Emivita (fisica): differenze tra le versioni
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L'[[unità di misura]] più '''consueta''' del tempo di decadimento è l''''emivita''' (''emi'' in [[greco antico]] significa "metà"), o tempo di dimezzamento: corrisponde in particolare ad un rapporto pari alla [[metà]] (1/2 = '''50%'''): viene indicato con T<sub>1/2</sub>. Si tratta di una unità di misura diffusa nella pratica sperimentale: è molto semplice misurare un dimezzamento dell'attività radiativa e confrontarla col tempo ipotizzato. |
L'[[unità di misura]] più '''consueta''' del tempo di decadimento è l''''emivita''' (''emi'' in [[greco antico]] significa "metà"), o tempo di dimezzamento: corrisponde in particolare ad un rapporto pari alla [[metà]] (1/2 = '''50%'''): viene indicato con T<sub>1/2</sub>. Si tratta di una unità di misura diffusa nella pratica sperimentale: è molto semplice misurare un dimezzamento dell'attività radiativa e confrontarla col tempo ipotizzato. |
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L'unità '''naturale''' del tempo di decadimento invece è quella tipica di tutte le funzioni ad andamento esponenziale negativo: si chiama '''[[costante di decadimento]]''', indicata solitamente con la lettera ''k''o con T<sub>1/e</sub>: corrisponde infatti al periodo richiesto |
L'unità '''naturale''' del tempo di decadimento invece è quella tipica di tutte le funzioni ad andamento esponenziale negativo: si chiama '''[[costante di decadimento]]''', indicata solitamente con la lettera ''k''o con T<sub>1/e</sub>: corrisponde infatti al periodo richiesto perché un campione puro (100% di [[concentrazione chimica|concentrazione]]) si riduca ad una concentrazione di 1/e, l'inverso del [[numero di Eulero]]: circa il '''36,8%'''. |
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L'emivita (intesa come grandezza, al di là delle sue unità di misura) è un indice della stabilità di un [[isotopo]]: più breve è l'emivita, meno stabile è l'[[atomo]]. Il decadimento di un atomo viene detto spontaneo in quanto è un fenomeno che avviene naturalmente. Trattasi di un evento stocastico, per cui non si può predire quando un determinato atomo decadrà, ma è possibile determinare la probabilità di decadimento, di cui l'emivita è espressione. |
L'emivita (intesa come grandezza, al di là delle sue unità di misura) è un indice della stabilità di un [[isotopo]]: più breve è l'emivita, meno stabile è l'[[atomo]]. Il decadimento di un atomo viene detto spontaneo in quanto è un fenomeno che avviene naturalmente. Trattasi di un evento stocastico, per cui non si può predire quando un determinato atomo decadrà, ma è possibile determinare la probabilità di decadimento, di cui l'emivita è espressione. |
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Versione delle 17:15, 25 gen 2020
Il tempo di decadimento di un isotopo radioattivo è una grandezza fisica, associabile a diverse unità di misura.
Viene definita come il periodo di tempo occorrente affinché una frazione particolare degli atomi di un campione puro dell'isotopo cessino di esistere (decadano). Il processo di decadimento implicitamente modellato da questo parametro è quello più semplice, cioè una cinetica del primo ordine: l'andamento dei decadimenti più semplici è quello di una funzione matematica del tipo esponenziale negativo.
L'unità di misura più consueta del tempo di decadimento è l'emivita (emi in greco antico significa "metà"), o tempo di dimezzamento: corrisponde in particolare ad un rapporto pari alla metà (1/2 = 50%): viene indicato con T1/2. Si tratta di una unità di misura diffusa nella pratica sperimentale: è molto semplice misurare un dimezzamento dell'attività radiativa e confrontarla col tempo ipotizzato.
L'unità naturale del tempo di decadimento invece è quella tipica di tutte le funzioni ad andamento esponenziale negativo: si chiama costante di decadimento, indicata solitamente con la lettera ko con T1/e: corrisponde infatti al periodo richiesto perché un campione puro (100% di concentrazione) si riduca ad una concentrazione di 1/e, l'inverso del numero di Eulero: circa il 36,8%. L'emivita (intesa come grandezza, al di là delle sue unità di misura) è un indice della stabilità di un isotopo: più breve è l'emivita, meno stabile è l'atomo. Il decadimento di un atomo viene detto spontaneo in quanto è un fenomeno che avviene naturalmente. Trattasi di un evento stocastico, per cui non si può predire quando un determinato atomo decadrà, ma è possibile determinare la probabilità di decadimento, di cui l'emivita è espressione.
