Informazioni su questo esperimento
Non si può mai sapere quando un singolo nucleo radioattivo decadrà. Potrebbe accadere nel secondo successivo oppure tra mille anni. In un campione grande, però, la stessa frazione di nuclei decade in ogni intervallo di tempo uguale, quindi il numero rimanente si dimezza più e più volte a un ritmo costante. Questo intervallo è l’emivita. Osserva il decadimento casuale dei nuclei di un campione, ascolta il contatore Geiger, confronta il risultato con la previsione regolare e scopri perché i campioni più grandi seguono la curva più da vicino.
Obiettivi di apprendimento
- Descrivere il decadimento radioattivo come un processo casuale
- Definire l’emivita e ricavarla da una curva di decadimento
- Calcolare la quantità rimanente dopo un numero intero di emivite
- Spiegare perché l’attività diminuisce allo stesso modo del numero di nuclei
- Spiegare perché i campioni piccoli seguono la previsione meno fedelmente di quelli grandi
Come si usa
- 1Premi «Avvia» e osserva. Riesci a prevedere quale nucleo decadrà per primo?
- 2Usa tre volte «Semiperiodo successivo». Annota ogni volta il numero rimasto e confrontalo con 400, 200, 100 e 50.
- 3Premi «Nuovo campione» alcune volte con 100 nuclei. Di quanto cambia il semiperiodo misurato? Ripeti con 1600 nuclei.
- 4Imposta il grafico su «Attività». Come cambia l’attività dopo ogni semiperiodo?
- 5Cambia isotopo. Cambia la forma del grafico o solo la scala temporale?
- 6Attiva i clic del contatore Geiger e ascolta la frequenza di conteggio diminuire mentre il campione decade.
Il modello
Ipotesi
- Ogni nucleo decade in modo indipendente con la stessa probabilità per unità di tempo. I tempi di decadimento sono generati con un generatore casuale inizializzato con un seme fisso, perciò ogni numero di campione dà sempre lo stesso risultato.
- Il tempo è misurato in tempi di dimezzamento e convertito in secondi, giorni o anni per l’isotopo scelto. La velocità di riproduzione cambia solo la rapidità con cui scorre l’orologio sullo schermo.
- In questo caso, i prodotti del decadimento non sono radioattivi. Le catene di decadimento reali, come quella dell’uranio-238, contengono molti discendenti radioattivi.
- Non c’è radiazione di fondo e il contatore Geiger rileva ogni decadimento.
Provalo in classe
- Q1Un campione di iodio-131 ha un’attività di 800 Bq. Quale sarà la sua attività dopo 24 giorni?
- Q2Dopo quanti tempi di dimezzamento rimane meno dell’1 % del campione?
- Q3Un pezzo di legno contiene il 25 % del carbonio-14 presente nel legno vivo. Quanti anni ha?
- Q4Perché è impossibile dire esattamente quando decadrà un singolo nucleo, anche se il tempo di dimezzamento è noto con precisione?
- Q5Perché per i traccianti medici si usano isotopi con tempi di dimezzamento brevi invece di isotopi con tempi lunghi?
Domande frequenti
La probabilità che un nucleo decada aumenta con l’età?
No. Un nucleo non invecchia. La probabilità che decada nel secondo successivo è la stessa, sia che si sia formato un istante fa sia che risalga a un miliardo di anni fa. Per questo, a ogni tempo di dimezzamento decade la stessa percentuale.
Perché il tempo di dimezzamento misurato non è esattamente 1?
Perché il decadimento è casuale. In un campione di 100 nuclei, il tempo necessario perché 50 decadano varia da un campione all’altro. Più nuclei ci sono, minore è la variazione; i campioni reali contengono miliardi di miliardi di nuclei e seguono quindi la curva quasi esattamente.
Il riscaldamento o la pressione possono modificare il tempo di dimezzamento?
Praticamente no. Il decadimento radioattivo avviene all’interno del nucleo e le normali temperature, pressioni e reazioni chimiche lo influenzano a malapena. È questo che rende affidabile la datazione radioattiva.