Numero di protoni Z TAVOLA TAVOLADEI DEINUCLIDI NUCLIDI www.nndc.bnl.gov Numero di neutroni N TAVOLA TAVOLADEI DEINUCLIDI NUCLIDI www.nndc.bnl.gov TAVOLA TAVOLADEI DEINUCLIDI NUCLIDI Con il termine nuclide si indicano tutti gli isotopi conosciuti di elementi chimici Numero di protoni Z • Stabili: 279 • Instabili: ~ 5000 Con il termine radionuclide si indicano tutti gli isotopi instabili che decadono emettendo energia sotto forma di radiazioni (particelle e/o radiazioni e.m.) Numero di neutroni N LA LALEGGE LEGGEDEL DELDECADIMENTO DECADIMENTORADIOATTIVO RADIOATTIVO L’istante esatto in cui un radionuclide decadrà non si può prevedere esattamente. Si può tuttavia notare che il numero di decadimenti che avvengono in una sostanza radiaottiva rispetta una legge statistica ben precisa. Consideriamo una sostanza radioattiva contenente, ad un generico istante t, un numero N di nuclei molto grande. Il numero di nuclei N che ci si aspetta che decadono in un intervallo t è proporzionale all’intervallo di tempo e al numero N di nuclei presenti: N N t Il segno meno indica il fatto che il numero di atomi diminuisce nel tempo è detta costante di decadimento, ha le dimensioni di un inverso del tempo (s-1) e rappresenta una probabilità di decadimento per unità di tempo, tanto maggiore è il suo valore, tanto più alta è la probabilità di decadimento. ESEMPIO: Il valore della costante di decadimento dipende in modo critico dal radionuclide considerato: 60Co probabilità di 1/240 milioni di disintegrarsi in un secondo ≈ 4 · 10-9 s-1 238U probabilità di 1/(2·1017) 219Rn probabilità di circa 1/6 ≈ 5 · 10-18 s-1 ≈ 0.17 s-1 Quanto maggiore è , tanto più elevata è la frequenza dei decadimenti LA LALEGGE LEGGEDEL DELDECADIMENTO DECADIMENTORADIOATTIVO RADIOATTIVO dN N dt 1.5 N 1.4 1.3 N N0 e Risolvendo l’equazione differenziale si ottiene la legge del decadimento radioattivo: t dove si è indicato con N0 il numero di nuclei di cui è costituito il campione radioattivo al tempo t=0: 1.2 1.1 N0 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 N0.5 0/2 1 vita media 0.4 N0/e 0.3 N0/4 0.2 0.1 0.0 0.0 0.5 T1/2 1.0 1.5 22.0T1/2 2.5 3.0 3.5 t4.0 Anche il valore del tempo di dimezzamento (e vita media) dipende ovviamente dal radionuclide considerato. Esempio: a parità di elemento chimico: 219Th: T1 2 ln 2 0.693 tempo di dimezzamento tempo che deve trascorrere affinché il numero di nuclei si riduca della metà T1/2 =10-6 secondi 232Th: T = 1010 anni 1/2 LA LALEGGE LEGGEDEL DELDECADIMENTO DECADIMENTORADIOATTIVO RADIOATTIVO(dimostrazione) (dimostrazione) dN N dt Separo le variabili dN dt N Integro ambo i membri ln N t C N e t C C è una costante. Dalla definizione di logaritmo Indicando con N0 il numero di nuclei di cui è costituito il campione al tempo t=0 si ha: N 0 e 0C e C N e t C e e C Quindi: t N0 e t N N0 e t LA LALEGGE LEGGEDEL DELDECADIMENTO DECADIMENTORADIOATTIVO RADIOATTIVO Una grandezza