Descrizione
Tutti gli atomi di una data sostanza radioattiva hanno la stessa probabilità di disintegrarsi in un dato tempo, di modo che un campione apprezzabile di materiale radioattivo, contenente milioni di atomi, subisca un cambiamento o una disintegrazione, con un tasso costante. Questo tasso con cui il materiale si trasforma è espresso in termini di emivita e cioè come il tempo richiesto per la disintegrazione di metà degli atomi inizialmente presenti. Questo tempo è costante per ogni dato isotopo.
L'emivita dei materiali radioattivi varia da frazioni di secondo per i più instabili, fino a miliardi di anni per quelli che sono solo leggermente instabili. Il decadimento si dice avvenga da un nucleo genitore che produce un nucleo figlio. Il decadimento può produrre particelle alfa, particelle beta e neutrini. Raggi gamma possono essere prodotti al termine della diseccitazione del nucleo, ma questo avviene solo dopo che il decadimento alfa o beta hanno avuto luogo.
Il decadimento radioattivo dà luogo ad una perdita di massa, che viene convertita in energia (energia di decadimento) secondo la formula E = mc2. Spesso il nuclide figlio è anch'esso radioattivo, e così via lungo una linea di varie generazioni successive di nuclei, fino al raggiungimento di un nucleo stabile. Nella tabella seguente sono mostrate le tre serie di decadimento riscontrabili in natura:
Serie | Isotopo di partenza | Emivita | Isotopo stabile finale |
---|---|---|---|
radio | uranio-238 | 4.47 miliardi di anni | piombo-206 |
attinio | uranio-235 | 0.704 miliardi di anni | piombo-207 |
torio | torio-232 | 14.1 miliardi di anni | piombo-208 |
Nota: esistono altri isotopi radioattivi naturali come il Carbonio-14 ma non fanno parte di una serie.
Spiegazione matematica
Il tempo di decadimento considera la legge di decadimento elementare, che corrisponde ad un andamento nel tempo della densità di numero (in un punto del materiale) di tipo esponenziale negativo[1][2]:
dove λ è detta costante di decadimento o di disintegrazione, che dipende dal tipo di decadimento e dalla specie nucleare considerata, ma non è influenzata né da agenti fisici come la temperatura, né dalla popolazione di atomi presenti, dato che ogni decadimento è un processo indipendente[3].
Definendo in tempo in cui si dimezza, si pone:
Esplicitando si ottiene la espressione del rapporto tra emivita (costante del logaritmo in base 2) e costante di decadimento (naturale: del logaritmo in base e):
ovvero, sostituendo il valore approssimato a tre cifre significative del logaritmo naturale di 2:
In altri termini, con buona approssimazione, la costante di decadimento (naturale) è un po' meno di una volta e mezzo il tempo di dimezzamento:
Bibliografia
- Giorgio Bendiscioli, Fenomeni Radioattivi, Springer, 2013, ISBN 978-88-470-5452-3.
- Ugo Amaldi, Fisica delle Radiazioni, Bollati Boringhieri, 1971, ISBN 88-339-5063-8.
Note
- ^ Giorgio Bendiscioli, Fenomeni radioattivi, Springer, 2013, ISBN 978-88-470-5452-3. p. 5
- ^ Ugo Amaldi, Fisica delle Radiazioni, Bollati Boringhieri, 1971, ISBN 88-339-5063-8. pp. 246-248
- ^ Giorgio Bendiscioli, Fenomeni radioattivi, Springer, 2013, ISBN 978-88-470-5452-3. p. 4
Voci correlate
Altri progetti
- Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su emivita
Collegamenti esterni
- (EN) IUPAC Gold Book, "half life", su goldbook.iupac.org.
- (EN) IUPAC Gold Book, "half life of a radionuclide", su goldbook.iupac.org.