ISTITUZIONI DI FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE
Anno accademico 2015/2016 - 3° annoCrediti: 6
SSD: FIS/04 - FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE
Organizzazione didattica: 150 ore d'impegno totale, 102 di studio individuale, 48 di lezione frontale
Semestre: 2°
Prerequisiti richiesti
Conoscenza della Fisica Generale, Derivate, Integrali, Equazioni differenziali.
Frequenza lezioni
Obbligatoria
Contenuti del corso
Il Corso si articola in 13 settimane. Per ciascuna settimana si svolgono 3+2 ore di lezioni frontali
Il nucleo atomico
Costituzione del nucleo. Massa. Forma. Dimensione. Difetto di massa ed energia di legame. Formula semiempirica delle masse (Weisszacher). Considerazioni generali sulla instabilità nucleare. Instabilità nucleare rispetto all’emissione alfa, beta e fissione spontanea. Nuclei alfa-emettitori naturali. (1 settimana)
Decadimento radioattivo
Legge del decadimento radioattivo. Costante di decadimento l, tempo di dimezzamento T1/2, vita media t. Attività di una sorgente radioattiva. Decadimenti multimodali. Decadimenti successivi. Le 4 famiglie radioattive naturali. Produzione di radionuclidi artificiali (Attivazione). Metodo di datazione con il 14C. (2 settimana)
Decadimento alfa
Generalità. Spettro energetico delle alfa. Trasmissione attraverso una barriera. Effetto Tunnel. Fattore di Gamow. Dipendenza di l e T1/2 dall’energia di emissione (Formula di Geiger-Nuttal). Barriera Coulombiana e centrifuga . Equazione di Schrödinger (in coordinate polari). Conservazione del momento angolare. (3 settimana)
Modelli Nucleari
Modello a goccia liquida. Modello a gas di Fermi. Introduzione al modello a particelle indipendenti Modello a shell. Livelli energetici. Potenziale di Wood-Saxon. Interazione di spin-orbita. Numeri Magici. Splitting dei livelli energetici. (4 settimana)
Energia dei nucleoni nel nucleo. Livelli legati, livelli virtuali. Stati eccitati nel modello a shell del nucleo. Interazione residua. Proprietà del ground state dei nuclei: spin e parità. (5 settimana)
Momenti nucleari
Momento angolare orbitale e di spin. Momento di dipolo magnetico. Magnetone di Bohr. Magnetone nucleare. Momento magnetico del nucleone e del nucleo con A-pari. Linee di Schmidt. (6 settimana)
Momenti di multipolo elettrico dei nuclei. Momento di quadrupolo elettrico e nuclei deformati. Cenni sul modello collettivo: bande rotazionali e vibrazionali. Cenni sul modello unificato: livelli di Nilsson. (7 settimana)
Decadimento beta
Il decadimento beta dal punto di vista energetico. Struttura degli spettri in energia: end-point e neutrino. Golden Rule n.2. Teoria elementare di Fermi: matrice di transizione Hif. Transizioni permesse di Fermi (F) e Gamow-Teller (G-T). Transizioni proibite. (8 settimana)
Spettro beta: dipendenza dalla matrice di sovrapposizione e dal fattore statistico. Kurie-plot. Esempi di transizioni b permesse, super-permesse. (9 settimana)
Decadimento gamma
Generalità. Energetica nel decadimento γ. Origine della transizione e classificazione in base alla multipolarità e tipo. Leggi di conservazione del momento angolare e della parità nelle transizioni. (10 settimana)
Probabilità di transizione multipolari elettriche W(EL) e magnetiche W(ML) (stime teoriche di Weisskopf). Decadimento per conversione interna lIC. Stati metastabili. (11 settimana)
Collisioni nucleari
Q-valore. Cinematica a 2 corpi: studio nel sistema di riferimento del laboratorio e nel C.M. Energia di soglia. Definizione di sezione d’urto. Sez. d’urto elastica, inelastica e di reazione. Sez. d’urto differenziale. Angolo solido. (12 settimana)
Cenni sui meccanismi di reazione dirette e di nucleo composto. Risonanze nella sezione d’urto di N.C. Formula di Breit-Wigner. Misura della sezione d’urto differenziale sperimentale. (13 settimana)
Testi di riferimento
TESTI DI RIFERIMENTO ( in ordine alfabetico)
- H.A.Enge: Introduction to Nuclear Physics (Addison Wesley Pub.Co.)
- J.S.Lilley: Nuclear Physics- Principles and Applications (J.Wiley&Sons, Ltd)
- B. Povh, K. Rith, C. Scholz, F. Zetsche: Particelle e nuclei. Un' introduzione ai concetti fisici (Bollati Boringhieri)
- W .S.C. Williams: Nuclear and Particle Physics, (Claredon Press, Oxford)
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | *1. Il nucleo atomico | 1 Cap 1; 2 Cap 1.3; 3 Cap 2.3 |
| 2 | 2. *Decadimento radioattivo | 1 Cap 8; 2 Cap 1.5; 3 Cap 3; 4 Cap 2 |
| 3 | 3. *Decadimento | 1 Cap 10; 2 Cap 3.4; 4 Cap 6 |
| 4 | 4.* Modelli Nucleari | 1 Cap 6, 2 Cap 2.3 2.4 2.5; 4 Cap 8; 3 Cap 17.3 |
| 5 | 5.*Momenti nucleari | 1 Cap 5; 3 Cap 17.3; 4 Cap 4 |
| 6 | *6. Decadimento beta | 1 Cap 11; 2 Cap 3.3; 3 Cap 17.3; 4 Cap 12.5-12.7 |
| 7 | *7. Decadimento gamma | 1 Cap 9; 2 Cap 3.2; 4 Cap 11.6-11.9 |
| 8 | *8. Collisioni nucleari | 1 Cap 13; 2 Cap 1.6 |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
Esame orale
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
- Modello a Shell
- Legge del decadimento radioattivo
- Effetto Tunnel
- Spettri β e end-point
- Leggi di conservazione del momento angolare e parità nelle transizioni gamma
- Misura della sezione d’urto differenziale sperimentale