JANIS
3.2
LA
BIBBIA DEGLI ISOTOPI !
Fig.1
Per tutti coloro che sono veramente appassionati al
mondo della radioattività propongo un programma estremamente potente,
professionale e completamente gratuito, scaricabile liberamente dal sito della
NEA “Nuclear Energy Agency”.
Il suo nome è JANIS.
Ormai giunto alla versione 3.2, esso non è altro che
una splendida interfaccia ai database “mondiali” degli isotopi riguardanti reazioni nucleari di fusione, fissione,
decadimento ecc.. chiamati EVA, EXFOR CINDA ecc… che come già detto offrono
qualsiasi dato riguardante un singolo isotopo.
Prima di affrontare l’argomento voglio soltanto
rinfrescarvi la memoria dicendovi che:
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Un
isòtopo è un atomo di uno stesso
elemento
chimico, e quindi con lo stesso numero atomico Z,
ma con differente numero di massa A,
e quindi differente massa atomica M. La differenza dei
numeri di massa è dovuta ad un diverso numero di neutroni presenti nel nucleo dell'atomo a parità di
numero atomico |
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Un Isomero è un isotopo che differisce solo dallo stato di eccitamento.
Insomma, ha immagazzinata + energia del dovuto. |
Andate immediatamente sulla pagina http://www.oecd-nea.org/janis/download.html
nella sezione download.
Fig.2
Vi consiglio di scaricare la versione .iso in quanto
a differenza del solo eseguibile sito all’interno della cartella .zip sono
inclusi tutti i database già interfacciati alla piattaforma senza dover
necessariamente essere collegati ad internet.
Bene, ora che avete scaricato l’iso, o masterizzate
il DVD e lanciate l’applicazione oppure con l’aiuto di un software come
Magiciso o Ultraiso caricate il DVD in una periferica virtuale in modo da avere
un dvd fittizio e lanciate l’applicazione.
Fig.3
Nella colonna in basso a sinistra appariranno 2 database,
il primo LOCAL ed il secondo NEA. Il database LOCAL è quello locale ovvero sito
nel DVD, mentre il database NEA è in rete sul sito della NEA ed è completamente
free.
Per i nostri scopi, ovvero sapere solo i dati
caratteristici di un singolo isotopo, cliccate NEA o Local→ Radioactive data → Jeff 3.1.1 → Radioactie decay.
NEA- Come già detto
è il database in rete
Radioactive data – è una
indicazione sul tipo di librerie
JEFF 3.1.1 – E’ la
libreria. Essa a differenza delle altre (ENDF Exfor ecc..) è molto più completa
ed aggiornata
Radioactive
decay
– è l’argomento prelevato dalla libreria.
Scelto l’argomento nella grande finestra sulla
destra apparirà la carta degli isotopi che non è altro che una specie di tavola
periodica dove però sono inclusi anche gli isotopi disposti per Z numero atomico (numero protoni) ed N (numero neutroni);
In alto a sinistra trovate la leggenda dei colori.
Gli elementi in nero sono stabili, quelli in viola decadono in beta, quelli
gialli in alfa ecc.. Solo a titolo informativo la leggenda dei colori oltre ad
essere disposta per decadimento può essere cambiata in velocità di decadimento
ed altre.
IMPARIAMO
AD USARE JANIS
Prima
di spiegare il funzionamento del database voglio precisare che benché sia
semplicissimo da usare e da capire andrò per passi di difficoltà che dipendono
esclusivamente dal decadimento degli isotopi:
LIVELLO 1
Avete presente qui portachiavi fosforescenti che si
comprano su ebay e durano + di 10 anni?
Fig.4
Benissimo, il principio di funzionamento è il
seguente. All’interno del portachiavi c’è un ampolla contenente del Trizio che
per chi non lo sapesse è l’isotopo radioattivo dell’idrogeno. Esso decade e la
radioattività emessa eccita delle sostanze fluorescenti presenti sempre
all’interno dell’ampolla. Tutto è ovviamente sigillato per non far fuoriuscire
il gas. La fluorescenza persiste fino a quando il gas non è completamente
decaduto.
Ma il Trizio come decade? Quale è il suo tempo di
decadimento? Che energia emette? In cosa si trasforma?
Fig.5
Per selezionare l’isotopo potrete seguire due
strade. Guardando la fig.5, o andate nella lista elementi sita nella colonna di
sinistra e successivamente selezionate l’ H3 oppure potrete eseguire un doppio
clic direttamente sull’isotopo nella carta degli isotopi.
