da parte di Henri Bequerel nel 1896 ha dato origine alla fisica nucleare, introducendo concetti come l'attività e il tempo di dimezzamento dei materiali radioattivi.
- Nella fissione, un nucleo instabile si scinde emettendo neutroni, con una reazione che può diventare critica e autosostenersi se il numero di neutroni rimane costante.
- Elementi come Uranio-238, Uranio-235, Torio-232 e Potassio-40 sono instabili in natura a causa dei loro lunghi tempi di dimezzamento.
Indice
L'uranio-238 e la fissione
Il più famoso degli elementi radioattivi è l’Uranio-238 che dopo vari decadimenti alfa e beta arriva alla stabilità con il Piombo-206. L’uranio-238 ha un tempo di dimezzamento di 4,5 miliardi di anni. I nuclei pesanti (Z>92), se bombardati ad esempio con neutroni, tendono a decadere spezzandosi in due nuclei di massa circa metà della massa di partenza, emettendo inoltre altri neutroni, che possono provocare una reazione a catena.
Energia dalla fissione nucleare
Nella fissione viene emesso un quantitativo di energia pari a circa 200 MeV. Tramite la fissione di un solo grammo di Uranio si potrebbe provvedere al consumo di energia familiare per 5 anni!
Nella fusione, invece, nuclei leggeri (Z
La scoperta nel 1896 da parte di Henri Bequerel della radioattività dell’uranio è all’origine della fisica nucleare. Certi nuclei si trasformano spontaneamente. Il numero di decadimenti al secondo definisce l’attività di un materiale. L’unità di misura dell’attività è il curie: 1 curie=3,7x10^10decadimenti al secondo (1 Bq=q decadimenti al secondo). Il tempo di dimezzamento è il tempo necessario a diminuire l’attività di un fattore 2: t=0,693/lambda. Il tempo di vita medio è uguale a 1/lambda.
Elementi instabili e fissione nucleare
Uranio-238, Uranio-235, Torio-232, Potassio-40 sono gli unici elementi instabili in natura perché hanno tempi di dimezzamento lunghissimi.
La fissione nucleare è il processo per cui un nucleo che cattura un neutrone diventa instabile e si scinde in due nuclei più leggeri. Per ogni fissione vengono emessi in media 2,41 neutroni.
La reazione di fissione si presta molto bene ad un funzionamento a catena: i neutroni prodotti in una fissione possono essere assorbiti da altri nuclidi e provocare nuove fissioni e così via. Una reazione si dice critica quando si auto-sostiene, cioè quando il numero di neutroni si mantiene costante nel tempo.
Domande da interrogazione
- Qual è il ruolo dell'Uranio-238 nella fissione nucleare?
- Quanta energia viene prodotta dalla fissione nucleare e qual è il suo impatto pratico?
- Cosa rende una reazione di fissione nucleare critica?
L'Uranio-238, un elemento radioattivo con un tempo di dimezzamento di 4,5 miliardi di anni, può decadere in Piombo-206. Quando bombardato con neutroni, tende a spezzarsi in due nuclei più leggeri, emettendo neutroni che possono innescare una reazione a catena.
La fissione nucleare emette circa 200 MeV di energia. La fissione di un solo grammo di Uranio può soddisfare il consumo energetico di una famiglia per 5 anni, dimostrando l'efficienza energetica del processo.
Una reazione di fissione è critica quando si auto-sostiene, ovvero quando il numero di neutroni prodotti e assorbiti rimane costante nel tempo, permettendo la continuazione della reazione a catena.
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