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Znel nucleo : numero atomicoZ = 1 Z = 6 Z = 8 Z = 92 H : C : O : U : ecc… Il numero di neutroni nel nucleo può variare Il numero di massa è la somma di protoni e neutroni; vieneAindicato con Z A Nuclei con stesso e differente sono detti isotopiA A seconda del valore di l’isotopo può essere stabile oppurepuò decadere Se decade è detto radioisotopo
Prof. Paolo Randaccio – paolo.randaccio@ca.infn.it
Servizio di Fisica Sanitaria e Radioprotezione – Università di Cagliari
Un famoso radioisotopo : C14 Gli isotopi sono identificati dal simbolo dell’elementoZ A:chimico corrispondente a e dal numero di massaC 12 Z=6 A=12 : (6 neutroni) ; abbondanza : 99%C 13 Z=6 A=13 : (7 neutroni) ; abbondanza : 1%C 14 Z=6 A=14 : (8 neutroni) ; 1/1000.000.000.000C 12 C 13 sono e stabiliC 14 è un radioisotopo e decade con un tempo diT = 5770 annidimezzamentoC 14 Il viene prodotto nella atmosfera dalla
Quale a sua volta decade in un altro nucleo instabile…..È quanto accade nel caso del U 238, del U 235 e del Th 232, i tre radioisotopi naturali più comuni.La sequenza dei radioisotopi prodotti a partire dal capostipite prende il nome di famiglia radioattiva.L'ultimo discendente di una famiglia radioattiva è un isotopo stabile.Per i tre radioisotopi indicati i discendenti stabili sono rispettivamente Pb206, Pb207 e Pb208.
Prof. Paolo Randaccio – paolo.randaccio@ca.infn.it
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La famiglia radioattiva dell'Uranio 238
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Le condizioni di equilibrio nella famiglia radioattiva
U Possiamo immaginare la famiglia radioattiva come una serie di serbatoi ciascuno dei quali si svuota riempiendo il successivo.
La velocità di svuotamento (-dN/dt) dipende dallivello nel serbatoio (N) e dalle dimensioni della valvola di scarico (N2)
Quando si raggiungono le condizioni di equilibrio le velocità di svuotamento di tutti i serbatoi sono uguali
La velocità di decadimento di un radioisotopo 234N (analoga alla velocità di svuotamento del serbatoio) è chiamata Attività e dipende dalla costante di decadimento
In condizioni di equilibrio le Attività di tutti i radioisotopi della famiglia sono uguali
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Tutti i figli dell’U238 : Q = 51.63 MeVtot α
Isotopo Dec T Q(MeV)
3.05 min 6.11Po218 α β
4.7 10 a 4.27 26.8 min 1.03U 238 Pb214 β β
24.1 g 0.20 19.9 min 3.27Th234 Bi 214 β α μs
6.7 h 2.21
7.83Pa234 Po214 165α β2.5 10a 4.84 22.3 a 0.06U 234 Pb2103α β7.5 10a 4.77 5.01 g 1.16Th230 Bi 2104α α1.6 10a 4.87 138.4 g 5.41Ra226 Po2103α 3.83 g 5.59 stabileRn222 Pb206 Prof. Paolo Randaccio – paolo.randaccio@ca.infn.it Servizio di Fisica Sanitaria e Radioprotezione – Università di Cagliari Effetti prodotti dalla energia emessa dall’U 238 ediscendenti : Q x Numero atomitot La abbondanza frazionaria dell’U238 è di 3 ppm Un kg di roccia contiene circa 3 mg di U 238 3 mg di U 238 corrispondono a 3 10/238 N atomi di U 238-3 AV Complessivamente 7.59 10atoms di U 23818 Energia complessivamente irradiata : 7.59 10x 51.63 10MeV = 3.9218 610eV x 1.6 10J/eV = 3.26 10J = 17.42 kWh !26 -19 7 Ovviamente questa energia viene liberata su tempi molto lunghi …miliardi di anni Ma se non c’è modo di smaltire questa energia, la roccia si scalda sino afondere L’interno dellaTerra è caldo a causa della radioattività naturale, leeruzioni vulcaniche sono un effetto della radioattività!
