Domande e Appunti di Fondamenti e Applicazioni dell'Energia Nucleare - Modulo 1

ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITÀ DI BOLOGNA

Laurea in Ingegneria Energetica

Appunti Completi - Domande d'esame

FONDAMENTI E APPLICAZIONI DELL’ENERGIA NUCLEARE T

Modulo 1

Prof. Ing. Emanuele Ghedini

Anno Accademico 2021-2022

ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITÀ DI BOLOGNA

LAUREA IN INGEGNERIA ENERGETICA

Appunti Completi - Domande d’esame

FONDAMENTI E APPLICAZIONI DELL’ENERGIA NUCLEARE T

MODULO 1

PROF. ING. EMANUELE GHEDINI

Anno Accademico 2021-2022

Radioattività Legge de decadimento radioattivo

Def: Insieme di processi nucleari tramite ai quali un nucleo atomico instabile decade tramite uno o più canali caratterizzati dall'emissione di radiazione, in tempi stabiliti in un certo intervallo di masse, obbedendo a leggi di decadimento radioattivo.

La transmutazione avviene tramite l'emissione da parte del nucleo instabile, intorno di una serie di particelle:

• Particella α (Nucleo di He)
• Particella β (Elettrone)
• Fotoni (Raggi γ) (Energia di un fotone è data da: E = hν)

Legge del decadimento radioattivo

N(t) = numero invariabile di nuclei non ancora decaduti

N_e(t) = variazione di nuclei generata dalla loro transmutazione dall'atto iniziale di decadimento fino alla regione considerata

La costante di decadimento dipende dal tipo di nucleo e dalla tipologia di emissione (se c'è interesse).

Si analizza quindi:

dN(t) = -λN(t)dt ↔ dN(t)/dt = -λN(t) (Legge di decadimento radioattivo)

x oss: La variazione di nuclei dovuta alla loro transmutazione è proporzionale a N(t) ovvero al numero intero di nuclei.

- λ terminic λN(t) è detto attività (unità Beq)

- N₀ = N(t=0)

- λ segno "-" testimonia il fatto che il numero di nuclei instabili sia sempre in diminuzione

Risoluzione:

dN/dt = -λN → dN/N = -λdt

∫_t=0 dN/N = ∫_t=0^t -λdt → Ln(N) = -λt → N(t) = Ce^-λt

N(t=0) = N₀ ↔ N(t=0) = C = N₀ ↔ = N₀

N(t) = N₀e^-λt → decadimento di nuclei N(t)

Ora si introduce N₀ il quale indica il numero di un certo nuclide la formula del decadimento radioattivo significa che la probabilità che nuclei sopraviva fino all'istante t

N(t)= e^-λt = prob. che un nucleo sopravviva fino all'istante t

In maniera complementare possiamo definire la probabilità che un nucleo subisca (o trasmuti) in un intervallo temporale infinitesimo nel sistema chiuso:

ρ(t)= λ

Trattandosi di una funziona di probabilità si dovrà avere:

• ∫₀ ^∞ p(t)dt = 1
• ∫₀ ^∞ p(t)dt = ∫₀ ^∞ λe^-λt = 1

Definiamo inoltre:

• Def. vita media t=∫₀ ^∞ tp(t)dt = ∫₀ ^∞ tλe^-λt= ₁/ ^λ

N(T_1/2)= _N0/ ² = e^-λT_1/2

Nella cattura ideale di atomi nuovi detto che altri nuovi non possano ancora scontrarsi nel mezzo nucleo considerato accenno così: N(t). Per tenere conto di ciò si utilizza la seguente formula:

dN(t) = -λN(t)+R(t)

Reazioni di Collisione Nucleo-Neutrone

• Scattering
  • Elastico
    • Potenziale
    • Di risonanza
• Cattura neutronica (n,γ)
• Fissione
• Reazioni di moltiplicazione (n,2n)

Scattering: Le reazioni di scattering si caratterizzano per il fatto che il neutrone non provoca la formazione di un nucleo composto (S.E., P.E.) oppure le prove di un modo quantistico del nucleo di rilasciare energia come radiazione gamma e le molecole (s... Elas... di risonanza e seguire conversione ... (S. Elastico di Risonanza e S. Anelastico).

Scattering Elastico Potenziale

(¹_ZA) → (¹_ZA')

• Non si ha di formazione di nucleo composto
• Il neutrone inerente coglie col nucleo con un urto elastico (> non vi è scambio notevole di quantità o moto)
• Il neutrone viene alzato con un nodo o radiazione basica, ma coi stringere comune.

Scattering Elastico di Risonanza

La collisione neutrone-nucleo porta alla formazione di un nucleo composto in uno stato preeccitat... risultato il nucleo composto scura in uno stato apparente in qualità di regio ... al rilasciato col nucleo ... appare da quella di risonanza o rammarico rimanendo con allo stato fondamentale preevolente alla ripezzione.

n + (¹_ZA) → (¹_ZA') + n + (¹_ZA)

Avendo inoltre:

E_i