I fasci radioattivi

Nella scorsa puntata abbiamo visto che i nuclei estremamente ricchi di neutroni è come se fossero rivestiti da una pellicola di neutroni, il che li rende particolari. Per far breve una storia lunga ci piacerebbe capire come funzionano quei nuclei che hanno molti più neutroni di protoni e come le loro caratteristiche cambiano man mano che dalla valle di stabilità ci spostiamo verso la linea di neutron dripping attraversando la terra ignota del paesaggio nucleare. In più ci piacerebbe scoprire l'effetto della pelle di neutroni e per questo ci serve un nucleo doppio magico.

Fatte queste premesse sperimentali, il nucleo candidato speciale per questo compito è lo stagno 132, infatti è doppiamente magico (50 + 82), è piuttosto distante dalla valle di stabilità e non molto distante dallo stagno 134 dove si cominciano a vedere gli effetti della linea di caduta dei neutroni, infatti per Sn-134 sono stati misurati decadimenti per emissioni di neutroni.

Bene, adesso che abbiamo individuato il candidato di elezione non ci resta che costruire l'apparato sperimentale idoneo per studiarlo. Innanzitutto ci serve trovare una sorgente per questo isotopo piuttosto esotico e abbiamo già visto che una possibilità sperimentale è quella di sfruttare i prodotti di fissione partendo da nuclei molto grossi come quelli dell'uranio. Siamo anche piuttosto fortunati, perché quando un nucleo di uranio si spezza in due frammenti, allora la massa dei frammenti avrà due picchi, uno nella regione di massa intorno a 90 e un secondo nella regione a 130. In poche parole c'è una maggior probabilità che uno dei frammenti di fissione sarà un isotopo X-90 e l'altro Y-130, con X e Y che dipendono da quanti di questi nucleoni sono protoni. Lo stagno 132 è quindi molto vicino ad uno di questi due massimi. Ottimo!

Sperimentalmente dobbiamo andare a fissionare l'uranio in un bersaglio, per esempio sparandogli contro una grande quantità di protoni di alta energia. Il bersaglio tenderà a scaldarsi e lascerà uscire dal suo interno tutti i prodotti di fissione in forma gassosa (come kripton e xeno) insieme a tutti gli altri prodotti particolarmente volatili come lo iodio, il cesio e lo stagno per l'appunto. Il secondo passo è quindi separare i buoni dai cattivi, cosa che può essere fatta con uno spettrometro elettromagnetico, ovvero uno strumento in caso di separare isotopi in grado alla loro massa e carica elettrica sfruttando l'effetto congiunto di un campo elettrico e di uno magnetico.

A questo punto abbiamo una certa quantità di puro stagno 132, non abbiamo molto tempo da perdere perché i suoi 40 secondi circa di emivita passano in fretta. Possiamo strappare qualche elettrone, per esempio sparandogli contro un fascio laser, e poi accelerarli in un acceleratore spararli contro un bersaglio per vedere come interagisce con altri nuclei e poterne studiare tutte le proprietà.

Tutto questo processo che sa di fantascientifico e che ci permetterà di capire sulla terra come funziona la fucina degli elementi sulle stelle, sta per essere realizzata proprio qui in Italia, a Legnaro nei pressi di Padova, mettendo insieme le conoscenze e le esperienze dei fisici dei laboratori dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. Parte di questo complesso esperimento esiste già, altre parti come il ciclotrone il cui fascio di protoni  70 MeV e 700 microAmpere di corrente che verrà inviato contro una pastiglia di carburo di uranio è attualmente in fase costruzione e di installazione. Se volete studiare un po' di dettagli circa la fisica che si vuole realizzare provate a dare una lettura a questo documento.

Con questa puntata termina il nostro viaggio nel paesaggio nucleare, nella speranza che il viaggio vi sia piaciuto!