Prima di approfondire voglio precisare alcune cose:
Fig.6
Come visibile nella Fig.6 qui sopra, nella carta
degli isotopi, c’è già una piccola anteprima sul decadimento. Infatti nel caso
del trizio , è indicato come tempo di decadimento 12,33 anni (Year) e tipo di
decadimento beta.
Selezionato l’isotopo si aprirà una seconda
finestra. Nella parte inferiore si possono selezionare le singole informazioni
in maniera da poterle analizzare singolarmente.
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DECAY
PATH
Fig.7 La Decay Path è il grafico di
decadimento. Nel nostro caso viene mostrato che il Trizio (H3) decade con
fattore 1 ovvero al 100% in beta trasformandosi in Elio He stabile. La percentuale sta a significare che
su 1000 atomi di H3, tutti e 1000 emettono una particella beta per diventare
He stabile |
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DECAY
GENERAL DATA La “decay general data” mostra una
serie di dati molto più complessi e specifici inerenti al decadimento.
Fig.8 Apro
una piccola parentesi. Un tempo di decadimento di 12,3 anni è
molto rapido!! L’isotopo H3 è fortemente radioattivo. Per rendere
un’idea, l’U238 ha un tempo di dimezzamento di 4.467.990.000
ovvero 4,4 miliardi di anni. Di conseguenza l’H3 è 362milioni di
volte più radioattivo dell’U238. Dalla formula pubblicata sulla pagina
dell’attività si può calcolare che: 1 mole di atomi di H3 ha un’attività di
1.073.414.002 Mb 1 mole di atomi di U238 ha un’attività
di 2,96 Mb |
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LINEE
DI DECADIMENTO Infine, la parte più importante del
programma per il nostro scopo è a visualizzazione delle linee di decadimento
ovvero vedere quali particelle sono emesse e l’energia delle stesse.
Fig.9 La lettura del grafico è la seguente.
Ad ogni disintegrazione atomica, l’atomo di Trizio si trasforma in Elio
emettendo una particella beta con energia di 18,5KeV. |
LIVELLO 2
Fin’ora tutto regolare e semplice in quanto il
Trizio H3, come il C14 e tantissimi altri isotipi disintegrandosi si trasformano
in un atomo più stabile emettendo una singola particella. Ma voi dovete sapere
che un isotopo, benché sia soggetto a fisse regole della fisica, quando decade
ovvero quando si disintegra, non sempre segue la stessa strada e non spesso
anzi quasi mai si trasforma subito in un elemento stabile.
Un pò come l’acqua di un rigagnolo che per arrivare
a valle segue strade diverse.
Analizziamo l’isotopo del Cs137.
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DECAY
PATH
Fig.10 Non preoccupatevi ……. è molto
semplice. Il grafico sta ad indicare che il Cs137 nel momento in
cui si disintegra, per arrivare ala sua stabilità segue due strade: 1)
Nel 5.6% dei casi emette una particella beta per
arrivare al Ba137 stabile 2)
Ne 94,399% dei casi decade sempre in beta
trasformandosi in Ba137m (un Isomero non stabile) che essendo
ancora eccitato deve disfarsi ancora di un po’ di energia che in seguito si
vedrà essere gamma.
Fig.11 Nella figura qui sopra ho voluto
rendere ancora + semplice la lettura del grafico di decadimento in modo da
poterlo imparare a leggiere. |
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LINEE
DI DECADIMENTO JANIS
visualizza le linee di decadimento del singolo isotopo, quindi visualizza la
sola emissione del Cs137 e non quella del Ba137m!
Fig.12 Nella Figura 12 in alto vengono
mostrate le emissioni. Da qui è facile capire che la particella beta emessa
nel 94,4% dei casi per arrivare al Ba137m ha un energia di 513KeV mentre
quella emessa nel 5.6% dei casi ha un energia di 1.17MeV. Vi voglio far notare che il Cs137
quando nel 5,6% dei casi arriva subito alla stabilità è perché spurga tutta
la sua energia con in una volta con
una spaventosa particella β da 1,17 MeV!!! Mentre quando segue la
strada da 513 KeV ha bisogno di emettere ancora altra energia per arrivare
alla sua stabilità che come in seguito si vedrà sarà …… |
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LINEE
DI DECADIMENTO MULTIPLE Adesso bisogna solo visualizzare l’emissione
del Ba137m per capire bene quello che realmente emette il Cs137…..insomma
detto in poche parole …… se ho in mano un pezzetto di Cs137 cosa assorbo???