che esprime la “velocità” di decadimento di una data sostanza radioattiva è l’attività: N A N t Essa esprime il numero di decadimenti in una unità di tempo. Unità di misura nel S.I. Becquerel (Bq) 1 Bq equivale ad 1 disintegrazione al secondo L’unità di misura originaria dell’attività, ormai “in disuso” è il Curie (Ci) 1 Ci = 3.7 × 1010 Bq La legge di decadimento si può quindi esprimere anche in termini di attività: 1.5 A A0 e t A 1.4 1.3 1.2 1.1 A0 1.0 0.9 dove si è indicato con A0 l’attività del campione al tempo t=0: 0.8 0.7 0.6 A00.5 /2 0.4 A0/e 0.3 A0/4 0.2 0.1 0.0 0.0 0.5 T1/2 1.0 1.5 22.0T1/2 2.5 3.0 3.5 t4.0 IL ILTEMPO TEMPODI DIDIMEZZAMENTO DIMEZZAMENTO 1 1 1 1 1 2 4 8 16 0 1 2 3 4 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 1 Trascorsi n tempi di dimezzamento, l’attività iniziale si è ridotta a: 2 n CALCOLO CALCOLODELL’ATTIVITA’ DELL’ATTIVITA’DI DIUNA UNASOSTANZA SOSTANZARADIOATTIVA RADIOATTIVA Nota la massa m (grammi) di una sorgente radioattiva con costante di decadimento , la sua attività è pari a: m A N NA A A è il numero di massa e NA il numero di Avogadro ESEMPIO: Calcolare l’attività di 1g di 226Ra sapendo che il tempo di dimezzamento è pari a 1600 anni. Determinare inoltre il valore dell’attività dopo 3200 anni e dopo 2000 anni. T12 1600 anni 5 1010 s ln 2 m AN NA T1/ 2 A AN 0.693 1 23 10 6 . 02 10 3 . 7 10 Bq 10 5 10 226 Essendo il tempo di dimezzamento pari a 1600 anni, dopo 3200 anni (ossia dopo 2 tempi di ln 2 dimezzamento) l’attività si sarà ridotta di un fattore 4: 2T1 / 2 A T1 / 2 A(2 T1/ 2 ) A0 e 0 0.9 1010 Bq 4 L’attività dopo 2000 anni la si ricava dalla legge di decadimento: A(2000 anni ) 3.6 1010 Bq e ln 2 2000 anni 1600 anni 3.7 1010 Bq 0.42 1.6 1010 Bq ESEMPI: Calcolare l’attività di 40K in una banana, sapendo che essa contiene 525 mg di potassio. (T1/2 del 40K =1.26 109 anni, percentuale isotopica 40K : 0.01%) T12 1.26 109 anni 4 1016 s AN ln 2 m NA T1/ 2 A m è la massa (in grammi) del solo 40K. E’ pari allo 0.01% della massa totale di K m 525 10 3 g 0.01 525 10 7 g 100 0.693 525 10 7 23 A 6 . 02 10 14 Bq 16 4 10 40 Nel corpo umano di un adulto vi sono circa 160 grammi di potassio, contenuti essenzialmente nelle ossa. E’ quindi una sorgente naturale di 40K la cui attività è: 0.693 160 10 4 g 23 A 6 . 02 10 4000 Bq 16 4 10 s 40 ESEMPIO: Un rivelatore di radiazione sta misurando un'attività di 2000 Bq. Sapendo che il campione radioattivo è costituito da isotopi di 131I il cui tempo di dimezzamento è di 8 giorni, si chiede quale era la sua attività 40 giorni fa. Si chiede inoltre quanto tempo occorre aspettare affinché l'attività si riduca a 100 Bq. t A0 2000 e A A0 e t A0 A e ln 2 40 8 64000 Bq In effetti 40 giorni corrispondono a 5 tempi di dimezzamento e si ritrova che: 1 A(5T1/ 2 ) A0 2 5 5 1 2000 Bq 64000 Bq 2 A T1/ 2 A0 1 A0 A t ln e ln t t ln t A ln 2 A A0 A0 T1/ 2 A0 8 2000 t ln ln 35 giorni ln 2 A ln 2 100