Nuclei atomici e isotopi
Il nucleo atomico è costituito da
- protoni, carica positiva
- neutroni, elettricamente neutri
- elettroni, con carica negativa.
Le caratteristiche di un nucleo sono
• numero atomico Z di un elemento rappresenta il numero di protoni presenti nel suo nucleo
• numero di massa A di un elemento rappresenta il numero di nucleoni, neutroni e protoni, presenti nel suo nucleo.
• Il numero di neutroni n presenti in un nucleo è dato dalla differenza A - Z tra numero di massa e numero atomico
• Un atomo è elettricamente neutro, pertanto il numero di protoni è uguale a quello degli elettroni
L’ isotopo è un elemento con lo stesso numero atomico Z ma diverso numero di massa A. Gli isotopi di un elemento hanno tutti le stesse proprietà chimiche ma possono avere un diverso comportamento nucleare.
Anche l’Uranio naturale possiede tre isotopi: U-234, U-235 e U-238, tutti radioattivi.
L’uranio naturale è costituito principalmente dall’isotopo U-238.
L’U-235 è l’unico isotopo fissile naturale. L’U-238 è invece un isotopo cosiddetto fertile, ossia si può trasformare in isotopo fissile, il Plutonio-239, a seguito della cattura di un neutrone da parte del nucleo. Altri isotopi fissili artificiali sono U-233 e Pu-241.
Le reazioni nucleari: FISSIONE e FUSIONE:
Nella fissione un nucleo pesante, generalmente U-235, opportunamente bombardato da neutroni, si scinde in due o più frammenti detti prodotti di fissione, 2-3 neutroni ed energia sotto forma di raggi gamma. I neutroni a loro volta possono indurre altre fissioni innescando una reazione a catena.
FISSIONE NUCLEARE: corrisponde al rilascio di un’enorme quantità di energia per unità di massa di combustibile nucleare e se è innescata da neutroni, è sempre accompagnata dall’emissione di altri neutroni (reazione a catena controllata in un reattore nucleare e produzione continua di energia)
Nel processo di fusione nucleare, due nuclei leggeri, generalmente isotopi dell’Idrogeno, si fondono in un nucleo più pesante di elio (He-4) rilasciando una grande quantità di energia innescata da condizioni di temperatura di qualche decina di milioni di gradi centigradi; in queste condizioni si forma un plasma in cui la probabilità di reazione tra D e T è molto alta.
L’attuale sfida tecnologica per la realizzazione di un reattore a fusione nucleare consiste nella capacità di tenere in vita il plasma per un tempo necessario affinché l’energia prodotta sia superiore a quella utilizzata per innescare la reazione E output > E input
Nel documento allegato avrete un maggiore approfondimento dell'argomento.