Report-I.S.S. G. Mazzini-V G-C.I.R.C.E.

Il giorno 21 novembre 2008 noi, classe V G dell’I.S.S. G. Mazzini di Napoli, ci siamo recati in visita al laboratorio di fisica delle particelle CNR – INNOVA a S. Nicola la Strada (Caserta). Durante la visita sono stati illustrati gli elementi di base delle metodologie utilizzate e le finalità delle analisi effettuate nei rispettivi campi di applicazione. Il problema, infatti, è identificare gli ioni di ¹⁴C rispetto alle altre specie atomiche e molecolari di massa vicina. Anche se questi contaminanti sono presenti in traccia nel campione, essi saranno in ogni caso di molti ordini di grandezza più abbondanti dell'isotopo raro. Si pone quindi il problema di sopprimere con altissima efficienza tali interferenze tramite una analisi dispersiva. Nei sistemi AMS ciò è realizzato facendo subire al fascio di ioni, nel suo percorso dalla sorgente fino al rivelatore finale, una serie di deflessioni da parte di campi elettrici e magnetici che costituiscono dei "filtri" la cui combinazione si traduce in una straordinaria sensibilità selettiva. E' così possibile identificare e contare individualmente, nel rivelatore finale, gli atomi di ¹⁴C presenti nel campione e quindi la sua abbondanza rispetto all'isotopo stabile, che fornisce una misura dell'età del reperto. Le caratteristiche citate fanno dell'AMS uno strumento di indagine molto potente a disposizione degli studiosi dell'evoluzione passata dell'ambiente in cui l'uomo ha vissuto, delle sue attività e delle interazioni tra diverse civiltà. Inoltre, l'immissione in atmosfera di grandi quantità di ¹⁴C che ha avuto luogo tra la fine degli anni '50 e l'inizio degli anni '60 a causa degli esperimenti di esplosioni nucleari in atmosfera (bomb spike) ha fornito un marker temporale che può essere utilizzato per eliminare l’errore di datazione derivato, appunto, da questa maggiore concentrazione di ¹⁴C presente nell’atmosfera. Inoltre sono stati introdotti i principi fondanti delle datazioni con il metodo del radiocarbonio, le peculiarità ed i vantaggi della variante del metodo con acceleratore rispetto al metodo radiometrico convenzionale, i tipi di reperti e gli intervalli di età databili, le possibilità di estensione delle misure ad altri isotopi rari. Sono stati illustrati alcuni esempi di indagini su reperti archeologici di particolare interesse e su problematiche ambientali riguardanti il ciclo del carbonio. La datazione di reperti di varia natura di età compresa tra 0 e circa 50.000 anni può essere effettuata utilizzando il metodo del Radiocarbonio, purché essi contengano Carbonio di origine organica, come è il caso per carbone, legno, tessuti, ossa, paleo suoli, etc. Il carbonio presente in natura è costituito da due isotopi stabili (il ¹²C per il 98.9% e il ¹³C per l'1,1%), ed uno radioattivo, il ¹⁴C, che ha una vita media di 8266 anni ed un'abbondanza inferiore a una parte su 1012. Il Carbonio contenuto in tutti gli organismi viventi della biosfera terrestre ha, grazie ai processi di scambio che caratterizzano il ciclo biologico dell'elemento (fotosintesi e metabolismo di piante ed animali), la stessa composizione isotopica del carbonio dell'anidride carbonica atmosferica. Il ¹⁴C radioattivo si lega all'ossigeno atmosferico formando una molecola di ¹⁴CO₂; studi sulla circolazione su grande scala dell'atmosfera hanno mostrato che sono sufficienti pochi anni perché l'anidride carbonica così prodotta sia perfettamente mescolata a quella contenente gli altri isotopi del Carbonio, così che il rapporto isotopico ¹⁴C/¹²C dell'anidride carbonica atmosferica è indipendente dalla latitudine, longitudine e altitudine considerate. E' chiaro quindi come dalla misura del tasso di decadimento (metodo radiometrico) o dell'abbondanza relativa (spettrometria di massa) attuali in un reperto è possibile ottenere il tempo trascorso dall'evento considerato. La visita in questione si è rivelata essere molto interessante poiché ci ha permesso di toccare con mano certi aspetti di una materia che, alle volte, può risultare essere quasi esclusivamente teorica ed astratta se studiata dai libri di scuola; inoltre, ci è piaciuto conoscere l’utilizzo che ha lo studio delle particelle nella vita quotidiana: si pensi, ad esempio, all’esame che viene effettuato su diversi tipi di acqua e vini per verificare la quantità di ¹³C presente al fine di ottenere informazioni precise sulla provenienza e sull’età, evitando quindi contraffazioni.

Napoli, 2/12/08

Classe V G, I.S.S. G. Mazzini, Napoli