Fisica nucleare e radioattività

La fisica nucleare chiude il programma di fisica del quinto anno del liceo scientifico e collega la relatività, con l'equivalenza tra massa ed energia, a temi molto concreti: la medicina nucleare, la datazione dei reperti, le centrali elettriche e l'energia delle stelle. Questo materiale ti aiuta a ripassarla in modo ordinato, con i concetti e i calcoli più frequenti negli esercizi.

Si parte dalla struttura del nucleo: numero atomico, numero di massa, isotopi e forza nucleare forte, che tiene uniti i nucleoni nonostante la repulsione elettrica tra i protoni. Si passa poi al difetto di massa e all'energia di legame, calcolata con $1$ u $= 931{,}5$ MeV$/c^2$, e alla curva dell'energia di legame per nucleone, con il massimo intorno al ferro-56 che spiega perché sia la fissione sia la fusione liberano energia.

La parte centrale riguarda la radioattività: i decadimenti alfa, beta meno, beta più e gamma, con le regole per completare le equazioni, il diverso potere penetrante delle radiazioni, la legge del decadimento con il tempo di dimezzamento e la datazione con il carbonio-14. L'ultima parte tratta la fissione dell'uranio-235, la reazione a catena, il ruolo del moderatore e delle barre di controllo in un reattore, e la fusione nucleare nel Sole, con il motivo per cui richiede temperature di milioni di kelvin.

Il materiale offre un quiz con domande di calcolo e domande concettuali, ciascuna con i dati necessari nel testo e una spiegazione; un mazzo di flashcard con le definizioni e le regole dei decadimenti; una prova scritta da stampare con otto problemi e domande aperte, dall'energia di legame del deutone all'energia di un chilogrammo di uranio; e un'interrogazione orale in cui l'esaminatore ti fa una domanda alla volta e ti chiede di motivare le risposte.

Il livello è quello del quinto anno del liceo scientifico. Gli esercizi sono originali e i distrattori del quiz riproducono errori frequenti: confondere energia di legame totale e per nucleone, sbagliare il verso della variazione di $Z$ nei decadimenti beta o contare male i tempi di dimezzamento. Puoi usarlo per un ripasso completo o per rivedere un singolo argomento.

• Descrivere la struttura del nucleo e riconoscere gli isotopi
• Spiegare le caratteristiche della forza nucleare forte
• Calcolare difetto di massa ed energia di legame e interpretare la curva dell'energia di legame per nucleone
• Completare equazioni di decadimento alfa, beta e gamma
• Applicare la legge del decadimento radioattivo e la datazione al carbonio-14
• Spiegare fissione, reazione a catena, moderatore e barre di controllo
• Spiegare la fusione nel Sole e confrontarne la resa con la fissione

Materiale di esercitazione elaborato da Zestly.