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Effetti prodotti dai radioisotopi naturali
Le radiazioni emesse dai radioisotopi naturali producono effetti molto evidenti. Il riscaldamento del magma terrestre e di conseguenza terremoti ed eruzioni vulcaniche sono dovuti alla energia rilasciata dal decadimento radioattivo dei radioisotopi naturali. Il Radon, un gas radioattivo naturale, è attualmente la fonte principale di dose da radiazioni ionizzanti per la popolazione. ... Non tutto ciò che è naturale produce effetti positivi sulla salute ...
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Radioisotopi artificiali
Sono prodotti per scopi
medici e industriali utilizzando reattori nucleari acceleratori di particelle.
Il tempo di dimezzamento dei radioisotopi prodotti artificialmente è relativamente breve. Z = 43)
L'elemento Tecnezio (Tc, non esiste in natura, nella tavola periodica c'era un posto vuoto. Il Tc viene prodotto artificialmente ed è molto utilizzato per scopi clinici.
Radioisotopo Tempo di dimezzamento
- Co 60 5.27 anni
- Tc 99 * 6.23 ore
- Alcuni radioisotopi I 125 60 giorni
- artificiali Cs 137 30 anni
- Am 241 433 anni
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I diversi tipi di decadimento
α nucleare : decadimento
Quando un nucleo decade si verifica una variazione del numero di protoni e neutroni
α Nel decadimento il nucleo espelle due protoni e due neutroni
α decadimento (alfa) α particella
nucleo originario nucleo decaduto espulsa
grande energia a causa della repulsioneelettrostatica α• La particella è un nucleo di Elio (He) . Tutto l’Elio presente sulla Terraαha origine dal decadimento dei radioisotopi naturali.Prof. Paolo Randaccio – paolo.randaccio@ca.infn.itServizio di Fisica Sanitaria e Radioprotezione – Università di Cagliari αEsempio di decadimento Z = 92 Nel nucleo del radioisotopo U 238 ci sono 92 protoni e 146 neutroni.A = 238 A-Z = 146 (numero di neutroni)α Z = 90 A seguito del decadimento si trasforma in un nucleo di Th 234.A = 234 A-Z = 144 Z In generale, un nucleo dell’elemento X con numero atomico e numero di massaA Z-2si trasforma in un nucleo dell’elemento Y con numero atomico e numero diA-4massa α−→ +A A 4X Y−Z z 2 Poiché il simbolo chimico dell’elemento identifica univocamente il numeroZ, Z.atomico in genere si trascura la indicazione diα−→ +238 234U ThProf.
Paolo Randaccio – paolo.randaccio@ca.infn.it
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β – Il decadimento Un neutrone del nucleo si trasforma in un protone più un elettrone (e anche un antineutrino…) ν: antineutrinoβ – particella nucleo decaduto espulsa nucleo originario Z Il numero atomico (numero di protoni) cresce di una unitàA Il numero di massa rimane invariato è un elettrone. Viene indicata in questo modoLa particella β per precisare la sua origine nucleare.
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Schema di decadimentoZ = 55) Il Cs 137 (Cesio, decade in Cs 137Z = 56)Ba 137 (Bario, β –β – Il decadimento mantiene Ba 137 *costante il numero complessivo di γA = 137.protoni e neutroni : Il numero di protoni cresce da 55 a 56. Ba 137 In una
Prima fase si ha undecadimento in un nucleo eccitato di Ba 137. (* indica stato eccitato) Il Cs 137 è prodotto in. Successivamente il Ba 137 si porta grande abbondanza dalla in condizioni di stabilità emettendo γ fissione dell'Uranio 235 un fotone di 662 keV.
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Il decadimento. Un protone del nucleo si trasforma in un neutrone più un anti-elettrone (e anche un neutrino...): ν: neutrino β+ particella nucleo decaduto espulsa nucleo originario Z. Il numero atomico diminuisce di una unità A. Il numero di massa rimane invariato + è la antiparticella dell'elettrone, stessa massa. La particella β è carica di segno opposto.
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