Cosa mi arriva addosso ??
Fig.13 Guardando in Fig. 13 andate Select→ ENDF . Si aprirà la finestra di ricerca
visualizzata qui sotto. Per una ricerca ottimale assicuratevi di aver
selezionato “Radioactive Datas” per avere i dati caratteristici del
decadimento, selezionate sempre la stessa libreria in uso, ovvero la “Jeff
3.1.1”. Detto questo In Z selezionate
l’elemento chimico ed in A il suo isotopo. Cliccate ora su Search (cerca)
Fig.14 In questo caso sono apparsi più
risultati in quanto di Ba137 ne esistono 2 ovvero il Bario stabile
Ba137 ed il suo isomero Ba137m. Selezioniamo il rigo “Radioactive decay data” del Ba137m
e clicchiamo su “open Result” (Apri
il risultato).
Fig.15 Tornate alla schermata del grafico e
fleggate le caselle delle linee di emissione e nel graffico del Cs137
appariranno anche le emissioni successive del
Ba137m Come potrete notare c’è un emissione gamma
del 90% ad energia di 661KeV ed emissioni di elettroni del 10% circa di
energie 624KeV ed altre minori. |
Voi penserete …….. ma che cazzo vuol dire questo? Se
un isotopo decade in Beta non emette un Beta???
Si, ma un atomo eccitato o meglio instabile, se per raggiungere la sua
stabilità deve perdere 1000, o perde 1000 in un'unica botta oppure ne perde 100
e poi 900 oppure 200-200-600 e così via. Capito?
A noi non interessano i calcoli probabilistici legati
alle leggi nucleari perché sono già nei database e ben disposti su grafico!
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Fig.16 |
AVETE VISTO ???
Per perdere 1,175MeV o li perde tutti insieme oppure
un pò per volta.
Idem per l’emissione gamma del Ba137m che
per semplificare il diagramma non ho inserito.
Essa viene emessa nel 90% dei casi, ma nel restante
10% vengono emessi elettroni di diverse energie ecc.. Tutto giunge alla
stabilità finale e matematicamente il risultato sarà sempre lo stesso.
L’IMPORTANTE
E’ GUARDARE SOLO ED ESCLUSIVAMENTE LE LINEE DI EMISSIONE
Cercando di capire che (faccio riferimento al Cesio)
su 1.000.000 di disintegrazioni
943.900 saranno β da 514KeV
56.000 saranno β da 1.17MeV
e di conseguenza 849.510 (il 90% di 943.900) saranno
i fotoni da 661KeV
Sto solo leggendo il grafico
LIVELLO 3
Per avere un pò di manualità sia con il programma
che con gli isotopi, fate un pò di pratica con il C14, il Cs137
o con il Co60.
Fig.17
Nel grafico estrapolato del Co60 visibile
in Fig.17, è semplicissimo notare che ad 1 disintegrazione atomica nel 99,88%
dei casi emette un β da 318 KeV e due fotoni γ rispettivamente
di energie 1,17 e 1.33 MeV. In tutti gli altri casi , meno del 0.12% vengono
emesse altre β e γ di energie energie differenti. Per vedere meglio
le emissioni minori potete impostate l’asse Y come logaritmica.
Ora, da come avete letto sopra siamo passati ad un
LIVELLO 3 di difficoltà. In realtà non c’è nulla di più complicato se non fosse
per i figli che gli isotopi creano durante il loro decadimento prima di
raggiungere la stabilità.
Un esempio è quello dell’ U238 . Esso
decade in α per diventare Torio234 che a sua volta decade in β per
diventare Protactinio234ecc.. fino a raggiungere la stabilità nel diventare
Piombo o Tallio, a differenza della strada seguita.
Penso che
abbiate capito come usare il programma.
L’importante e che sappiate che le linee di
decadimento, ovvero le linee di emissione che visualizzerete dell’ U238,
sono quelle del solo U238 e non dei figli. Se volete visualizzare
anche le linee dei figli dovrete caricarle una ad una come nel caso del Bario
137m.
Se avete dei problemi, non esitate a contattarmi
Buon Uso!!
